JP2003187864A - Battery - Google Patents

Battery

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JP2003187864A
JP2003187864A JP2001385649A JP2001385649A JP2003187864A JP 2003187864 A JP2003187864 A JP 2003187864A JP 2001385649 A JP2001385649 A JP 2001385649A JP 2001385649 A JP2001385649 A JP 2001385649A JP 2003187864 A JP2003187864 A JP 2003187864A
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JP
Japan
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negative electrode
lithium
battery
positive electrode
electrolyte
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Application number
JP2001385649A
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Japanese (ja)
Inventor
Momoe Adachi
百恵 足立
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery which is capable of improving its characteristics such as a discharge capacity and a charge-discharge cycle characteristic by improving a chemical stability of an electrolyte. <P>SOLUTION: This battery comprises wound electrode bodies 20 in which adjacent electrodes of a positive one 21 and a negative one 22 are wound with the separator 23 sandwiched in between. And the negative electrode 22 is made to extract a lithium metal while being charged and its volume is represented by addition of a volume constituent induced by occlusion and separation and a volume constituent induced by extraction and dissolution. Further, the separator 23 is impregnated with an electrolyte in whose solvent lithium base is dissolved, and as the electrolyte is added with a crown ether group or a grime group, stable coatings of an ether family are formed on the surfaces of the negative electrodes. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、負極の容量が軽
金属の吸蔵および離脱による容量成分と、軽金属の析出
および溶解による容量成分との和により表される電池に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery provided with an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and in particular, the capacity of the negative electrode is the sum of a capacity component due to occlusion and release of light metal and a capacity component due to precipitation and dissolution of light metal. With respect to the battery represented by.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、携帯電話,PDA(personal dig
ital assistant;個人用携帯型情報端末機器)あるいは
ノート型コンピュータに代表される携帯型電子機器の小
型化、軽量化が精力的に進められ、その一環として、そ
れらの駆動電源である電池、特に二次電池のエネルギー
密度の向上が強く望まれている。
2. Description of the Related Art Recently, mobile phones, PDAs (personal digs)
Ital assistants (personal portable information terminal devices) or portable electronic devices typified by notebook computers are being actively reduced in size and weight. It is strongly desired to improve the energy density of secondary batteries.

【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がある。リチウムイオン二次
電池では、負極材料中に吸蔵されたリチウムが必ずイオ
ン状態であるように設計されるため、エネルギー密度は
負極材料中に吸蔵することが可能なリチウムイオン数に
大きく依存する。よって、リチウムイオン二次電池で
は、リチウムイオンの吸蔵量を高めることによりエネル
ギー密度を更に向上させることができると考えられる。
しかし、現在リチウムイオンを最も効率的に吸蔵および
離脱することが可能な材料とされている黒鉛の吸蔵量
は、1g当たりの電気量換算で372mAhと理論的に
限界があり、最近では精力的な開発活動により、その限
界値まで高められつつある。
As a secondary battery capable of obtaining a high energy density, for example, there is a lithium ion secondary battery using a material such as a carbon material capable of inserting and extracting lithium (Li) in a negative electrode. In a lithium ion secondary battery, since the lithium occluded in the negative electrode material is designed to always be in the ionic state, the energy density greatly depends on the number of lithium ions that can be occluded in the negative electrode material. Therefore, in the lithium ion secondary battery, it is considered that the energy density can be further improved by increasing the storage amount of lithium ions.
However, the storage capacity of graphite, which is currently considered to be the material capable of storing and releasing lithium ions most efficiently, has a theoretical limit of 372 mAh in terms of the amount of electricity per gram, and recently it has been energetic. It is being raised to the limit by development activities.

【0004】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、また、負極にリチウム金属を用い、負極
反応にリチウム金属の析出および溶解反応のみを利用し
たリチウム二次電池がある。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2054mAh/cm3
と大きく、リチウムイオン二次電池で用いられる黒鉛の
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, London, New York) 。
As a secondary battery capable of obtaining a high energy density, there is also a lithium secondary battery which uses lithium metal for the negative electrode and utilizes only the precipitation and dissolution reaction of lithium metal for the negative electrode reaction. The lithium secondary battery has a theoretical electrochemical equivalent of lithium metal of 2054 mAh / cm 3.
Since it corresponds to 2.5 times that of graphite used in a lithium ion secondary battery, it is expected to obtain a higher energy density than that of a lithium ion secondary battery. Until now, many researchers have conducted research and development on practical application of lithium secondary batteries (eg, Lithium Batteries, edited by Jean-Paul Gabano, Academic
Press, 1983, London, New York).

【0005】ところが、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。
However, the lithium secondary battery has a problem that it is difficult to put it into practical use because the discharge capacity thereof is largely deteriorated when charging and discharging are repeated. This capacity deterioration is based on the fact that the lithium secondary battery utilizes the precipitation / dissolution reaction of lithium metal in the negative electrode, and the volume of the negative electrode corresponds to the lithium ions that move between the positive and negative electrodes as they are charged and discharged. Is greatly increased or decreased by the amount of the capacity, so that the volume of the negative electrode is largely changed, and the dissolution reaction and recrystallization reaction of the lithium metal crystal are difficult to reversibly proceed. Moreover, the volume change of the negative electrode becomes large as the high energy density is achieved, and the capacity deterioration becomes more remarkable.

【0006】そこで本発明者等は、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により表される二次電
池を新たに開発した(国際公開WO 01/22519 A1パンフレ
ット参照)。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、サイクル特性を向上させることが期待でき
る。
Therefore, the present inventors newly developed a secondary battery in which the capacity of the negative electrode is represented by the sum of the capacity component due to occlusion and desorption of lithium and the capacity component due to precipitation and dissolution of lithium (International Publication See WO 01/22519 A1 pamphlet). This is one in which a carbon material capable of inserting and extracting lithium is used for the negative electrode, and lithium is deposited on the surface of the carbon material during charging. According to this secondary battery, it is expected that the cycle characteristics are improved while achieving high energy density.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この二
次電池を実用化するには、さらなる特性の向上および安
定化を図る必要があり、それには電極材料のみならず、
電解質に関する研究開発も必要不可欠である。特に、電
解質と電極との間に副反応が生じ、その副反応生成物が
電極表面に堆積すると電池の内部抵抗が増加してしま
い、サイクル特性が著しく劣化してしまう。また、その
際にリチウムが消費されてしまうと、容量劣化の原因と
もなる。つまり、電解質の化学的安定性は非常に重要な
問題である。
However, in order to put this secondary battery into practical use, it is necessary to further improve and stabilize its characteristics.
R & D on electrolytes is also essential. In particular, if a side reaction occurs between the electrolyte and the electrode and the side reaction product is deposited on the surface of the electrode, the internal resistance of the battery increases, and the cycle characteristics deteriorate significantly. Further, if lithium is consumed at that time, it may cause deterioration of capacity. That is, the chemical stability of the electrolyte is a very important issue.

【0008】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、電解質の化学的安定性を改善し、放
電容量およびサイクル特性などの電池特性を向上させる
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 the above problems, and an object thereof is to provide a battery capable of improving the chemical stability of an electrolyte and improving battery characteristics such as discharge capacity and cycle characteristics. Especially.

【0009】[0009]

【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、軽金属の吸蔵および離脱による容量成分と、
軽金属の析出および溶解による容量成分との和により表
され、電解質は、クラウンエーテル類およびグライム類
からなる群のうちの少なくとも1種を含有するものであ
る。
A battery according to the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode and an electrolyte, and the capacity of the negative electrode is a capacity component due to occlusion and release of light metal,
It is represented by the sum of the light metal deposited and dissolved by the capacitive component, and the electrolyte contains at least one member selected from the group consisting of crown ethers and glymes.

【0010】本発明による電池では、電解質が、クラウ
ンエーテル類およびグライム類からなる群のうちの少な
くとも1種を含有しているので、これらが負極の表面に
吸着し、溶媒の負極中へのコインターカレーションが抑
制されると共に、析出した軽金属と溶媒との反応が防止
される。よって、電解質の化学的安定性が高く、高い放
電容量が得られると共に、サイクル特性などが改善され
る。
In the battery according to the present invention, since the electrolyte contains at least one member selected from the group consisting of crown ethers and glymes, these are adsorbed on the surface of the negative electrode, and the solvent is charged into the negative electrode. Turcaration is suppressed and the reaction between the precipitated light metal and the solvent is prevented. Therefore, the chemical stability of the electrolyte is high, a high discharge capacity is obtained, and the cycle characteristics and the like are improved.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0012】[第1の実施の形態]図1は本発明の第1
の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、いわゆる円筒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22とがセパレータ23を介して巻回され
た巻回電極体20を有している。電池缶11は、例えば
ニッケル(Ni)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。
[First Embodiment] FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
2 shows a cross-sectional structure of the secondary battery according to the embodiment of FIG. This secondary battery is a so-called cylindrical type, and a wound electrode body 20 in which a strip-shaped positive electrode 21 and a negative electrode 22 are wound via a separator 23 inside a substantially hollow cylindrical battery can 11. have. The battery can 11 is made of, for example, iron plated with nickel (Ni), and has one end closed and the other end open. Inside the battery can 11, a pair of insulating plates 12 and 13 is arranged so as to sandwich the spirally wound electrode body 20 perpendicularly to the spirally wound peripheral surface.

【0013】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17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17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。
A battery lid 14 is provided at the open end of the battery can 11.
And a safety valve mechanism 15 provided inside the battery lid 14.
And PTC (Positive Temperature Coefficie)
nt; PTC element) 16 is attached by being caulked via a gasket 17,
The inside of is sealed. The battery lid 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 lid 14 via the PTC element 16, and the disk plate 15a is inverted when the internal pressure of the battery exceeds a certain level due to an internal short circuit or heating from the outside. Then, the electrical connection between the battery lid 14 and the spirally wound electrode body 20 is cut off. PTC element 1
When the temperature rises, the resistance 6 increases the resistance value to limit the current and prevent abnormal heat generation due to a large current, and is made of, for example, barium titanate-based semiconductor ceramics. The gasket 17 is made of, for example, an insulating material, and its surface is coated with asphalt.

【0014】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(Al)などよりなる正極リード2
5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 a center pin 24, for example. Positive electrode 2 of wound electrode body 20
1 is a positive electrode lead 2 made of aluminum (Al) or the like
5 is connected, and a negative electrode lead 26 made of nickel or the like is connected to the negative electrode 22. The positive electrode lead 25 is electrically connected to the battery lid 14 by being welded to the safety valve mechanism 15, and the negative electrode lead 26 is welded and electrically connected to the battery can 11.

【0015】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、軽金属である
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 surface 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, for example, a thickness of 80 μm to 250 μm, and is configured to include a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium which is a light metal. The thickness of the positive electrode mixture layer 21b is the total thickness of the positive electrode mixture layer 21b when the positive electrode mixture layer 21b is provided on both surfaces of the positive electrode current collector 21a.

【0016】リチウムを吸蔵および離脱することが可能
な正極材料としては、例えば、リチウム酸化物,リチウ
ム硫化物あるいはリチウムを含む層間化合物などのリチ
ウム含有化合物が適当であり、これらの2種以上を混合
して用いてもよい。特に、エネルギー密度を高くするに
は、一般式Lix MO2 で表されるリチウム複合酸化物
あるいはリチウムを含んだ層間化合物が好ましい。な
お、Mは1種類以上の遷移金属が好ましく、具体的に
は、コバルト(Co),ニッケル,マンガン(Mn),
鉄(Fe),アルミニウム,バナジウム(V)およびチ
タン(Ti)のうちの少なくとも1種が好ましい。x
は、電池の充放電状態によって異なり、通常、0.05
≦x≦1.10の範囲内の値である。また、他にも、ス
ピネル型結晶構造を有するLiMn2 4 、あるいはオ
リビン型結晶構造を有するLiFePO 4 なども高いエ
ネルギー密度を得ることができるので好ましい。
Capable of inserting and extracting lithium
Examples of positive electrode materials include lithium oxide and lithium
Lithium sulfide or intercalation compounds containing lithium
Umium-containing compounds are suitable, and two or more of these are mixed.
You may use it. Especially for increasing the energy density
Is the general formula LixMO2Lithium composite oxide represented by
Alternatively, an intercalation compound containing lithium is preferable. Na
Note that M is preferably one or more kinds of transition metals, specifically
Is cobalt (Co), nickel, manganese (Mn),
Iron (Fe), aluminum, vanadium (V) and chi
At least one of tan (Ti) is preferable. x
Depends on the charge / discharge state of the battery and is usually 0.05
It is a value within the range of ≦ x ≦ 1.10. In addition,
LiMn having a pinel type crystal structure2OFourOr
LiFePO having a Livin type crystal structure FourAnd so on
It is preferable because the energy density can be obtained.

【0017】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、
遷移金属の炭酸塩,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600℃〜1000℃の範囲内の温度で
焼成することにより調製される。
Such a positive electrode material includes, for example, lithium carbonate, nitrate, oxide or hydroxide;
Prepared by mixing transition metal carbonates, nitrates, oxides or hydroxides so as to have a desired composition, pulverizing, and then firing in an oxygen atmosphere at a temperature in the range of 600 ° C to 1000 ° C. To be done.

【0018】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、またはポリフッ化ビニ
リデンなどの高分子材料が挙げられ、そのうちの1種ま
たは2種以上が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 kind or a mixture of two or more kinds thereof is used. In addition to the carbon material, a metal material, a conductive polymer material, or the like may be used as long as the material has conductivity. Examples of the binder include synthetic rubbers such as styrene-butadiene rubber, fluorine-based rubber or ethylene propylene diene rubber, and polymer materials such as polyvinylidene fluoride. One or more of them are mixed. Used. For example, in the case where the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound as shown in FIG. 1, it is preferable to use styrene-butadiene rubber or fluorine rubber having a high flexibility as a binder.

【0019】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 surface of the negative electrode current collector 22a. The negative electrode current collector 22a is composed of a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil having good electrochemical stability, electrical conductivity and mechanical strength. In particular, copper foil is most preferable because it has high electrical conductivity. The thickness of the negative electrode current collector 22a is preferably, for example, about 6 μm to 40 μm. 6μ
This is because if it is thinner than m, the mechanical strength is lowered, the negative electrode current collector 22a is easily broken in the manufacturing process, and the production efficiency is lowered. If it is thicker than 40 μm, the negative electrode current collector 22a in the battery is The volume ratio becomes larger than necessary,
This is because it becomes difficult to increase the energy density.

【0020】負極合剤層22bは、軽金属であるリチウ
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、8
0μm〜250μmである。この厚みは、負極合剤層2
2b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 negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium, which is a light metal, and may include, for example, a positive electrode mixture as necessary. The same binder as that of the agent layer 21b may be included. The thickness of the negative electrode mixture layer 22b is, for example, 8
It is 0 μm to 250 μm. This thickness is the negative electrode mixture layer 2
When 2b is provided on both surfaces of the negative electrode current collector 22a, it is the total thickness thereof.

【0021】なお、本明細書において軽金属の吸蔵・離
脱というのは、軽金属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、吸蔵された軽金属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、黒鉛に対する軽金属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
間化合物を含む合金への軽金属の吸蔵、あるいは合金の
形成による軽金属の吸蔵も挙げることができる。
In the present specification, occlusion / desorption of light metal means that light metal ion is electrochemically occluded / desorbed without losing its ionicity. This includes not only the case where the occluded light metal exists in a perfect ionic state, but also the case where it exists in a state that cannot be said to be a perfect ionic state. Examples of cases corresponding to these include storage of light metal ions with respect to graphite by an electrochemical intercalation reaction. Further, occlusion of a light metal in an alloy containing an intermetallic compound, or occlusion of a light metal by forming an alloy can be mentioned.

【0022】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 the change in the crystal structure that occurs during charging / discharging is very small, a high charge / discharge capacity can be obtained, and good cycle characteristics can be obtained. Particularly, graphite is preferable because it has a large electrochemical equivalent and can obtain a high energy density.

【0023】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.
It is preferably g / cm 3 or more, 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 is 1
It needs to be 4.0 nm or more. In addition, (00
2) The surface spacing is preferably less than 0.340 nm, and more preferably 0.335 nm or more and 0.337 nm or less.

【0024】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.
The artificial graphite can be obtained, for example, by carbonizing an organic material, subjecting it to high-temperature heat treatment, and crushing and classifying. The high temperature heat treatment, for example, carbonizes at 300 ° C. to 700 ° C. in an inert gas stream such as nitrogen (N 2 ) if necessary,
The temperature is raised from 900 ° C. to 1500 ° C. at a rate of 1 ° C. to 100 ° C. per minute, and this temperature is maintained for about 0 to 30 hours for calcination, and at the same time, heated to 2000 ° C. or higher, preferably 2500 ° C. or higher It is performed by maintaining the temperature for an appropriate time.

【0025】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 an organic material as a starting material, coal or pitch can be used. For pitch, for example, tars and asphalt obtained by pyrolyzing coal tar, ethylene bottom oil or crude oil at high temperature are distilled (vacuum distillation, atmospheric distillation or steam distillation), thermal polycondensation, extraction, There are those obtained by chemical polycondensation, those produced when wood is refluxed, polyvinyl chloride resin, polyvinyl acetate, polyvinyl butyrate or 3,5-dimethylphenol resin.
These coals or pitches have a maximum of 400 during carbonization.
It exists as a liquid at about ℃, and when it is held at that temperature, the aromatic rings are condensed and polycyclic, and become in a laminated orientation state, and then become a solid carbon precursor, that is, semi-coke at about 500 ℃ or more. (Liquid phase carbonization process).

【0026】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, pentaphene and pentacene, or derivatives thereof (for example, carboxylic acid and carboxylic acid anhydride of the above compounds). , Carboxylic acid imide), or a mixture thereof. Further, condensed heterocyclic compounds such as acenaphthylene, indole, isoindole, quinoline, isoquinoline, quinoxaline, phthalazine, carbazole, acridine, phenazine and phenanthridine, or derivatives thereof,
Alternatively, a mixture thereof can be used.

【0027】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 crushing may be carried out either before or after carbonization or calcination, or during the heating process before graphitization. In these cases, the heat treatment for graphitization is finally performed in the powder state. However, in order to obtain a graphite powder having high bulk density and high fracture strength, the raw material is molded and then heat treated,
It is preferable to pulverize and classify the obtained graphitized molded body.

【0028】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 serving as a filler and binder pitch serving as a molding agent or a sintering agent are mixed and molded, and then the molded body is cooled to a temperature of 1000 ° C. or lower. After repeating the firing process of heat-treating and the pitch impregnation process of impregnating the fired body with the melted binder pitch several times, heat treatment is performed at 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, they are graphitized as a polycrystalline body, 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. Therefore, the vacancy facilitates the lithium occlusion / desorption reaction and has the advantage of industrially high treatment efficiency. In addition, as a raw material of the molded body, the moldability itself,
A sinterable filler may be used. In this case, the use of binder pitch is unnecessary.

【0029】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 3.
A differential thermal analysis in air (differen of less than 3
Those that do not show an exothermic peak at 700 ° C. or higher in tialthermal analysis (DTA) are preferable.

【0030】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., pulverizing and classifying. The heat treatment is, for example, 3 times as required.
After carbonization at 00 ° C to 700 ° C (solid phase 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 temperature rising process.

【0031】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 the organic material 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,
Phenolic resin, acrylic resin, vinyl halide resin, polyimide resin, polyamideimide resin, polyamide resin, conjugated resin such as polyacetylene or polyparaphenylene, cellulose or its derivatives, coffee beans, bamboo, shells containing chitosan, bacteria It is also possible to use biocelluloses utilizing Furthermore, the atomic number ratio H / H of hydrogen atoms (H) and carbon atoms (C)
It is also possible to use a compound in which a functional group containing oxygen (O) is introduced (so-called oxygen bridge) into petroleum pitch having C of, for example, 0.6 to 0.8.

【0032】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 in this compound is preferably 3% or more, and more preferably 5% or more (see JP-A-3-252053). The oxygen content affects the crystal structure of the carbon material, and at a content higher than this, 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, tars obtained by pyrolyzing coal tar, ethylene bottom oil or crude oil at high temperature, or asphalt,
It can be obtained by distillation (vacuum distillation, atmospheric distillation or steam distillation), thermal polycondensation, extraction or chemical polycondensation. Further, as a method for forming oxidative cross-links, for example, nitric acid,
Wet method of reacting aqueous solution of sulfuric acid, hypochlorous acid or mixed acid thereof with petroleum pitch, dry method of reacting oxidizing gas such as air or oxygen 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.

【0033】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 the 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 become non-graphitizable carbon through a solid phase carbonization process such as oxygen crosslinking treatment.

【0034】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, in addition to those produced by using the above-mentioned organic material as a starting material, Japanese Patent Laid-Open No. 3-1
The compound containing phosphorus (P), oxygen and carbon as main components, which is described in Japanese Patent No. 37010, is preferable because it exhibits the above-mentioned physical property parameters.

【0035】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、リチウムと合金を形成可能
な金属元素あるいは半金属元素の単体、合金または化合
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。なお、本明細書において、合金には2種以上
の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素
と1種以上の半金属元素とからなるものも含める。その
組織には固溶体,共晶(共融混合物),金属間化合物あ
るいはそれらのうち2種以上が共存するものがある。
As the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium, a simple substance, an alloy or a compound of a metal element or a semi-metal element capable of forming an alloy with lithium can be mentioned. These are preferable because they can obtain a high energy density, and particularly when used together with a carbon material, it is more preferable because a high energy density can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained. In the present specification, the alloy includes not only an alloy composed of two or more kinds of metal elements but also an alloy composed of one or more kinds of metal elements and one or more kinds of metalloid elements. The texture may be a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or a coexistence of two or more of them.

【0036】このような金属元素あるいは半金属元素と
しては、スズ(Sn),鉛(Pb),アルミニウム,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(C
d),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),ジルコニウム(Zr),イットリウム(Y)
またはハフニウム(Hf)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MasMbt
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
ウムと合金を形成可能な金属元素および半金属元素のう
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金属元素のうちの少なくとも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金属元素のうちの少
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。
Examples of such metal elements or metalloid elements are tin (Sn), lead (Pb), aluminum, indium (In), silicon (Si), zinc (Zn), antimony (Sb), bismuth (Bi). ), Cadmium (C
d), magnesium (Mg), boron (B), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), zirconium (Zr), yttrium (Y)
Alternatively, hafnium (Hf) may be used. As these alloys or compounds, for example, chemical formulas Ma s Mb t
Examples include Li u and those represented by the chemical formula Map p Mc q Md r . In these chemical formulas, Ma represents at least one of a metal element and a metalloid element capable of forming an alloy with lithium, and Mb represents lithium and Ma.
At least one of metal elements and metalloid elements other than
Represents a species, Mc represents at least one kind of non-metal element,
Md represents at least one of a metal element other than Ma and a metalloid element. The values of s, t, u, p, q and r are s> 0, t ≧ 0, u ≧ 0, p> 0 and q, respectively.
> 0 and r ≧ 0.

【0037】中でも、4B族の金属元素あるいは半金属
元素の単体、合金また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、またはこれらの合金あるい
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, simple substances, alloys or compounds of 4B group metal elements or metalloid elements are preferable, and particularly preferable are silicon or tin, or alloys or compounds thereof. These may be crystalline or amorphous.

【0038】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 alloys or compounds
Physically, for example, LiAl, AlSb, CuMgS
b, SiBFour, SiB6, Mg2Si, Mg2Sn, N
i2Si, TiSi2, MoSi2, CoSi2, Ni
Si2, CaSi2, CrSi2, CuFiveSi, FeS
i2, MnSi2, NbSi2, TaSi2, VS
i 2, WSi2, ZnSi2, SiC, Si3NFour, S
i2N2O, SiOv(0 <v ≦ 2), SnOw(0 <
w ≦ 2), SnSiO3, LiSiO or LiSn
There is O etc.

【0039】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。
As the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium, other metal compounds or polymer materials can be further cited. Other metal compounds include oxides such as iron oxide, ruthenium oxide and molybdenum oxide, LiN 3 and the like, and polymer materials include polyacetylene, polyaniline, polypyrrole and the like.

【0040】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。
Further, in this secondary battery, lithium metal begins to deposit on the negative electrode 22 at the time when the open circuit voltage (ie, battery voltage) is lower than the overcharge voltage in the course of charging. That is, lithium metal is deposited on the negative electrode 22 in a state where the open circuit voltage is lower than the overcharge voltage, and the capacity of the negative electrode 22 is the capacity component due to occlusion / desorption of lithium and the capacity component due to precipitation / dissolution of lithium metal. It is expressed as the sum of. Therefore, in this secondary battery, both the negative electrode material capable of absorbing and desorbing lithium and the lithium metal function as a negative electrode active material, and the negative electrode material capable of absorbing and desorbing lithium is a base material when lithium metal is deposited. Has become.

【0041】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 in an overcharged state and is one of the guidelines set by the Japan Storage Battery Industry Association (Battery Industry Association), for example, "lithium". Secondary Battery Safety Evaluation Standard Guidelines "(S
"Full charge" as described and defined in BAG 1101)
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 when the nominal capacity of each battery is obtained. Specifically, in this secondary battery, for example, a negative electrode that is fully charged when the open circuit voltage is 4.2 V and is capable of occluding and releasing lithium in a part within the range of the open circuit voltage of 0 V or more and 4.2 V or less. Lithium metal is deposited on the surface of the material.

【0042】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、サイクル特性お
よび急速充電特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。
As a result, in this secondary battery, a high energy density can be obtained, and at the same time, cycle characteristics and quick charge characteristics 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 the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium. It is considered that this is because the following advantages are brought about by doing so.

【0043】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・溶解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。
First, in the conventional lithium secondary battery, it was difficult to deposit lithium metal uniformly, which caused deterioration of cycle characteristics. However, negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium are generally used. Since the surface area is relatively large, lithium metal can be uniformly deposited in this secondary battery. Secondly, in the conventional lithium secondary battery, the volume change caused by the precipitation and dissolution of lithium metal was large, which also caused the deterioration of cycle characteristics. However, this secondary battery can store and release lithium. The lithium metal is also deposited in the gaps between the particles of the negative electrode material, so that the volume change is small. Thirdly, in the conventional lithium secondary battery, the larger the amount of deposited / dissolved lithium metal, the greater the above problem becomes. However, in this secondary battery, the lithium storage / desorption negative electrode material can absorb and absorb lithium. Since the detachment also contributes to the charge / discharge capacity, the amount of lithium metal deposited / dissolved is small in spite of the large battery capacity. Fourthly, in the conventional lithium secondary battery, when the rapid charging is performed, the lithium metal is more unevenly deposited, which further deteriorates the cycle characteristics. However, in this secondary battery, lithium is occluded in the initial stage of charging. -Since lithium is occluded in the detachable negative electrode material, rapid charging is possible.

【0044】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 such that lithium is absorbed or absorbed. It is preferable that the charge capacity of the removable negative electrode material is 0.05 times or more and 3.0 times or less. This is because if the amount of lithium metal deposited is too large, the same problem as in the conventional lithium secondary battery occurs, and if it is too small, the charge / discharge capacity cannot be sufficiently increased. Further, 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 amount of lithium metal deposited is relatively smaller as the lithium occlusion / release capacity is larger. The charge capacity of the negative electrode material can be obtained, for example, from the amount of electricity when a negative electrode using lithium metal as a counter electrode and this negative electrode material as a negative electrode active material is charged to 0 V by a constant current / constant voltage method. The discharge capacity of the negative electrode material can be obtained, for example, from the amount of electricity when it is discharged to 2.5 V by a constant current method for 10 hours or more.

【0045】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 synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene or polyethylene, or a porous film made of ceramic, and two or more kinds of these porous films are laminated. It may have a structure. Among them, a porous film made of polyolefin is preferable because it has an excellent short-circuit preventing effect and can improve battery safety by a shutdown effect. Especially, polyethylene is 100
Since the shutdown effect can be obtained in the range of ℃ or higher and 160 ℃ or lower, and the electrochemical stability is also excellent, it is preferable as a material forming the separator 23. Polypropylene is also preferable, and other resins having chemical stability can be used by copolymerizing with polyethylene or polypropylene or by blending.

【0046】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。
This polyolefin porous film is prepared, for example, by kneading a molten polyolefin composition with a liquid low-volatile solvent in a molten state to form a uniform high-concentration solution of the polyolefin composition, and then dicing it. Molded by
It is obtained by cooling to a gel-like sheet and stretching.

【0047】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 blending ratio of the polyolefin composition and the low volatile solvent is 100% by mass in total of both.
As the polyolefin composition, it is preferably 10% by mass or more and 80% by mass or less, more preferably 15% by mass or more and 70% by mass or less. This is because if the polyolefin composition is too small, swelling or neck-in will increase at the die outlet during molding, making it difficult to form a sheet. on the other hand,
This is because it is difficult to prepare a uniform solution when the amount of the polyolefin composition is too large.

【0048】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 by a die, in the case of a sheet die, the gap is preferably 0.1 mm or more and 5 mm or less. Further, the extrusion temperature is preferably 140 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, and the extrusion speed is preferably 2 cm / min or higher and 30 cm / min or lower.

【0049】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。
Cooling is performed at least up to the gelation temperature. As a cooling method, a method of directly contacting with cold air, cooling water, or other cooling medium, a method of contacting with a roll cooled with a refrigerant, or the like can be used. The high-concentration solution of the polyolefin composition extruded from the die may be taken up at a take-up ratio of 1 or more and 10 or less, preferably 1 or more and 5 or less before or during cooling. This is because if the take-up ratio is too large, neck-in becomes large, and breakage easily occurs during stretching, which is not preferable.

【0050】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 carried out, for example, by heating the gel-like sheet and biaxially stretching it by 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, more preferably equal to or higher than the crystal dispersion temperature and lower than the melting point. This is because if the stretching temperature is too high, it is not preferable because effective molecular chain orientation due to stretching cannot be performed due to melting of the resin, and if the stretching temperature is too low, the softening of the resin becomes insufficient and film breakage occurs during stretching. This is because it is easy and cannot be stretched at a high magnification.

【0051】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 residual low-volatile solvent. After washing, the stretched film is dried by heating or blowing air to evaporate the washing solvent. As the cleaning solvent, for example, pentane, hexane,
A hydrocarbon such as heptane, a chlorinated hydrocarbon such as methylene chloride or carbon tetrachloride, a fluorocarbon such as ethane trifluoride, or an easily volatile one such as an ether such as diethyl ether or dioxane is used. The cleaning solvent is selected according to the low-volatile solvent used and may be used alone or in combination. The washing can be performed by a method of dipping in a volatile solvent for extraction, a method of sprinkling a volatile solvent, or a method of combining these methods. This washing is performed until the residual low volatility solvent in the stretched film is less than 1 part by mass based on 100 parts by mass of the polyolefin composition.

【0052】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、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度
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
状態での固有粘度が10.0mPa・s以下であればよ
い。
The separator 23 is impregnated with an electrolytic solution which is a liquid electrolyte. This 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, a non-aqueous compound,
It has a viscosity of 10.0 mPa · s or less at 25 ° C. The intrinsic viscosity in a state in which the electrolyte salt is dissolved may be 10.0 mPa · s or less, and when a plurality of types of non-aqueous compounds are mixed to form a solvent, the intrinsic viscosity in the mixed state is It may be 10.0 mPa · s or less.

【0053】このような非水溶媒としては、従来より使
用されている種々の非水溶媒を用いることができる。具
体的には、炭酸プロピレンあるいは炭酸エチレンなどの
環状炭酸エステル、炭酸ジエチル,炭酸ジメチルあるい
は炭酸エチルメチルなどの鎖状エステル、またはγ−ブ
チロラクトン,スルホラン,2−メチルテトラヒドロフ
ランあるいはジメトキシエタンなどのエーテル類などが
挙げられる。特に、酸化安定性の点からは、炭酸エステ
ルを混合して用いることが好ましい。
As such a non-aqueous solvent, various conventionally used non-aqueous solvents can be used. Specifically, cyclic carbonic acid esters such as propylene carbonate or ethylene carbonate, chain esters such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate or ethylmethyl carbonate, or ethers such as γ-butyrolactone, sulfolane, 2-methyltetrahydrofuran or dimethoxyethane. Is mentioned. In particular, from the viewpoint of oxidation stability, it is preferable to use a carbonic acid ester as a mixture.

【0054】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(CF3 SO2 2 、LiN(C2 5
2 2 、LiN(C4 9 SO2)(CF3
2 )、LiC(CF3 SO2 3 、LiAlCl4
LiSiF 6 、LiClあるいはLiBrが挙げられ、
これらのいずれか1種または2種以上を混合して用いて
もよい。
As the lithium salt, for example, LiAsF
6, LiPF6, LiBFFour, LiClOFour, LiB
(C6HFive)Four, LiCH3SO3, LiCF3S
O3, LiN (CF3SO2)2, LiN (C2FFiveS
O2)2, LiN (CFourF9SO2) (CF3S
O2), LiC (CF3SO2)3, LiAlClFour,
LiSiF 6, LiCl or LiBr,
Using any one of these or a mixture of two or more
Good.

【0055】中でも、LiPF6 は、高い導電率を得る
ことができ、酸化安定性にも優れているので好ましく、
LiBF4 は、熱的安定性および酸化安定性に優れてい
るので好ましい。また、LiCF3 SO3 は熱的安定性
が高いので好ましく、LiClO4 は高い導電率が得ら
れるので好ましい。更に、LiN(CF3 SO2 2
LiN(C2 5 SO2 2 ,LiC(CF3 SO2
3 およびLiN(C49 SO2 )(CF3 SO2
は、比較的高い導電率を得ることができ、熱的安定性も
高いので好ましい。更に、これらのうちの少なくとも2
種を混合して用いれば、それらの効果を合わせて得るこ
とができるのでより好ましい。
Among them, LiPF 6 is preferable because it can obtain high conductivity and is excellent in oxidative stability.
LiBF 4 is preferable because it is excellent in thermal stability and oxidation stability. LiCF 3 SO 3 is preferable because it has high thermal stability, and LiClO 4 is preferable because it can obtain high conductivity. In addition, LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ,
LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2, LiC (CF 3 SO 2)
3 and LiN (C 4 F 9 SO 2 ) (CF 3 SO 2)
Is preferable because it can obtain a relatively high electric conductivity and has high thermal stability. Furthermore, at least two of these
It is more preferable to mix and use the seeds because these effects can be obtained together.

【0056】これらリチウム塩の含有量(濃度)は溶媒
に対して0.5mol/kg以上3.0mol/kg以
下の範囲内であることが好ましい。この範囲外ではイオ
ン伝導度の極端な低下により十分な電池特性が得られな
くなる虞があるからである。
The content (concentration) of these lithium salts is preferably in the range of 0.5 mol / kg to 3.0 mol / kg with respect to the solvent. This is because outside this range, sufficient battery characteristics may not be obtained due to the extreme decrease in ionic conductivity.

【0057】この電解液は、また、添加剤として、クラ
ウンエーテル類およびグライム類からなる群のうちの少
なくとも1種を含有している。これにより、この二次電
池では、充電時に溶媒のコインターカレーションを抑制
することができると共に、リチウムの析出時に、析出し
たリチウム金属と溶媒との反応を防止することができる
ようになっている。すなわち、電解液の化学的安定性が
高くなっており、高い放電容量を得ることができると共
に、サイクル特性などを改善できるようになっている。
なお、クラウンエーテル類およびグライム類は溶媒とし
て機能することもあるが、本明細書では上述した機能に
注目し、添加剤として説明している。もちろん、添加さ
れた化合物の少なくとも一部が上述したような反応に寄
与すればよく、反応に寄与しない化合物は溶媒として機
能してもよい。
This electrolytic solution also contains, as an additive, at least one member selected from the group consisting of crown ethers and glymes. As a result, in this secondary battery, it is possible to suppress the co-intercalation of the solvent at the time of charging and to prevent the reaction between the deposited lithium metal and the solvent at the time of depositing lithium. That is, the chemical stability of the electrolytic solution is high, a high discharge capacity can be obtained, and the cycle characteristics and the like can be improved.
Although the crown ethers and glymes may function as a solvent, they are described as additives in the present specification by paying attention to the above-mentioned functions. Of course, at least a part of the added compound may contribute to the reaction as described above, and the compound that does not contribute to the reaction may function as a solvent.

【0058】クラウンエーテル類としては、例えば、1
2−クラウン−4、15−クラウン−5、18−クラウ
ン−6、14−クラウン−4あるいは17−クラウン−
5が挙げられる。また、グライム類としては、例えば、
モノグライム(1,2−ジメトキシエタン),ジグライ
ム,トリグライムあるいはテトラグライムが挙げられ
る。中でも、12−クラウン−4またはモノグライムを
含有するようにすれば、より高い効果を得られるので好
ましい。
As the crown ethers, for example, 1
2-crown-4,15-crown-5,18-crown-6,14-crown-4 or 17-crown-
5 is mentioned. Further, as the grime, for example,
Examples include monoglyme (1,2-dimethoxyethane), diglyme, triglyme or tetraglyme. Above all, it is preferable to contain 12-crown-4 or monoglyme because a higher effect can be obtained.

【0059】これらクラウンエーテル類およびグライム
類の含有量は、2種以上を含む場合にはその合計で、溶
媒と電解質塩との合計に対して0.005質量%以上1
5質量%以下の範囲内であることが好ましい。0.00
5質量%未満では十分な効果が得られず、15質量%よ
りも多いと保存時の電池劣化を招く虞があるからであ
る。
When the content of these crown ethers and glymes is two or more, the total content thereof is 0.005% by mass or more and 1 with respect to the total of the solvent and the electrolyte salt.
It is preferably within the range of 5% by mass or less. 0.00
This is because if it is less than 5% by mass, a sufficient effect cannot be obtained, and if it exceeds 15% by mass, the battery may deteriorate during storage.

【0060】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.

【0061】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 capable of occluding / releasing lithium, a conductive agent, and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, and this positive electrode mixture is mixed with N-methyl-2-pyrrolidone or the like. To form 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 molding is performed using a roll press or the like to form the positive electrode mixture layer 21b, and the positive electrode 21 is manufactured.

【0062】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 material capable of inserting and extracting lithium and a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, and this negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone. To obtain 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 molding is performed by a roll press machine or the like to form the negative electrode mixture layer 22b, whereby the negative electrode 22 is manufactured.

【0063】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、電解液を電池缶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17を介してかしめることにより固定する。こ
れにより、図1および図2に示した二次電池が形成され
る。
Subsequently, the positive electrode lead 2 is attached to the positive electrode current collector 21a.
5 is attached by welding or the like, and the negative electrode current collector 22
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, the tip of the positive electrode lead 25 is welded to the safety valve mechanism 15, and the end of the negative electrode lead 26 is welded to the battery can 11 to be wound. The positive electrode 21 and the negative electrode 22 are sandwiched between a pair of insulating plates 12 and 13 and housed inside the battery can 11. After housing the positive electrode 21 and the negative electrode 22 inside the battery can 11, the electrolytic solution is injected into the battery can 11, and the separator 2
Impregnate 3 After that, the battery lid 14, the safety valve mechanism 15, and the PTC device 16 are fixed to the open end of the battery can 11 by caulking with a gasket 17. As a result, the secondary battery shown in FIGS. 1 and 2 is formed.

【0064】この二次電池は次のように作用する。This secondary battery operates as follows.

【0065】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
負極材料として黒鉛を用いる場合、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, through the electrolytic solution impregnated in 3, the negative electrode mixture layer 22
The lithium contained in b is stored in the negative electrode material capable of storing and releasing. When charging is further continued, the charge capacity exceeds the charge capacity of the negative electrode material capable of occluding / releasing lithium on the surface of the negative electrode material capable of occluding / releasing lithium when the open circuit voltage is lower than the overcharge voltage. Lithium metal begins to precipitate. After that, lithium metal continues to deposit on the negative electrode 22 until the charging is completed. As a result, the appearance of the negative electrode mixture layer 22b changes from black to golden color and further to white silver color when graphite is used as the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium.

【0066】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
良好なサイクル特性が得られる。
Next, when discharging is performed, first, the lithium metal deposited on the negative electrode 22 is eluted as ions, and the positive electrode mixture layer 21 is evacuated through the electrolytic solution impregnated in the separator 23.
It is stored in b. When the discharge is further continued, the negative electrode mixture layer 22
The lithium ions stored in the negative electrode material capable of storing and releasing lithium in b are released and are stored in the positive electrode mixture layer 21b via the electrolytic solution. Therefore, with 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 cycle characteristics can be obtained.

【0067】特に本実施の形態では、クラウンエーテル
類およびグライム類からなる群のうちの少なくとも1種
を含んでいるので、クラウンエーテル類またはグライム
類がリチウムイオンに選択的に配位することにより充電
時に負極22の表面に吸着さされる。これにより、溶媒
の負極材料中へのコインターカレーションが防止される
と共に、負極22の表面にエーテル系の安定な被膜が形
成される。よって、リチウム金属はこの被膜の下で析出
し、リチウム析出時では、析出したリチウム金属と溶媒
との反応が防止される。
Particularly in the present embodiment, since at least one member selected from the group consisting of crown ethers and glymes is contained, charging is performed by selectively coordinating the crown ethers or glymes with lithium ions. Sometimes it is adsorbed on the surface of the negative electrode 22. This prevents co-intercalation of the solvent into the negative electrode material and forms a stable ether-based film on the surface of the negative electrode 22. Therefore, the lithium metal is deposited under this coating, and at the time of lithium deposition, the reaction between the deposited lithium metal and the solvent is prevented.

【0068】このように本実施の形態によれば、クラウ
ンエーテル類およびグライム類からなる群のうちの少な
くとも1種を含むようにしたので、クラウンエーテル類
またはグライム類をリチウムイオンに選択的に配位させ
て充電時に負極22の表面に吸着させることができ、溶
媒の負極材料中へのコインターカレーションを防止する
ことができる。また、負極22の表面にエーテル系の安
定な被膜を形成することができ、リチウム析出時には、
リチウム金属をこの被膜の下で析出させ、析出したリチ
ウム金属と溶媒との反応を防止することができる。よっ
て、電解液の化学的安定性を向上させることができ、放
電容量およびサイクル特性などの電池特性を改善するこ
とができる。
As described above, according to the present embodiment, since at least one member selected from the group consisting of crown ethers and glymes is contained, crown ethers or glymes are selectively distributed to lithium ions. It can be adsorbed on the surface of the negative electrode 22 at the time of charging, and co-intercalation of the solvent into the negative electrode material can be prevented. Further, a stable ether-based coating can be formed on the surface of the negative electrode 22, and when lithium is deposited,
Lithium metal can be deposited under this coating to prevent reaction between the deposited lithium metal and the solvent. Therefore, the chemical stability of the electrolytic solution can be improved, and the battery characteristics such as discharge capacity and cycle characteristics can be improved.

【0069】特に、クラウンエーテル類およびグライム
類の含有量を合計で、溶媒と電解質塩との合計に対して
0.005質量%以上15質量%以下とすれば、より高
い効果を得ることができる。
Particularly, if the total content of crown ethers and glymes is 0.005 mass% or more and 15 mass% or less with respect to the total of the solvent and the electrolyte salt, a higher effect can be obtained. .

【0070】[第2の実施の形態]図3は本発明の第2
の実施の形態に係る二次電池の構成を分解して表すもの
である。この二次電池は、正極リード31および負極リ
ード32が取り付けられた巻回電極体30をフィルム状
の外装部材40a,40bの内部に封入したものであ
る。正極リード31および負極リード32は、電気化学
的にも化学的にも安定でかつ導通がとれる材料、例えば
アルミニウム、銅あるいはニッケルなどの金属材料によ
り構成されている。
[Second Embodiment] FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
2 is an exploded view of the configuration of the secondary battery according to the embodiment of FIG. In this secondary battery, a spirally wound electrode body 30 to which a positive electrode lead 31 and a negative electrode lead 32 are attached is sealed inside film-shaped exterior members 40a and 40b. The positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are made of a material that is electrochemically and chemically stable and can conduct electricity, for example, a metal material such as aluminum, copper, or nickel.

【0071】外装部材40a,40bは、例えば、ナイ
ロンフィルム,アルミニウム箔およびポリエチレンフィ
ルムをこの順に張り合わせた矩形状のラミネートフィル
ムにより構成されている。外装部材40a,40bは、
例えば、ポリエチレンフィルム側と巻回電極体30とが
対向するように配設されており、各外縁部が融着あるい
は接着剤により互いに密着されている。外装部材40
a,40bと正極リード線31および負極リード線32
との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム
41が挿入されている。密着フィルム41は、正極リー
ド線31および負極リード線32に対して密着性を有す
る材料により構成され、例えば、正極リード線31およ
び負極リード線32が上述した金属材料により構成され
る場合には、ポリエチレン,ポリプロピレン,変性ポリ
エチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフ
ィン樹脂により構成されることが好ましい。
The exterior members 40a and 40b are made of, for example, a rectangular laminated film obtained by laminating a nylon film, an aluminum foil and a polyethylene film in this order. The exterior members 40a and 40b are
For example, the polyethylene film side and the spirally wound electrode body 30 are arranged so as to face each other, and the respective outer edge portions are adhered to each other by fusion or an adhesive. Exterior member 40
a, 40b, positive electrode lead wire 31, and negative electrode lead wire 32
An adhesion film 41 for preventing the invasion of the outside air is inserted between and. The adhesion film 41 is made of a material having adhesion to the positive electrode lead wire 31 and the negative electrode lead wire 32. For example, when the positive electrode lead wire 31 and the negative electrode lead wire 32 are made of the above-mentioned metal material, It is preferably composed of a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene or modified polypropylene.

【0072】なお、外装部材40a,40bは、上述し
たラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミ
ネートフィルム,ポリプロピレンなどの高分子フィルム
あるいは金属フィルムにより構成するようにしてもよ
い。
The exterior members 40a, 40b may be made of a laminated film having another structure, a polymer film such as polypropylene, or a metal film instead of the above-mentioned laminated film.

【0073】図4は図3に示した巻回電極体30の断面
構造の一部を拡大して表すものである。巻回電極体30
は、正極33と負極34とをセパレータ35および電解
質36を介して積層し、巻回したものである。正極33
(正極集電体層33aおよび正極合剤層33b),負極
35(負極集電体層34aおよび負極合剤層34b)お
よびセパレータ35の構成は、第1の実施の形態と同様
である。
FIG. 4 is an enlarged view of a part of the sectional structure of the spirally wound electrode body 30 shown in FIG. Winding electrode body 30
Is obtained by stacking and winding a positive electrode 33 and a negative electrode 34 with a separator 35 and an electrolyte 36 in between. Positive electrode 33
The configurations of (the positive electrode current collector layer 33a and the positive electrode mixture layer 33b), the negative electrode 35 (the negative electrode current collector layer 34a and the negative electrode mixture layer 34b) and the separator 35 are the same as those in the first embodiment.

【0074】電解質36は、保持体に電解液を分散ある
いは保持させたいわゆるゲル状であり、セパレータ35
を介して正極33の側に位置する正極側電解質層36a
と、負極34の側に位置する負極側電解質層36bとを
有している。電解質層36のイオン伝導度は、室温で1
mS/cm以上であることが好ましい。
The electrolyte 36 is a so-called gel in which an electrolytic solution is dispersed or held in a holder, and the separator 35 is used.
Positive electrode side electrolyte layer 36a located on the positive electrode 33 side through
And a negative electrode side electrolyte layer 36b located on the negative electrode 34 side. The ionic conductivity of the electrolyte layer 36 is 1 at room temperature.
It is preferably mS / cm or more.

【0075】保持体は、例えば高分子材料により構成さ
れており、正極側電解質層36aと負極側電解質層36
bとで異なっていてもよく同一でもよい。この高分子材
料としては、例えばポリフッ化ビニリデンおよびポリフ
ッ化ビニリデンの共重合体が挙げられ、その共重合体モ
ノマーとしてはヘキサフルオロプロピレンあるいはテト
ラフルオロエチレンなどが挙げられる。これらポリフッ
化ビニリデンおよびその共重合体は高い電池特性を得る
ことができるので好ましく、中でも、フッ化ビニリデン
とヘキサフルオロプロピレンとの共重合体は特に好まし
い。
The holder is made of, for example, a polymer material and has a positive electrode side electrolyte layer 36a and a negative electrode side electrolyte layer 36.
They may be the same as or different from b. Examples of the polymer material include polyvinylidene fluoride and a copolymer of polyvinylidene fluoride, and examples of the copolymer monomer include hexafluoropropylene and tetrafluoroethylene. These polyvinylidene fluoride and its copolymers are preferable because high battery characteristics can be obtained, and among them, the copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene is particularly preferable.

【0076】高分子材料としては、他にも、例えばポリ
アクリロニトリルおよびポリアクリロニトリルの共重合
体を用いることができ、その共重合体モノマー、例えば
ビニル系モノマーとしては酢酸ビニル,メタクリル酸メ
チル,メタクリル酸ブチル,アクリル酸メチル,アクリ
ル酸ブチル,イタコン酸,水素化メチルアクリレート,
水素化エチルアクリレート,アクリルアミド,塩化ビニ
ル,フッ化ビニリデンあるいは塩化ビニリデンなどが挙
げられる。また他にも、アクリロニトリルブタジエンゴ
ム,アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂,アクリ
ロニトリル塩化ポリエチレンプロピレンジエンスチレン
樹脂,アクリロニトリル塩化ポリエチレンプロピレンジ
エンスチレン樹脂,アクリロニトリル塩化ビニル樹脂,
アクリロニトリルメタアクリレート樹脂あるいはアクリ
ロニトリルアクリレート樹脂などを用いてもよい。
In addition, as the polymer material, for example, polyacrylonitrile and a copolymer of polyacrylonitrile can be used. As the copolymer monomer, for example, vinyl monomers, vinyl acetate, methyl methacrylate and methacrylic acid can be used. Butyl, methyl acrylate, butyl acrylate, itaconic acid, hydrogenated methyl acrylate,
Examples thereof include hydrogenated ethyl acrylate, acrylamide, vinyl chloride, vinylidene fluoride or vinylidene chloride. In addition, acrylonitrile butadiene rubber, acrylonitrile butadiene styrene resin, acrylonitrile chloride polyethylene propylene diene styrene resin, acrylonitrile chloride polyethylene propylene diene styrene resin, acrylonitrile vinyl chloride resin,
Acrylonitrile methacrylate resin or acrylonitrile acrylate resin may be used.

【0077】高分子材料としては、更に、例えばポリエ
チレンオキサイドおよびポリエチレンオキサイドの共重
合体を用いてもよく、その共重合モノマーとしては、ポ
リプロピレンオキサイド,メタクリル酸メチル,メタク
リル酸ブチル,アクリル酸メチルあるいはアクリル酸ブ
チルなどが挙げられる。また他にも、ポリエーテル変性
シロキサンおよびその共重合体を用いてもよい。
As the polymer material, for example, polyethylene oxide or a copolymer of polyethylene oxide may be used, and as the copolymerization monomer, polypropylene oxide, methyl methacrylate, butyl methacrylate, methyl acrylate or acrylic acid may be used. Butyl acid and the like can be mentioned. In addition, polyether-modified siloxane and its copolymer may be used.

【0078】保持体の含有量は、良好なゲル状とするに
は、電解液に対して5質量%〜50質量%の範囲内であ
ることが好ましい。
The content of the holder is preferably in the range of 5% by mass to 50% by mass with respect to the electrolytic solution in order to obtain a good gel state.

【0079】電解液は第1の実施の形態と同様であり、
液状の溶媒と、電解質塩と、クラウンエーテル類および
グライム類からなる群のうちの少なくとも1種を含んで
いる。電解液は、正極側電解質層36aと負極側電解質
層36bとで同一でも異なっていてもよいが、クラウン
エーテル類およびグライム類の含有量は異なっているこ
とが好ましい。具体的には、負極側電解質層36bにお
ける含有量の方が正極側電解質層36aにおける含有量
よりも多いことが好ましい。クラウンエーテル類および
グライム類は、負極34において特に電池特性を向上さ
せる機能を有するものだからである。なお、本明細書に
おいて含有量が異なるまたは含有量が多いというのは含
有量が零の場合も含み、複数種を混合して含む場合に
は、その一部の含有量が異なる場合も含む概念である。
The electrolytic solution is the same as in the first embodiment,
It contains a liquid solvent, an electrolyte salt, and at least one selected from the group consisting of crown ethers and glymes. The electrolyte solution may be the same or different in the positive electrode side electrolyte layer 36a and the negative electrode side electrolyte layer 36b, but it is preferable that the contents of crown ethers and glymes are different. Specifically, the content in the negative electrode side electrolyte layer 36b is preferably larger than the content in the positive electrode side electrolyte layer 36a. This is because the crown ethers and glymes have a function of particularly improving the battery characteristics in the negative electrode 34. In the present specification, the content is different or the content is large includes a case where the content is zero, and when a plurality of kinds are mixed and included, a concept that a part of the content is different is also included. Is.

【0080】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.

【0081】まず、第1の実施の形態と同様にして、正
極33および負極34を作製し、正極リード31および
負極リード32を取り付ける。次いで、正極合剤層33
bの上に正極側電解質層36aを形成すると共に、負極
合剤層34bの上に負極側電解質層36bを形成する。
その際、正極側電解質層36aにはクラウンエーテル類
およびグライム類を添加せず、負極側電解質層36bの
みにクラウンエーテル類およびグライム類を添加するよ
うにすることが好ましい。続いて、例えば、セパレータ
35、正極33、セパレータ35、負極34の順に積層
して巻回し、巻回電極体30を形成する。
First, similarly to the first embodiment, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are manufactured, and the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are attached. Then, the positive electrode mixture layer 33
The positive electrode side electrolyte layer 36a is formed on b, and the negative electrode side electrolyte layer 36b is formed on the negative electrode mixture layer 34b.
At that time, it is preferable that the crown ethers and the glymes are not added to the positive electrode side electrolyte layer 36a, and the crown ethers and the glymes are added only to the negative electrode side electrolyte layer 36b. Then, for example, the separator 35, the positive electrode 33, the separator 35, and the negative electrode 34 are laminated in this order and wound to form the wound electrode body 30.

【0082】そののち、巻回電極体30を外装部材40
a,40bの間に挟み込み、外装部材40a,40bの
外縁部同士を熱融着などにより密着させて封入する。そ
の際、正極リード31および負極リード32と外装部材
40a,40bとの間には密着フィルム41を挿入す
る。これにより、図3および図4に示した二次電池が完
成する。
After that, the wound electrode body 30 is attached to the exterior member 40.
It is sandwiched between a and 40b, and the outer edge portions of the exterior members 40a and 40b are sealed by heat fusion or the like. At that time, the adhesion film 41 is inserted between the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 and the exterior members 40a and 40b. As a result, the secondary battery shown in FIGS. 3 and 4 is completed.

【0083】この二次電池は、第1の実施の形態と同様
に作用し、同様の効果を得ることができる。
This secondary battery operates in the same manner as in the first embodiment, and the same effect can be obtained.

【0084】[0084]

【実施例】更に、本発明の具体的な実施例について詳細
に説明する。
EXAMPLES Further, specific examples of the present invention will be described in detail.

【0085】(実施例1−1〜1−3)図1および図2
に示した二次電池を作製した。ここでは、図1および図
2を参照し、図1および図2に示した符号を用いて説明
する。
(Examples 1-1 to 1-3) FIGS. 1 and 2
The secondary battery shown in was produced. Here, description will be given using the reference numerals shown in FIGS. 1 and 2 with reference to FIGS. 1 and 2.

【0086】まず、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、正極材料としてのリ
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91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。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を形成し正極2
1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。
First, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and cobalt carbonate (CoCO 3 ) were mixed with Li 2 CO 3 : CoC.
O 3 = 0.5: 1 (molar ratio) was mixed, and the mixture was baked in air at 900 ° C. for 5 hours to obtain a lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) as a positive electrode material.
Next, 91 parts by mass of this lithium-cobalt composite oxide, 6 parts by mass of graphite as a conductive agent, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed to prepare a positive electrode mixture. Then, this positive electrode mixture is dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone which is a solvent to form a positive electrode mixture slurry, which is uniformly applied to both surfaces of a positive electrode current collector 21a made of a strip-shaped aluminum foil having a thickness of 20 μm and dried. Then, the positive electrode mixture layer 21b is formed by compression molding with a roll press to form the positive electrode 2
1 was produced. After that, the positive electrode lead 25 made of aluminum was attached to one end of the positive electrode current collector 21a.

【0087】また、出発原料に石油ピッチを用い、これ
に酸素を含む官能基を10%〜20%導入して酸素架橋
を行い、不活性ガス気流中において1000℃で焼成し
て、ガラス状炭素に近い性質の難黒鉛化性炭素を負極材
料として得た。得られた難黒鉛化性炭素についてX線回
折測定を行ったところ、(002)面の面間隔は0.3
76nmであり、真密度は1.58g/cm3 であっ
た。次いで、この難黒鉛化性炭素を粉砕して平均粒径1
0μmの粉末状とし、この難黒鉛化性炭素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。続いて、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、負
極22を作製した。そののち、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。
Further, petroleum pitch was used as a starting material, 10% to 20% of a functional group containing oxygen was introduced into this to effect oxygen crosslinking, and the mixture was fired at 1000 ° C. in an inert gas stream to obtain glassy carbon. Non-graphitizable carbon having properties close to those of the above was obtained as a negative electrode material. When X-ray diffraction measurement was performed on the obtained non-graphitizable carbon, the spacing between (002) planes was 0.3.
It was 76 nm and the true density was 1.58 g / cm 3 . Next, this non-graphitizable carbon is pulverized to have an average particle size of 1
A powder of 0 μm was prepared, and 90 parts by mass of this non-graphitizable carbon and 10 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed to prepare a negative electrode mixture. Subsequently, this negative electrode mixture is dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone which is a solvent to form a slurry, which is then uniformly applied to both surfaces of a negative electrode current collector 22a made of a strip-shaped copper foil having a thickness of 10 μm and dried. Then, the negative electrode mixture layer 22b was formed by compression molding with a roll press machine to fabricate the negative electrode 22. After that, the negative electrode lead 26 made of nickel was attached to one end of the negative electrode current collector 22a.

【0088】なお、正極21および負極22を作製する
際には、正極21と負極22との面積密度比を調製し、
負極22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
り表されるようにした。
When producing the positive electrode 21 and the negative electrode 22, the area density ratio between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 is adjusted,
The capacity of the negative electrode 22 is represented by the sum of the capacity component due to occlusion / desorption of lithium and the capacity component due to precipitation / dissolution of lithium.

【0089】正極21および負極22をそれぞれ作製し
たのち、厚み25μmの微孔性ポリプロピレンフィルム
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 each of the positive electrode 21 and the negative electrode 22 is prepared, a separator 23 made of a microporous polypropylene 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 to form this laminate. A spirally wound electrode body 20 was manufactured by winding the spiral electrode member a number of times.

【0090】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の内部に電解液を減圧方式により注入し
た。電解液には、炭酸プロピレン50体積%と炭酸ジエ
チル50体積%とを混合した溶媒に、電解質塩としてL
iPF6 を1mol/lの含有量で溶解させたものに、
クラウンエーテル類を溶媒と電解質塩との合計に対して
1質量%の含有量で添加したものを用いた。クラウンエ
ーテル類の種類は、実施例1−1〜1−3で表1に示し
たように変化させた。
After the wound electrode body 20 is manufactured, the wound electrode body 20 is sandwiched between the 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 by a reduced pressure method. The electrolytic solution was prepared by mixing 50% by volume of propylene carbonate and 50% by volume of diethyl carbonate in a solvent and adding L as an electrolyte salt.
iPF 6 dissolved in a content of 1 mol / l,
The crown ethers added were used at a content of 1% by mass based on the total amount of the solvent and the electrolyte salt. The type of crown ethers was changed as shown in Table 1 in Examples 1-1 to 1-3.

【0091】[0091]

【表1】 [Table 1]

【0092】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17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1−1〜1−3について直径14mm、高さ65m
mの円筒型二次電池を得た。
After injecting the electrolytic solution into the battery can 11, the battery lid 14 is caulked to the battery can 11 via the gasket 17 having the surface coated with asphalt. Diameter 14mm, height 65m
A cylindrical secondary battery of m was obtained.

【0093】また、本実施例に対する比較例1−1とし
て、電解液に12−クラウン−4を添加しないことを除
き、他は本実施例と同様にして二次電池を作製した。更
に、本実施例に対する比較例1−2,1−3として、正
極と負極との面積密度比を調製し、負極の容量がリチウ
ムの吸蔵・離脱により表されるようにしたことを除き、
本実施例と同様にしていわゆるリチウムイオン二次電池
を作製した。その際、比較例2では実施例1と同様に電
解液に12−クラウン−4を溶媒と電解質塩との合計に
対して1質量%の含有量で添加し、比較例1−3では電
解液に12−クラウンー4を添加しなかった。
Further, as Comparative Example 1-1 to this example, a secondary battery was manufactured in the same manner as in this example except that 12-crown-4 was not added to the electrolytic solution. Further, as Comparative Examples 1-2 and 1-3 with respect to the present example, except that the area density ratio of the positive electrode and the negative electrode was adjusted so that the capacity of the negative electrode was represented by occlusion / desorption of lithium,
A so-called lithium-ion secondary battery was produced in the same manner as in this example. At that time, in Comparative Example 2, 12-crown-4 was added to the electrolytic solution at a content of 1% by mass with respect to the total amount of the solvent and the electrolyte salt as in Example 1, and in Comparative Example 1-3, the electrolytic solution was added. No 12-crown-4 was added to the.

【0094】得られた実施例1−1〜1−3および比較
例1−1〜1−3の二次電池について、充放電試験を行
い、1サイクル目の放電容量、すなわち初回放電容量
と、100サイクル目の放電容量とを求めた。その際、
充電は、600mA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の定電圧で電流が1mA
に達するまで行い、放電は、400mAの定電流で電池
電圧が3.0V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。得られた結果を表1に示す。表1にお
いて、実施例1−1〜1−3の初回放電容量は比較例1
−1の初回放電容量を100とした時の相対値であり、
実施例1−1〜1−3の100サイクル目の放電容量は
比較例1−1の100サイクル目の放電容量を100と
した時の相対値である。また、比較例1−2の初回放電
容量は比較例1−3の初回放電容量を100とした時の
相対値であり、比較例1−2の100サイクル目の放電
容量は比較例1−3の100サイクル目の放電容量を1
00とした時の相対値である。
A charging / discharging test was conducted on the obtained secondary batteries of Examples 1-1 to 1-3 and Comparative examples 1-1 to 1-3, and the discharge capacity at the first cycle, that is, the initial discharge capacity, The discharge capacity at the 100th cycle was determined. that time,
Charging was performed at a constant current of 600 mA until the battery voltage reached 4.2 V, and then at a constant voltage of 4.2 V, the current was 1 mA.
The discharge was performed at a constant current of 400 mA until the battery voltage reached 3.0 V. By the way, if charging and discharging are performed under the conditions shown here, a fully charged state and a completely discharged state are obtained. The results obtained are shown in Table 1. In Table 1, the initial discharge capacities of Examples 1-1 to 1-3 are Comparative Example 1
It is a relative value when the initial discharge capacity of -1 is 100,
The discharge capacities at the 100th cycle of Examples 1-1 to 1-3 are relative values when the discharge capacity at the 100th cycle of Comparative Example 1-1 is 100. The initial discharge capacity of Comparative Example 1-2 is a relative value when the initial discharge capacity of Comparative Example 1-3 is 100, and the discharge capacity at the 100th cycle of Comparative Example 1-2 is Comparative Example 1-3. Discharge capacity at 100th cycle of 1
This is a relative value when 00 is set.

【0095】なお、実施例1−1〜1−3および比較例
1−1〜1−3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。
Regarding the secondary batteries of Examples 1-1 to 1-3 and Comparative examples 1-1 to 1-3, 1
After the cycle charge and discharge, the one that was completely charged again was disassembled, and it was examined visually and by 7 Li nuclear magnetic resonance spectroscopy whether or not lithium metal was deposited on the negative electrode mixture layer 22b. Further, charging / discharging was performed for 2 cycles under the above-mentioned conditions, the completely discharged one was disassembled, and it was examined in the same manner whether lithium metal was deposited on the negative electrode mixture layer 22b.

【0096】その結果、実施例1−1〜1−3および比
較例1−1の二次電池では、完全充電状態においては負
極合剤層22bにリチウム金属の存在が認められ、完全
放電状態においてはリチウム金属の存在が認められなか
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。表1
にはその結果としてリチウム金属の析出有りとして記載
した。
As a result, in the secondary batteries of Examples 1-1 to 1-3 and Comparative example 1-1, the presence of lithium metal was observed in the negative electrode mixture layer 22b in the fully charged state, and in the completely discharged state. The presence of lithium metal was not recognized. That is, it was confirmed that the capacity of the negative electrode 22 is represented by the sum of the capacity component due to precipitation / dissolution of lithium metal and the capacity component due to occlusion / release of lithium. Table 1
As a result, it was described that lithium metal was precipitated.

【0097】一方、比較例1−2,1−3の二次電池で
は、完全充電状態においても完全放電状態においてもリ
チウム金属の存在は認められず、リチウムイオンの存在
が認められたのみであった。また、完全放電状態におい
て認められたリチウムイオンに帰属するピークはごく小
さいものであった。すなわち、負極の容量は、リチウム
の吸蔵・離脱による容量成分により表されることが確認
された。表1にはその結果としてリチウム金属の析出無
しと記載した。
On the other hand, in the secondary batteries of Comparative Examples 1-2 and 1-3, the presence of lithium metal was not recognized in both the fully charged state and the completely discharged state, and only the presence of lithium ions was recognized. It was In addition, the peak attributed to lithium ions observed in the completely discharged state was extremely small. That is, it was confirmed that the capacity of the negative electrode is represented by the capacity component due to insertion and extraction of lithium. As a result, it is described in Table 1 that there is no precipitation of lithium metal.

【0098】表1から分かるように、クラウンエーテル
類を添加した実施例1−1〜1−3によれば、初回放電
容量および100サイクル目の放電容量の両方につい
て、クラウンエーテル類を添加しなかった比較例1−1
よりも高い値が得られた。これに対して、リチウムイオ
ン二次電池である比較例1−2,1−3ではクラウンエ
ーテル類を添加した比較例1−2の方が、添加しなかっ
た比較例1−3よりも、初回放電容量および100サイ
クル目の放電容量の両方について若干高い値が得られた
ものの、その効果は小さかった。
As can be seen from Table 1, according to Examples 1-1 to 1-3 in which crown ethers were added, crown ethers were not added for both the initial discharge capacity and the discharge capacity at the 100th cycle. Comparative Example 1-1
Higher values were obtained. On the other hand, in Comparative Examples 1-2 and 1-3, which are lithium-ion secondary batteries, Comparative Example 1-2 in which crown ethers were added was compared to Comparative Example 1-3 in which the crown ethers were not added. Although a slightly high value was obtained for both the discharge capacity and the discharge capacity at the 100th cycle, the effect was small.

【0099】すなわち、負極22の容量が、軽金属の吸
蔵および離脱による容量成分と、軽金属の析出および溶
解による容量成分との和により表される二次電池におい
て、電解液にクラウンエーテル類を含有するようにすれ
ば、放電容量およびサイクル特性を向上させることがで
きることが分かった。
That is, in the secondary battery in which the capacity of the negative electrode 22 is represented by the sum of the capacity component due to occlusion and desorption of light metal and the capacity component due to precipitation and dissolution of light metal, the electrolytic solution contains crown ethers. By doing so, it was found that the discharge capacity and the cycle characteristics can be improved.

【0100】(実施例2−1)図3および図4に示した
二次電池を下記のようにして作製した。ここでは、図3
および図4を参照し、図3および図4に示した符号を用
いて説明する。
Example 2-1 The secondary battery shown in FIGS. 3 and 4 was manufactured as follows. Here, FIG.
4 and FIG. 4 will be described using the reference numerals shown in FIGS.

【0101】まず、正極33および負極34を実施例1
−1と同様にして作製した。その際、リチウムを吸蔵・
離脱可能な負極材料には難黒鉛化性炭素に代えて人造黒
鉛粉末を用い、負極集電体34aとしては厚み15μm
の帯状銅箔を用いた。次いで、正極集電体33aの一端
にアルミニウム製の正極リード31を取り付けると共
に、負極集電体34aの一端にニッケル製の負極リード
32を取り付けた。
First, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 were used in Example 1.
It was produced in the same manner as in -1. At that time, occlude lithium
Artificial graphite powder was used in place of non-graphitizable carbon as the removable negative electrode material, and the thickness of the negative electrode current collector 34a was 15 μm.
The strip-shaped copper foil of was used. Next, the positive electrode lead 31 made of aluminum was attached to one end of the positive electrode current collector 33a, and the negative electrode lead 32 made of nickel was attached to one end of the negative electrode current collector 34a.

【0102】続いて、正極33の両面に正極側電解質層
36aを形成すると共に、負極34の両面に負極側電解
質層36bを形成した。正極側電解質層36aおよび負
極側電解質層36bには、高分子材料としてフッ化ビニ
リデンとヘキサフルオロプロピレンとをブロック共重合
させた共重合体に、電解液を保持させたものを用いた。
電解液には炭酸エチレンと炭酸プロピレンとを炭酸エチ
レン:炭酸プロピレン=1:1の質量比で混合した溶媒
に電解質塩としてLiPF6 を0.6mol/lの含有
量で溶解させたものに、12−クラウン−4を溶媒と電
解質塩との合計に対して1質量%の含有量で添加したも
のを用いた。
Subsequently, a positive electrode side electrolyte layer 36a was formed on both surfaces of the positive electrode 33, and a negative electrode side electrolyte layer 36b was formed on both surfaces of the negative electrode 34. For the positive electrode side electrolyte layer 36a and the negative electrode side electrolyte layer 36b, a polymer obtained by block-copolymerizing vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as a polymer material and holding an electrolytic solution was used.
The electrolytic solution was prepared by dissolving LiPF 6 as an electrolyte salt at a content of 0.6 mol / l in a solvent prepared by mixing ethylene carbonate and propylene carbonate at a mass ratio of ethylene carbonate: propylene carbonate = 1: 1. -Crown-4 was used in a content of 1% by mass based on the total amount of the solvent and the electrolyte salt.

【0103】正極側電解質層36aおよび負極側電解質
層36bを形成したのち、微孔性ポリエチレンフィルム
よりなるセパレータ35を用意し、正極33、セパレー
タ35、負極34、セパレータ35の順に積層して渦巻
き状に多数巻回し、巻回電極体30を作製した。そのの
ち、正極リード31および負極リード32を外部へ導出
しつつ、巻回電極体30をラミネートフィルムよりなる
外装部材40a,40bに減圧封入し、実施例2−1に
ついて図3および図4に示した二次電池を得た。
After forming the positive electrode side electrolyte layer 36a and the negative electrode side electrolyte layer 36b, a separator 35 made of a microporous polyethylene film is prepared, and the positive electrode 33, the separator 35, the negative electrode 34 and the separator 35 are laminated in this order to form a spiral shape. The wound electrode body 30 was manufactured by winding a large number of turns. After that, while winding out the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 to the outside, the spirally wound electrode body 30 was vacuum-sealed in the exterior members 40a and 40b made of a laminate film, and Example 2-1 is shown in FIGS. I got a secondary battery.

【0104】本実施例に対する比較例2−1として、正
極側電解質層および負極側電解質層に12−クラウン−
4を添加しないことを除き、他は本実施例と同様にして
二次電池を作製した。また、本実施例に対する比較例2
−2,2−3として、正極と負極との面積密度比を調製
し、負極の容量がリチウムの吸蔵・離脱により表される
ようにしたことを除き、本実施例と同様にしていわゆる
リチウムイオン二次電池を作製した。その際、比較例2
−2では実施例2−1と同様に正極側電解質層および負
極側電解質層の両方に12−クラウン−4を添加し、比
較例2−3では比較例2−1と同様に正極側電解質層お
よび負極側電解質層の両方に12−クラウン−4を添加
しなかった。更に、本実施例に対する比較例2−4,2
−5として、負極に圧延したリチウム金属を用い、負極
の容量がリチウムの析出・溶解により表されるようにし
たことを除き、本実施例と同様にしていわゆるリチウム
二次電池を作製した。その際、比較例2−4では実施例
2−1と同様に正極側電解質層および負極側電解質層の
両方に12−クラウン−4を添加し、比較例2−5では
比較例2−1と同様に正極側電解質層および負極側電解
質層の両方に12−クラウン−4を添加しなかった。
As Comparative Example 2-1 with respect to this Example, 12-crown-type was used for the positive electrode side electrolyte layer and the negative electrode side electrolyte layer.
A secondary battery was made in the same manner as in this example except that 4 was not added. In addition, Comparative Example 2 with respect to this example
-2, 2-3, so-called lithium ion was prepared in the same manner as in this example, except that the area density ratio of the positive electrode and the negative electrode was adjusted so that the capacity of the negative electrode was represented by occlusion / desorption of lithium. A secondary battery was produced. At that time, Comparative Example 2
-2, 12-crown-4 was added to both the positive electrode side electrolyte layer and the negative electrode side electrolyte layer as in Example 2-1. In Comparative Example 2-3, the positive electrode side electrolyte layer was added as in Comparative Example 2-1. 12-crown-4 was not added to both the negative electrode electrolyte layer and the negative electrode side electrolyte layer. Furthermore, Comparative Examples 2-4 and 2 to this Example
As -5, a so-called lithium secondary battery was produced in the same manner as in this example, except that rolled lithium metal was used for the negative electrode and the capacity of the negative electrode was represented by precipitation / dissolution of lithium. At that time, in Comparative Example 2-4, 12-crown-4 was added to both the positive electrode side electrolyte layer and the negative electrode side electrolyte layer as in Example 2-1, and in Comparative Example 2-5, as Comparative Example 2-1. Similarly, 12-crown-4 was not added to both the positive electrode side electrolyte layer and the negative electrode side electrolyte layer.

【0105】得られた実施例2−1および比較例2−1
〜2−5の二次電池について、充放電試験を行い、初回
放電容量および30サイクル目の放電容量を調べた。初
回放電容量は、1サイクル目の充放電において得られた
放電容量であり、充放電は23℃で1Aの定電流定電圧
充電を上限4.2Vまで行ったのち、200mAの定電
流放電を終止電圧3.0Vまで行った。また、30サイ
クル目の放電容量は、初回放電容量を求めたのち、更に
充放電を29サイクル繰り返し、その29サイクル目
(すなわち全体では30サイクル目)において得られた
放電容量である。その際の充放電は、23℃で1Aの定
電流定電圧充電を上限4.2Vまで行ったのち、500
mAの定電流放電を終止電圧3.0Vまで行った。得ら
れた結果を表2に示す。
Obtained Example 2-1 and Comparative Example 2-1
The secondary batteries of Nos. 2 to 5 were subjected to a charge / discharge test, and the initial discharge capacity and the discharge capacity at the 30th cycle were examined. The initial discharge capacity is the discharge capacity obtained in the charge / discharge of the first cycle. The charge / discharge is performed at 23 ° C. with a constant current constant voltage charge of 1 A up to an upper limit of 4.2 V, and then the constant current discharge of 200 mA is stopped. The voltage was increased to 3.0V. The discharge capacity at the 30th cycle is the discharge capacity obtained at the 29th cycle (that is, the 30th cycle as a whole) after 29 cycles of charging and discharging after obtaining the initial discharge capacity. The charge and discharge at that time was carried out at a constant current and constant voltage of 1 A at 23 ° C. up to an upper limit of 4.2 V, and then 500
A constant current discharge of mA was performed up to a final voltage of 3.0V. The obtained results are shown in Table 2.

【0106】[0106]

【表2】 [Table 2]

【0107】表2において、実施例2−1の値は比較例
2−1の初回放電容量と30サイクル目の放電容量とを
100とした時の相対値であり、比較例2−2の値は比
較例2−3の初回放電容量と30サイクル目の放電容量
とを100とした時の相対値であり、比較例2−4の値
は比較例2−5の初回放電容量と30サイクル目の放電
容量とを100とした時の相対値である。
In Table 2, the value of Example 2-1 is a relative value when the initial discharge capacity of Comparative Example 2-1 and the discharge capacity at the 30th cycle are 100, and the value of Comparative Example 2-2. Is a relative value when the initial discharge capacity of Comparative Example 2-3 and the discharge capacity of the 30th cycle are 100, and the value of Comparative Example 2-4 is the initial discharge capacity of Comparative Example 2-5 and the 30th cycle. It is a relative value when the discharge capacity of is 100.

【0108】また、実施例2−1および比較例2−1の
30サイクル目の放電曲線を図5および図6に示す。図
5は、比較例2−1の30サイクル目の放電容量を10
0とした時の実施例2−1と比較例2−1との比較図で
あり、図6は、実施例2−1および比較例2−1それぞ
れにおける30サイクル目の放電容量を100とした時
の実施例2−1と比較例2−1との比較図である。
The discharge curves at 30th cycle of Example 2-1 and Comparative Example 2-1 are shown in FIGS. 5 and 6. FIG. 5 shows the discharge capacity at the 30th cycle of Comparative Example 2-1 as 10
FIG. 7 is a comparison diagram of Example 2-1 and Comparative Example 2-1 when it is set to 0, and FIG. 6 shows the discharge capacity at 30th cycle in Example 2-1 and Comparative Example 2-1 as 100. It is a comparison diagram of Example 2-1 at the time and Comparative Example 2-1.

【0109】更に、実施例2−1および比較例2−1〜
2−3の二次電池についても、実施例1−1と同様にし
て完全充電状態と完全放電状態とにおけるリチウム金属
の析出出の有無を調べた。それらの結果も表2に示す。
なお、比較例2−4,2−5の二次電池については、負
極にリチウム金属を使用してるので、リチウム金属の析
出の有無を調べなかったが、表2においては、リチウム
金属の析出有りと記載した。
Furthermore, Example 2-1 and Comparative Examples 2-1 to 2-1
Regarding the secondary battery of 2-3, the presence or absence of lithium metal deposition in the fully charged state and the completely discharged state was examined in the same manner as in Example 1-1. The results are also shown in Table 2.
In addition, with respect to the secondary batteries of Comparative Examples 2-4 and 2-5, since lithium metal was used for the negative electrode, it was not examined whether or not lithium metal was deposited, but in Table 2, lithium metal was deposited. It was described.

【0110】表2および図5から分かるように、クラウ
ンエーテル類を添加した実施例2−1によれば、初回放
電容量および30サイクル目の放電容量の両方につい
て、クラウンエーテル類を添加しなかった比較例2−1
よりも高い値が得られた。これに対して、リチウムイオ
ン二次電池である比較例2−2,2−3では、クラウン
エーテル類を添加した比較例2−2の方が、添加しなか
った比較例2−3よりも初回放電容量は若干高い値が得
られたものの、30サイクル目の放電容量については同
等であった。また、リチウム二次電池である比較例2−
4,2−5では、クラウンエーテル類を添加した比較例
2−4の方が、添加しなかった比較例2−5よりも、初
回放電容量および30サイクル目の放電容量の両方につ
いて若干高い値が得られたものの、その効果は小さかっ
た。
As can be seen from Table 2 and FIG. 5, according to Example 2-1 in which crown ethers were added, crown ethers were not added for both the initial discharge capacity and the discharge capacity at the 30th cycle. Comparative Example 2-1
Higher values were obtained. On the other hand, in Comparative Examples 2-2 and 2-3, which are lithium-ion secondary batteries, Comparative Example 2-2 in which crown ethers were added was the first time compared to Comparative Example 2-3 in which no crown ethers were added. Although a slightly higher discharge capacity was obtained, the discharge capacity at the 30th cycle was the same. In addition, Comparative Example 2 which is a lithium secondary battery
In Comparative Examples 4 and 2-5, Comparative Example 2-4 to which crown ethers were added was slightly higher in both the initial discharge capacity and the 30th cycle discharge capacity than Comparative Example 2-5 to which no crown ether was added. Was obtained, but the effect was small.

【0111】すなわち、電解液に代えてゲル状の電解質
を用いた二次電池においても、負極34の容量が軽金属
の吸蔵および離脱による容量成分と、軽金属の析出およ
び溶解による容量成分との和により表される二次電池に
おいて、電解質にクラウンエーテル類を含むようにすれ
ば、放電容量およびサイクル特性を向上させることがで
きることが分かった。
That is, also in a secondary battery using a gel electrolyte instead of the electrolytic solution, the capacity of the negative electrode 34 depends on the sum of the capacity component due to occlusion and release of light metal and the capacity component due to precipitation and dissolution of light metal. It has been found that in the secondary battery shown, the discharge capacity and the cycle characteristics can be improved by including crown ethers in the electrolyte.

【0112】また、図5および図6から分かるように、
実施例2−1および比較例2−1では、放電曲線におい
て、リチウムの析出・溶解反応に対応する領域Aと、リ
チウムの吸蔵・離脱反応に対応する領域Bとが見られ、
実施例2−1の方が比較例2−1よりも、リチウムの析
出・溶解反応に対応する領域Aが大きかった。すなわ
ち、クラウンエーテル類の添加は、リチウムの析出・溶
解反応による放電容量の増加に大きく寄与することが分
かった。
As can be seen from FIGS. 5 and 6,
In Example 2-1 and Comparative Example 2-1, in the discharge curve, a region A corresponding to the precipitation / dissolution reaction of lithium and a region B corresponding to the absorption / desorption reaction of lithium were observed,
The region A corresponding to the precipitation / dissolution reaction of lithium was larger in Example 2-1 than in Comparative Example 2-1. That is, it was found that the addition of crown ethers greatly contributes to the increase in discharge capacity due to the precipitation / dissolution reaction of lithium.

【0113】(実施例2−2〜2−5)負極側電解質層
36bにクラウンエーテル類に代えてグライム類を添加
し、正極側電解質層36aにクラウンエーテル類もグラ
イム類も添加しないことを除き、他は実施例2−1と同
様にして二次電池を作製した。グライム類の種類は、実
施例2−2〜2−5で表3に示したように変化させた。
(Examples 2-2 to 2-5) Glymes are added to the negative electrode side electrolyte layer 36b instead of crown ethers, and neither crown ethers nor glymes are added to the positive electrode side electrolyte layer 36a. A secondary battery was produced in the same manner as in Example 2-1 except for the above. The type of grime was changed as shown in Table 3 in Examples 2-2 to 2-5.

【0114】[0114]

【表3】 [Table 3]

【0115】また、本実施例に対する比較例2−6とし
て、正極と負極との面積密度比を調製し、負極の容量が
リチウムの吸蔵・離脱により表されるようにしたことを
除き、他は実施例2−2と同様にしていわゆるリチウム
イオン二次電池を作製した。更に、本実施例に対する比
較例2−7として、負極に圧延したリチウム金属を用
い、負極の容量がリチウムの析出・溶解により表される
ようにしたことを除き、他は実施例2−2と同様にして
いわゆるリチウム二次電池を作製した。
Further, as Comparative Example 2-6 with respect to this example, except that the area density ratio of the positive electrode and the negative electrode was adjusted so that the capacity of the negative electrode was represented by occlusion / release of lithium, A so-called lithium-ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 2-2. Further, as Comparative Example 2-7 with respect to this Example, other than Example 2-2, except that rolled negative electrode lithium metal was used and the capacity of the negative electrode was represented by precipitation / dissolution of lithium. Similarly, a so-called lithium secondary battery was produced.

【0116】得られた実施例2−2〜2−5および比較
例2−6、2−7の二次電池について、実施例2−1と
同様にして初回放電容量、30サイクル目の放電容量、
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た。それらの結果を比較例2−
1,2−3,2−5の結果と合わせて表3に示す。な
お、表3において、比較例2−7の二次電池について
は、比較例2−4,2−5と同様にリチウム金属の析出
有りと記載した。
Regarding the obtained secondary batteries of Examples 2-2 to 2-5 and Comparative examples 2-6 and 2-7, the initial discharge capacity and the discharge capacity at the 30th cycle were the same as in Example 2-1. ,
The presence or absence of lithium metal deposition in the fully charged state and the completely discharged state was examined. The results are shown in Comparative Example 2-
It is shown in Table 3 together with the results of 1, 2, 3 and 2-5. In Table 3, the secondary batteries of Comparative Example 2-7 are described as having lithium metal deposited, as in Comparative Examples 2-4 and 2-5.

【0117】表3から分かるように、グライム類を添加
した実施例2−2〜2−5によれば、初回放電容量およ
び30サイクル目の放電容量の両方について、グライム
類を添加しなかった比較例2−1よりも高い値が得られ
た。これに対して、リチウムイオン二次電池である比較
例2−6,2−3およびリチウム二次電池である比較例
2−7,2−5では、グライム類を添加した方が添加し
なかったものよりも初回放電容量および30サイクル目
の放電容量について若干高い値が得られたものの、その
効果は小さかった。
As can be seen from Table 3, according to Examples 2-2 to 2-5 in which the glymes were added, both the initial discharge capacity and the discharge capacity at the 30th cycle were compared without adding the glymes. Higher values were obtained than in Example 2-1. On the other hand, in Comparative Examples 2-6 and 2-3 which are lithium ion secondary batteries and Comparative Examples 2-7 and 2-5 which are lithium secondary batteries, the one to which the glymes were added was not added. Although the values for the initial discharge capacity and the discharge capacity at the 30th cycle were slightly higher than those of the above, the effect was small.

【0118】すなわち、負極34の容量が、軽金属の吸
蔵および離脱による容量成分と、軽金属の析出および溶
解による容量成分との和により表される二次電池におい
て、電解質にグライム類を含むようにすれば、放電容量
およびサイクル特性を向上させることができることが分
かった。また、少なくとも負極側電解質層36bにグラ
イム類を添加するようにすればよいことも分かった。
That is, in the secondary battery in which the capacity of the negative electrode 34 is represented by the sum of the capacity component due to occlusion and release of the light metal and the capacity component due to precipitation and dissolution of the light metal, it is necessary to include glymes in the electrolyte. It has been found that the discharge capacity and cycle characteristics can be improved. It was also found that at least the glymes should be added to the negative electrode side electrolyte layer 36b.

【0119】なお、上記実施例では、クラウンエーテル
類またはグライム類について具体的に例を挙げて説明し
たが、他のクラウンエーテル類または他のグライム類を
用いても、同様の結果を得ることができる。
Although the crown ethers or glymes have been specifically described in the above examples, similar results can be obtained by using other crown ethers or other glymes. it can.

【0120】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、軽金属
としてリチウムを用いる場合について説明したが、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あるいはカルシウム(C
a)などのアルカリ土類金属、またはアルミニウムなど
の他の軽金属、またはリチウムあるいはこれらの合金を
用いる場合についても、本発明を適用することができ、
同様の効果を得ることができる。その際、軽金属を吸蔵
および離脱することが可能な負極材料、正極材料、非水
溶媒、あるいは電解質塩などは、その軽金属に応じて選
択される。但し、軽金属としてリチウムまたはリチウム
を含む合金を用いるようにすれば、現在実用化されてい
るリチウムイオン二次電池との電圧互換性が高いので好
ましい。なお、軽金属としてリチウムを含む合金を用い
る場合には、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 various modifications can be made. For example, in the above embodiments and examples, the case where lithium is used as the light metal has been described. However, other alkali metal such as sodium (Na) or potassium (K), or magnesium or calcium (C
The present invention can be applied to the case of using an alkaline earth metal such as a) or other light metal such as aluminum, or lithium or an alloy thereof.
The same effect can be obtained. At that time, a negative electrode material, a positive electrode material, a non-aqueous solvent, an electrolyte salt or the like capable of inserting and extracting a light metal is selected according to the light metal. However, it is preferable to use lithium or an alloy containing lithium as the light metal because the voltage compatibility with the lithium ion secondary batteries currently in practical use is high. When using an alloy containing lithium as a light metal, there is a substance capable of forming an alloy with lithium in the electrolyte, and an alloy may be formed during precipitation,
There may be a substance capable of forming an alloy with lithium in the negative electrode, and the alloy may be formed during precipitation.

【0121】また、上記第2の実施の形態および実施例
2−1〜2−5においては、いわゆるゲル状の電解質を
用いる場合について説明したが、本発明は、保持体と電
解液とを含む他の電解質を用いる場合についても適用す
ることができる。他の電解質としては、例えば電解液を
保持体である高分子材料に膨潤させた高分子固体電解質
が挙げられる。その際、高分子材料には、例えば、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
フォスファゼンあるいはポリシロキサンなどが用いられ
る。更に、上記第2の実施の形態および実施例2−1〜
2−5においては、保持体として高分子材料を挙げて説
明したが、窒化リチウム,ヨウ化リチウムあるいは水酸
化リチウムの多結晶,ヨウ化リチウムと三酸化二クロム
との混合物,またはヨウ化リチウムと硫化チリウムと亜
硫化二リンとの混合物などの無機伝導体を保持体として
用いてもよく、高分子材料と無機伝導体とを混合して用
いてもよい。
In the second embodiment and Examples 2-1 to 2-5 described above, the case of using a so-called gel electrolyte is described, but the present invention includes a holder and an electrolytic solution. It can also be applied to the case of using another electrolyte. Examples of the other electrolyte include a polymer solid electrolyte obtained by swelling an electrolyte solution in a polymer material that is a holder. At that time, as the polymer material, for example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, polysiloxane, or the like is used. Further, the second embodiment and the example 2-1 to
In 2-5, a polymer material is used as the holder for explanation, but lithium nitride, lithium iodide or lithium hydroxide polycrystal, a mixture of lithium iodide and dichromium trioxide, or lithium iodide is used. An inorganic conductor such as a mixture of thylium sulfide and diphosphorus disulfide may be used as a holding body, or a polymer material and an inorganic conductor may be mixed and used.

【0122】加えて、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あるいは、
ラミネート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,
角型あるいは大型などの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。
In addition, in the above-described embodiments and examples, a cylindrical secondary battery having a wound structure, or
Although a laminate type secondary battery has been described, the present invention is also applicable to an elliptical or polygonal type secondary battery having a wound structure, or a secondary battery having a structure in which a positive electrode and a negative electrode are folded or stacked. Can be applied to. In addition, so-called coin type, button type,
It can also be applied to rectangular or large secondary batteries. Further, not only the secondary battery but also the primary battery can be applied.

【0123】[0123]

【発明の効果】以上説明したように請求項1ないし請求
項10のいずれか1に記載の電池によれば、電解質がク
ラウンエーテル類およびグライム類からなる群のうちの
少なくとも1種を含むようにしたので、クラウンエーテ
ル類またはグライム類を負極の表面に吸着させ、電解質
の負極中へのコインターカレーションを防止することが
できる。また、負極の表面にエーテル系の安定な被膜を
形成することができ、軽金属をこの被膜の下で析出させ
ることができ、析出した軽金属と電解質との反応を防止
することができる。よって、電解質の化学的安定性を向
上させることができ、放電容量およびサイクル特性など
の電池特性を改善することができる。
As described above, in the battery according to any one of claims 1 to 10, the electrolyte contains at least one member selected from the group consisting of crown ethers and glymes. Therefore, crown ethers or glymes can be adsorbed on the surface of the negative electrode to prevent co-intercalation of the electrolyte into the negative electrode. In addition, a stable ether-based coating can be formed on the surface of the negative electrode, light metal can be deposited under this coating, and the reaction between the deposited light metal and the electrolyte can be prevented. Therefore, the chemical stability of the electrolyte can be improved, and the battery characteristics such as discharge capacity and cycle characteristics can be improved.

【0124】特に、請求項2記載の電池によれば、クラ
ウンエーテル類およびグライム類の含有量を合計で、溶
媒と電解質塩との合計に対して0.005質量%以上1
5質量%以下とするようにしたので、より高い効果を得
ることができる。
In particular, according to the battery of claim 2, the total content of the crown ethers and the glymes is 0.005% by mass or more and 1 with respect to the total of the solvent and the electrolyte salt.
Since the amount is 5% by mass or less, a higher effect can be obtained.

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

【図1】本発明の第1の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 showing the configuration of a secondary battery according to a first 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 a cross-sectional view showing an enlarged part of a wound electrode body in the secondary battery shown in FIG.

【図3】本発明の第2の実施の形態に係る二次電池を分
解して表す分解斜視図である。
FIG. 3 is an exploded perspective view showing an exploded secondary battery according to a second embodiment of the present invention.

【図4】図3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. 4 is a cross-sectional view showing an enlarged part of a wound electrode body in the secondary battery shown in FIG.

【図5】本発明の実施例2−1に係る30サイクル目の
放電曲線を比較例2−1と比較して表す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a discharge curve at the 30th cycle according to Example 2-1 of the present invention in comparison with Comparative example 2-1.

【図6】本発明の実施例2−1に係る30サイクル目の
放電曲線を比較例2−1と比較して表す特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a discharge curve at the 30th cycle according to Example 2-1 of the present invention in comparison with Comparative example 2-1.

【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、20,30…巻回電極体、2
1,33…正極、21a,33a…正極集電体、21
b,33b…正極合剤層、22,34…負極、22a,
34a…負極集電体、22b,34b…負極合剤層、2
3,35…セパレータ、24…センターピン、25,3
1…正極リード、26,32…負極リード、36…電解
質、36a…正極側電解質層、36b…負極側電解質
層、40a,40b…外装部材、41…密着フィルム
11 ... Battery can, 12, 13 ... Insulation plate, 14 ... Battery lid, 1
5 ... Safety valve mechanism, 15a ... Disk plate, 16 ... PTC element, 17 ... Gasket, 20, 30 ... Winding electrode body, 2
1, 33 ... Positive electrode, 21a, 33a ... Positive electrode current collector, 21
b, 33b ... Positive electrode mixture layer, 22, 34 ... Negative electrode, 22a,
34a ... Negative electrode collector, 22b, 34b ... Negative electrode mixture layer, 2
3, 35 ... Separator, 24 ... Center pin, 25, 3
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode lead, 26, 32 ... Negative electrode lead, 36 ... Electrolyte, 36a ... Positive electrode side electrolyte layer, 36b ... Negative electrode side electrolyte layer, 40a, 40b ... Exterior member, 41 ... Adhesive film

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Claims (10)

【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、軽金属の吸蔵および離脱による容量
成分と、軽金属の析出および溶解による容量成分との和
により表され、 前記電解質は、クラウンエーテル類およびグライム類か
らなる群のうちの少なくとも1種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 is represented by a sum of a capacity component due to occlusion and desorption of light metal and a capacity component due to precipitation and dissolution of light metal, A battery, wherein the electrolyte contains at least one member selected from the group consisting of crown ethers and glymes.
【請求項2】 前記電解質は溶媒および電解質塩を含
み、クラウンエーテル類およびグライム類の含有量は合
計で、0.005質量%以上15質量%以下であること
を特徴とする請求項1記載の電池。
2. The electrolyte contains a solvent and an electrolyte salt, and the total content of crown ethers and glymes is 0.005% by mass or more and 15% by mass or less. battery.
【請求項3】 前記負極は軽金属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。
3. The negative electrode contains a negative electrode material capable of inserting and extracting a light metal.
Battery described.
【請求項4】 前記負極は炭素材料を含むことを特徴と
する請求項3記載の電池。
4. The battery according to claim 3, wherein the negative electrode contains a carbon material.
【請求項5】 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4記載の電池。
5. The battery according to claim 4, wherein the negative electrode contains at least one selected from the group consisting of graphite, graphitizable carbon, and non-graphitizable carbon.
【請求項6】 前記負極は黒鉛を含むことを特徴とする
請求項5記載の電池。
6. The battery according to claim 5, wherein the negative electrode contains graphite.
【請求項7】 前記負極は、前記軽金属と合金を形成可
能な金属元素または半金属元素の単体,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3記載の電池。
7. The negative electrode according to claim 3, wherein the negative electrode contains at least one selected from the group consisting of a simple substance, an alloy and a compound of a metal element or a metalloid element capable of forming an alloy with the light metal. battery.
【請求項8】 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),ジルコニウ
ム(Zr),イットリウム(Y)またはハフニウム(H
f)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7記載の電
池。
8. The negative electrode comprises tin (Sn), lead (Pn)
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), zirconium (Zr), yttrium (Y) or hafnium (H).
The battery according to claim 7, comprising at least one selected from the group consisting of simple substances, alloys, and compounds of f).
【請求項9】 前記電解質は保持体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 electrolyte includes a holder.
【請求項10】 クラウンエーテル類およびグライム類
の含有量は、前記正極側よりも前記負極側の方が多いこ
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 content of crown ethers and glymes is higher on the negative electrode side than on the positive electrode side.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011001985A1 (en) * 2009-06-30 2011-01-06 旭硝子株式会社 Electrolytic solution for chargeable device, electrolytic solution for lithium ion secondary battery, and secondary battery
WO2011138959A1 (en) 2010-05-06 2011-11-10 タイコエレクトロニクスジャパン合同会社 Ptc device and secondary battery equipped with same
WO2012086602A1 (en) * 2010-12-20 2012-06-28 旭硝子株式会社 Nonaqueous electrolyte solution for secondary batteries, and secondary battery
WO2014192094A1 (en) * 2013-05-29 2014-12-04 日立オートモティブシステムズ株式会社 Lithium ion secondary battery
CN110838587A (en) * 2018-08-16 2020-02-25 现代自动车株式会社 Binder solution for all-solid-state battery, electrode slurry including binder solution, and method for manufacturing all-solid-state battery using electrode slurry

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011001985A1 (en) * 2009-06-30 2011-01-06 旭硝子株式会社 Electrolytic solution for chargeable device, electrolytic solution for lithium ion secondary battery, and secondary battery
JPWO2011001985A1 (en) * 2009-06-30 2012-12-13 旭硝子株式会社 Electrolytic solution for charging device, electrolytic solution for lithium secondary ion battery, and secondary battery
WO2011138959A1 (en) 2010-05-06 2011-11-10 タイコエレクトロニクスジャパン合同会社 Ptc device and secondary battery equipped with same
WO2012086602A1 (en) * 2010-12-20 2012-06-28 旭硝子株式会社 Nonaqueous electrolyte solution for secondary batteries, and secondary battery
WO2014192094A1 (en) * 2013-05-29 2014-12-04 日立オートモティブシステムズ株式会社 Lithium ion secondary battery
CN110838587A (en) * 2018-08-16 2020-02-25 现代自动车株式会社 Binder solution for all-solid-state battery, electrode slurry including binder solution, and method for manufacturing all-solid-state battery using electrode slurry
CN110838587B (en) * 2018-08-16 2024-01-23 现代自动车株式会社 Binder solution for all-solid battery, electrode slurry comprising the same, and method for manufacturing all-solid battery using the electrode slurry

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