JP2005197174A - Battery - Google Patents

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壽和 安田
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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

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery capable of preventing capacity deterioration in charge preservation. <P>SOLUTION: A positive electrode 12 and a negative electrode 14 are stacked by interlaying a separator 15 with an electrolyte impregnated. The capacity of the negative electrode 14 includes a capacity component by storage/separation of Li and a capacity component by deposition/dissolution of Li, and is expressed by the sum of them. Carbonate is added to the positive electrode 12 in addition to a positive electrode active material, and the carbonate is dissolved in the electrolyte to form a coating film 14C on a surface of the negative electrode 14. Therefore, Li deposited on the surface of the negative electrode 14 reacts with the electrolyte or the like to prevent the capacity from being deteriorated. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、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を含み、かつその和により表される電池に関する。   The present invention relates to a battery in which the capacity of a negative electrode includes a capacity component due to insertion and extraction of light metals and a capacity component due to precipitation and dissolution of light metals, and is represented by the sum thereof.

電子機器の小型化に伴い、高エネルギー密度を得ることができる電池の開発が要求されている。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、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を利用したリチウム金属二次電池がある。しかし、リチウム金属二次電池は、充放電を繰り返した際の放電容量の劣化が大きく、その実用化は現状では非常に困難である。この容量劣化は、リチウム金属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、析出したリチウム金属が電極から脱落したり、電解質と反応することにより失活してしまうことが原因と考えられる。   With the downsizing of electronic equipment, development of a battery capable of obtaining a high energy density is required. As a secondary battery capable of obtaining a high energy density, there is a lithium metal secondary battery that uses lithium metal for the negative electrode and uses precipitation and dissolution reactions of lithium metal for the negative electrode reaction. However, the lithium metal secondary battery has a large deterioration in discharge capacity when repeated charging and discharging, and its practical use is very difficult at present. This capacity deterioration is based on the fact that the lithium metal secondary battery uses the precipitation / dissolution reaction of lithium metal in the negative electrode, and the deposited lithium metal falls off the electrode or reacts with the electrolyte during charge / discharge. This is considered to be caused by inactivation.

そこで、本出願人は、負極の容量がリチウム(Li)の吸蔵および離脱による容量成分と、リチウム金属の析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表される二次電池を新たに開発した(例えば、特許文献1参照。)。これは、負極にリチウムイオン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金属を析出させるようにしたものである。この二次電池によれば、高エネルギー密度を達成しつつ、充放電サイクル特性を向上させることが期待できる。
国際公開第01/22519号パンフレット
Therefore, the present applicant has newly recharged a secondary battery in which the capacity of the negative electrode includes a capacity component due to insertion and extraction of lithium (Li) and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium metal, and is represented by the sum thereof. Developed (see, for example, Patent Document 1). In this method, a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions is used for the negative electrode, and lithium metal is deposited on the surface of the carbon material during charging. According to this secondary battery, it can be expected to improve the charge / discharge cycle characteristics while achieving a high energy density.
International Publication No. 01/22519 Pamphlet

しかしながら、この二次電池においても、リチウムの析出・溶解反応を利用しているので、充電をした状態、すなわち負極の表面にリチウム金属を析出させた状態で保存すると、表面のリチウム金属が電解質と反応して失活してしまい、容量が劣化してしまうという問題があった。   However, since this secondary battery also utilizes a lithium precipitation / dissolution reaction, when stored in a charged state, that is, with lithium metal deposited on the surface of the negative electrode, the lithium metal on the surface becomes the electrolyte. There was a problem that the capacity was deteriorated due to reaction and inactivation.

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、充電保存時における容量劣化を抑制することができる電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a battery capable of suppressing capacity deterioration during charge storage.

本発明による第1の電池は、正極および負極と共に電解質を備え、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を含み、かつその和により表されるものであって、正極は、正極活物質と、炭酸塩とを含むものである。   A first battery according to the present invention includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and the capacity of the negative electrode includes a capacity component due to insertion and extraction of light metals and a capacity component due to precipitation and dissolution of light metals, and is represented by the sum thereof. The positive electrode includes a positive electrode active material and a carbonate.

本発明による第2の電池は、正極および負極と共に電解質を備え、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を含み、かつその和により表されるものであって、負極は、表面に炭酸塩を含む被膜を有するものである。   The second battery according to the present invention includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and the capacity of the negative electrode includes a capacity component due to insertion and extraction of light metals and a capacity component due to precipitation and dissolution of light metals, and is expressed by the sum thereof. The negative electrode has a film containing carbonate on the surface.

本発明による第3の電池は、正極および負極と共に電解質を備え、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を含み、かつその和により表されるものであって、電解質は、炭酸イオンを含むものである。   A third battery according to the present invention includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and the capacity of the negative electrode includes a capacity component due to insertion and extraction of light metal and a capacity component due to precipitation and dissolution of light metal, and is represented by the sum thereof. The electrolyte contains carbonate ions.

本発明の第1の電池によれば、正極に炭酸塩を含むようにしたので、炭酸塩が電解質に溶けだして負極の表面に被膜を形成することができる。よって、充電した状態で保存しても、負極に析出したリチウム金属と電解質との副反応を抑制することができ、充電保存時における容量劣化を抑制することができる。   According to the first battery of the present invention, since the positive electrode contains carbonate, the carbonate can be dissolved in the electrolyte and a film can be formed on the surface of the negative electrode. Therefore, even if it preserve | saves in the charged state, the side reaction with the lithium metal and electrolyte which precipitated on the negative electrode can be suppressed, and capacity | capacitance degradation at the time of charge preservation | save can be suppressed.

本発明の第2の電池によれば、負極の表面に炭酸塩を含む被膜を有するようにしたので、充電した状態で保存しても、負極に析出したリチウム金属と電解質との副反応を抑制することができ、充電保存時における容量劣化を抑制することができる。   According to the second battery of the present invention, since a film containing carbonate is formed on the surface of the negative electrode, even if stored in a charged state, side reactions between lithium metal deposited on the negative electrode and the electrolyte are suppressed. It is possible to suppress the capacity deterioration during charge storage.

本発明による第3の電池によれば、電解質に炭酸イオンを含むようにしたので、負極の表面に炭酸イオンを含む被膜を形成することができる。よって、充電した状態で保存しても、負極に析出したリチウム金属と電解質との副反応を抑制することができ、充電保存時における容量劣化を抑制することができる。   According to the third battery of the present invention, since the electrolyte contains carbonate ions, a film containing carbonate ions can be formed on the surface of the negative electrode. Therefore, even if it preserve | saves in the charged state, the side reaction with the lithium metal and electrolyte which precipitated on the negative electrode can be suppressed, and capacity | capacitance degradation at the time of charge preservation | save can be suppressed.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施の形態に係る二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池は、いわゆるコイン型といわれるものであり、外装缶11の内部に収容された円板状の正極12と外装カップ13の内部に収容された円板状の負極14とが、電解質を含浸させたセパレータ15を介して積層されたものである。外装缶11および外装カップ13の周縁部は絶縁性のガスケット16を介してかしめることにより密閉されている。   FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. This secondary battery is a so-called coin-type battery. A disc-shaped positive electrode 12 accommodated in the outer can 11 and a disc-shaped negative electrode 14 accommodated in the outer cup 13 are used as an electrolyte. Is laminated through a separator 15 impregnated with. The peripheral portions of the outer can 11 and the outer cup 13 are sealed by caulking through an insulating gasket 16.

外装缶11は、例えば、ステンレスを母材とし内側をアルミニウム(Al)でコーティングしたものにより構成されている。外装カップ13は、例えば、ステンレスにより構成されている。   The outer can 11 is made of, for example, a stainless steel base material coated with aluminum (Al) on the inside. The exterior cup 13 is made of stainless steel, for example.

正極12は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体12Aの片面に正極活物質層12Bが設けられた構成を有している。正極集電体12Aは、例えば、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。正極活物質層12Bは、例えば、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。   The positive electrode 12 has, for example, a configuration in which a positive electrode active material layer 12B is provided on one surface of a positive electrode current collector 12A having a pair of opposed surfaces. The positive electrode current collector 12A is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil, a nickel foil, or a stainless steel foil. The positive electrode active material layer 12B includes, for example, a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium, which is a light metal.

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,リチウムリン酸化物,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、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(Ni),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LiFePO4 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。 As a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium, for example, lithium-containing compounds such as lithium oxide, lithium phosphorus oxide, lithium sulfide, or an intercalation compound containing lithium are suitable, and two or more kinds are mixed. May be used. In particular, in order to increase the energy density, a lithium composite oxide represented by the general formula Li x MO 2 or an intercalation compound containing lithium is preferable. Note that M is preferably one or more transition metals, specifically, cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), iron (Fe), aluminum, vanadium (V), and titanium (Ti). At least one of them is preferred. x varies depending on the charge / discharge state of the battery, and is usually a value in the range of 0.05 ≦ x ≦ 1.10. In addition, LiMn 2 O 4 having a spinel type crystal structure, LiFePO 4 having an olivine type crystal structure, and the like are also preferable because a high energy density can be obtained.

正極活物質層12B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挙げられ、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、1種または2種以上が混合して用いられる。   The positive electrode active material layer 12B also includes, for example, a conductive agent, and may further include a binder as 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 is used. In addition to the carbon material, a metal material or a conductive polymer material may be used as long as it is a conductive material. Examples of the binder include synthetic rubber such as styrene butadiene rubber, fluorine rubber or ethylene propylene diene rubber, or a polymer material such as polyvinylidene fluoride, and one or two or more kinds are used in combination. It is done.

正極活物質層12Bは、更に、炭酸塩を含んでいることが好ましい。炭酸塩が電解質に溶解して負極14の表面に被膜を形成することにより、負極14における副反応を抑制することができるからである。炭酸塩の種類は限定されないが、正極12および負極14におい電極反応に関係する軽金属の炭酸塩を用いることが好ましい。例えば、本実施の形態に係る二次電池であれば、電極反応にリチウムを用いているので、炭酸リチウム(Li2 CO3 )が好ましい。溶解により発生したリチウムイオンも電極反応に利用することができる上、他の軽金属イオンの場合、リチウムを吸蔵および離脱する負極材料中に、他の軽金属イオンがトラップされ、出て来れず、その分、リチウムイオンが吸蔵および離脱するサイトが減少する等の電池反応に弊害を与える可能性がないからである。但し、炭酸カリウム(K2 CO3 )あるいは炭酸ナトリウム(Na2 CO3 )などを用いてもよい。 The positive electrode active material layer 12B preferably further contains a carbonate. This is because the side reaction in the negative electrode 14 can be suppressed by dissolving the carbonate in the electrolyte and forming a film on the surface of the negative electrode 14. Although the kind of carbonate is not limited, it is preferable to use a light metal carbonate related to the electrode reaction in the positive electrode 12 and the negative electrode 14. For example, in the secondary battery according to this embodiment, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) is preferable because lithium is used for the electrode reaction. Lithium ions generated by dissolution can also be used for electrode reactions, and in the case of other light metal ions, other light metal ions are trapped in the negative electrode material that absorbs and desorbs lithium and cannot be released. This is because there is no possibility of adversely affecting the battery reaction such as a decrease in sites where lithium ions are inserted and extracted. However, potassium carbonate (K 2 CO 3 ) or sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) may be used.

負極14は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体14Aの片面に負極活物質層14Bが設けられた構成を有している。負極集電体14Aは、例えば、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。   The negative electrode 14 has, for example, a configuration in which a negative electrode active material layer 14B is provided on one surface of a negative electrode current collector 14A having a pair of opposed surfaces. The negative electrode current collector 14A is made of, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil.

負極活物質層14B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、例えば正極活物質層12Bと同様の結着剤を含んでいてもよい。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。   The negative electrode active material layer 14B is configured to include any one or two or more negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium, which is a light metal. A binder similar to that described above may be included. In this specification, light metal occlusion / release means that light metal ions are electrochemically occluded / released without losing their ionicity. This includes not only the case where the occluded light metal exists in a complete ionic state but also the case where it exists in a state that cannot be said to be a complete ionic state. As a case corresponding to these, for example, occlusion by an electrochemical intercalation reaction of light metal ions to graphite can be mentioned. Further, light metal occlusion in an alloy containing an intermetallic compound or light metal occlusion by formation of an alloy can also be mentioned.

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

黒鉛としては、例えば、真密度が2.10g/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14.0nm以上であることが必要である。また、(002)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 preferably 2.10 g / cm 3 or more, and more preferably 2.18 g / cm 3 or more. In order to obtain such a true density, it is necessary that the (002) plane C-axis crystallite thickness is 14.0 nm or more. The (002) plane spacing is preferably less than 0.340 nm, and more preferably in the range of 0.335 nm to 0.337 nm.

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. If it is artificial graphite, for example, it can be obtained by carbonizing an organic material, subjecting it to high-temperature heat treatment, and pulverizing and classifying it. In the high temperature heat treatment, for example, carbonization is performed at 300 ° C. to 700 ° C. in an inert gas stream such as nitrogen (N 2 ) as necessary, and the temperature is increased to 900 ° C. to 1500 ° C. at a rate of 1 ° C. to 100 ° C. per minute. This temperature is maintained for about 0 to 30 hours and calcined, and heated to 2000 ° C. or higher, preferably 2500 ° C. or higher, and this temperature is maintained for an appropriate time.

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

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 organic materials include condensed polycyclic hydrocarbon compounds such as naphthalene, phenanthrene, anthracene, triphenylene, pyrene, perylene, pentaphen, and pentacene, or derivatives thereof (for example, carboxylic acids, carboxylic anhydrides, and carboxylic acids of the above-described compounds). Imide), or mixtures thereof. Furthermore, condensed heterocyclic compounds such as acenaphthylene, indole, isoindole, quinoline, isoquinoline, quinoxaline, phthalazine, carbazole, acridine, phenazine, phenanthridine, or a derivative thereof, or a mixture thereof can also be used.

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

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

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/cm3 未満であると共に、空気中での示差熱分析(differential thermal 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。 As non-graphitizable carbon, (002) plane spacing is 0.37 nm or more, true density is less than 1.70 g / cm 3 , and in differential thermal analysis (DTA) in air What does not show an exothermic peak at 700 ° C. or higher is preferable.

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300℃〜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 heat-treating an organic material at about 1200 ° C., and pulverizing and classifying it. In the heat treatment, for example, carbonization is performed at 300 ° C. to 700 ° C. as necessary (solid-phase carbonization process), and then the temperature is raised to 900 ° C. to 1300 ° C. at a rate of 1 ° C. to 100 ° C. per minute. It is performed by holding for about 30 hours. The pulverization may be performed before or after carbonization or during the temperature raising process.

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 to be the starting material, for example, furfuryl alcohol or furfural polymer, copolymer, or furan resin that is a copolymer of these polymers and other resins can be used. Crustaceans including phenolic resins, acrylic resins, halogenated vinyl resins, polyimide resins, polyamideimide resins, polyamide resins, conjugated resins such as polyacetylene or polyparaphenylene, cellulose or derivatives thereof, coffee beans, bamboos, and chitosan Also, biocellulose using bacteria can be used. Furthermore, a functional group containing oxygen (O) is introduced into petroleum pitch having a hydrogen atom (H) to carbon atom (C) ratio H / C of, for example, 0.6 to 0.8 (so-called oxygen crosslinking). The compound prepared can also be used.

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。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14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, more preferably 5% or more. This is because the oxygen content affects the crystal structure of the carbon material, and the physical properties of the non-graphitizable carbon can be increased at a content higher than this, and the capacity of the negative electrode 14 can be improved. Incidentally, petroleum pitch, for example, tar (obtained by pyrolyzing coal tar, ethylene bottom oil or crude oil, etc.) at high temperature, or asphalt is distilled (vacuum distillation, atmospheric distillation or steam distillation), It can be obtained by condensation, extraction or chemical polycondensation. Examples of the method for forming an oxidative bridge include a wet method in which an aqueous solution such as nitric acid, sulfuric acid, hypochlorous acid, or a mixed acid thereof is reacted with petroleum pitch, or an oxidizing gas such as air or oxygen is reacted with petroleum pitch. Or a dry method in which a solid reagent such as sulfur, ammonium nitrate, ammonia persulfate, or ferric chloride is reacted with petroleum pitch.

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。   Note that the organic material that is a starting material is not limited to these, and any other organic material may be used as long as it is an organic material that can be converted into non-graphitizable carbon through a solid-phase carbonization process by oxygen crosslinking treatment or the like.

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3−137010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 using the above-mentioned organic materials as starting materials, there are also compounds mainly composed of phosphorus (P), oxygen and carbon described in JP-A-3-137010. Since the physical property parameters described above are shown, it is preferable.

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、優れた充放電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の2種以上が共存するものがある。   Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include a single element, an alloy, or a compound of a metal element or a metalloid element capable of forming an alloy with lithium. These are preferable because a high energy density can be obtained. In particular, when used together with a carbon material, a high energy density can be obtained and excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained. Note that in this specification, alloys include those composed of one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to those composed of two or more metal elements. There are structures in which a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of them coexist.

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(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(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Mas Mbt Liu 、あるいは化学式Map Mcq Mdr で表されるものが挙げられる。これら化学式において、Maはリチウムと合金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 include tin (Sn), lead (Pb), aluminum, indium (In), silicon (Si), zinc (Zn), antimony (Sb), bismuth (Bi), and cadmium. (Cd), magnesium (Mg), boron (B), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), zirconium (Zr), yttrium (Y) or hafnium (Hf). It is done. These alloys or compounds, for example, those represented by the chemical formula Ma s Mb t Li u or a chemical formula Ma 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, Mb represents at least one of a metal element and a metalloid element other than lithium and Ma, Mc represents at least one of nonmetallic elements, and Md represents at least one of metallic elements and metalloid elements other than Ma. The values of s, t, u, p, q, and r are s> 0, t ≧ 0, u ≧ 0, p> 0, q> 0, and r ≧ 0, respectively.

中でも、短周期型周期表における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 these, a simple substance, alloy or compound of the group 4B metal element or metalloid element in the short periodic table is preferable, and silicon or tin, or an alloy or compound thereof is particularly preferable. These may be crystalline or amorphous.

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,CuMgSb,SiB4 ,SiB6 ,Mg2 Si,Mg2 Sn,Ni2 Si,TiSi2 ,MoSi2 ,CoSi2 ,NiSi2 ,CaSi2 ,CrSi2 ,Cu5 Si,FeSi2 ,MnSi2 ,NbSi2 ,TaSi2 ,VSi2 ,WSi2 ,ZnSi2 ,SiC,Si3 4 ,Si2 2 O,SiOv (0<v≦2),SnOw (0<w≦2),SnSiO3 ,LiSiOあるいはLiSnOなどがある。 Specific examples of such alloys or compounds include LiAl, AlSb, CuMgSb, SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Mg 2 Sn, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2. , CaSi 2, CrSi 2, Cu 5 Si, FeSi 2, MnSi 2, NbSi 2, TaSi 2, VSi 2, WSi 2, ZnSi 2, SiC, Si 3 N 4, Si 2 N 2 O, SiO v (0 < v ≦ 2), SnO w ( 0 <w ≦ 2), there is such SnSiO 3, LiSiO or LiSnO.

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。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium further include other metal compounds or polymer materials. Examples of other metal compounds include oxides such as iron oxide, ruthenium oxide, and molybdenum oxide, and LiN 3. Examples of polymer materials include polyacetylene, polyaniline, and polypyrrole.

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14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14にリチウム金属が析出しており、負極14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を含み、かつその和で表される。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, during the charging process, lithium metal starts to deposit on the negative electrode 14 when the open circuit voltage (that is, the battery voltage) is lower than the overcharge voltage. That is, lithium metal is deposited on the negative electrode 14 in a state where the open circuit voltage is lower than the overcharge voltage, and the capacity of the negative electrode 14 includes a capacity component due to insertion and extraction of lithium and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium metal. And is expressed as its sum. Therefore, in this secondary battery, both the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium and lithium metal function as a negative electrode active material, and the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is a base material on which lithium metal is deposited. It has become.

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」(SBA 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 the open circuit voltage when the battery is overcharged. For example, the “lithium secondary battery” is one of the guidelines established by the Japan Storage Battery Industry Association (Battery Industry Association). Refers to a voltage that is higher than the open circuit voltage of a “fully charged” battery as defined and defined in the “Safety Evaluation Criteria Guidelines” (SBA G1101). In other words, it refers to a voltage higher than the open circuit voltage after charging using the charging method, standard charging method, or recommended charging method used when determining the nominal capacity of each battery. Specifically, in this secondary battery, for example, the battery is fully charged when the open circuit voltage is 4.2 V, and the negative electrode is capable of inserting and extracting lithium in a part of the open circuit voltage in the range of 0 V to 4.2 V. Lithium metal is deposited on the surface of the material.

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、充放電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14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。   Thereby, in this secondary battery, while being able to obtain a high energy density, it is possible to improve charge / discharge cycle characteristics and quick charge characteristics. This is the same as the 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 14, but the 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 arise.

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、それが充放電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、それも充放電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充放電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, it is difficult to deposit lithium metal uniformly in the conventional lithium secondary battery, which causes deterioration of charge / discharge cycle characteristics. However, negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium are generally used. The secondary battery has a large surface area, so that lithium metal can be uniformly deposited in this secondary battery. Secondly, in the conventional lithium secondary battery, the volume change accompanying the precipitation and dissolution of lithium metal was large, which also caused deterioration of the charge / discharge cycle characteristics, but in this secondary battery, lithium was occluded / released. Lithium metal also deposits in the gaps between possible negative electrode material particles, so there is little volume change. Thirdly, in the conventional lithium secondary battery, the larger the amount of lithium metal deposited / dissolved, the greater the above problem. However, in this secondary battery, the insertion / extraction of lithium by an anode material capable of occluding and releasing lithium. Since detachment also contributes to the charge / discharge capacity, the amount of lithium metal deposited / dissolved is small when the battery capacity is large. Fourthly, in the conventional lithium secondary battery, when rapid charging is performed, lithium metal is deposited more unevenly, so that the charge / discharge cycle characteristics are further deteriorated. Lithium is occluded in the negative electrode material capable of occluding and releasing lithium, so that rapid charging becomes possible.

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14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 14 at the maximum voltage before the open circuit voltage becomes the overcharge voltage can absorb and desorb lithium. It is preferably 0.05 times or more and 3.0 times or less of the charge capacity capacity of the negative electrode material. This is because when the amount of deposited lithium metal is too large, the same problem as that of the conventional lithium secondary battery occurs, and when the amount is too small, the charge / discharge capacity cannot be sufficiently increased. For example, the discharge capacity capability of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is preferably 150 mAh / g or more. This is because the larger the lithium occlusion / release ability, the smaller the amount of lithium metal deposited. The charge capacity capability 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 the negative electrode material as a negative electrode active material is charged to 0 V by a constant current / constant voltage method. The discharge capacity capability of the negative electrode material is obtained, for example, from the amount of electricity when the current is discharged to 2.5 V over 10 hours or more by the constant current method.

負極14には、また、例えば負極活物質層14Bの表面に炭酸塩を含む被膜14Cが形成されている。この被膜14Cは、例えば、正極12に含まれる炭酸塩が電解質に溶解して負極14の表面において反応することにより、あるいは後述するように電解質に含まれる炭酸イオンが負極14の表面において反応することにより形成されたものである。この二次電池では、電極反応にリチウムを用いているので、被膜14Cには例えばリチウムと炭酸イオンとが反応して生成した炭酸リチウムが含まれている。   Further, for example, a coating 14C containing carbonate is formed on the surface of the negative electrode active material layer 14B. This coating 14C is formed by, for example, the carbonate contained in the positive electrode 12 being dissolved in the electrolyte and reacting on the surface of the negative electrode 14, or the carbonate ions contained in the electrolyte reacting on the surface of the negative electrode 14 as described later. Is formed. In this secondary battery, since lithium is used for the electrode reaction, the coating 14C contains, for example, lithium carbonate generated by a reaction between lithium and carbonate ions.

セパレータ15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15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 15 is made of, for example, a porous film made of synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene, or a porous film made of ceramic, and has a structure in which two or more kinds of porous films are laminated. May be. Among these, a porous film made of polyolefin is preferable because it is excellent in short-circuit preventing effect and can improve the safety of the battery due to the shutdown effect. In particular, polyethylene is preferable as a material constituting the separator 15 because a shutdown effect can be obtained within a range of 100 ° C. or more and 160 ° C. or less and excellent in electrochemical stability. Polypropylene is also preferable, and any other resin having chemical stability can be used by copolymerizing or blending with polyethylene or polypropylene.

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 by, for example, kneading a molten low-volatile solvent in a molten polyolefin composition into a high-concentration solution of a uniform polyolefin composition, and molding this with a die. It is obtained by cooling to a gel-like sheet and stretching.

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 volatility solvent, for example, low volatility aliphatic or cyclic hydrocarbon such as nonane, decane, decalin, p-xylene, undecane or liquid paraffin can be used. The blending ratio of the polyolefin composition and the low-volatile solvent may be 10% by mass or more and 80% by mass or less, and further 15% by mass or more and 70% by mass or less, with the total of both being 100% by mass. preferable. This is because if the polyolefin composition is too small, swelling or neck-in becomes large at the die outlet during molding, and sheet molding becomes difficult. On the other hand, when there are too many polyolefin compositions, it is difficult to prepare a uniform solution.

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 molding a high-concentration solution of a polyolefin composition with a die, in the case of a sheet die, the gap is preferably, for example, 0.1 mm or more and 5 mm or less. The extrusion temperature is preferably 140 ° C. or more and 250 ° C. or less, and the extrusion rate is preferably 2 cm / min or more and 30 cm / min or less.

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 to at least the gelation temperature or lower. As a cooling method, a method of directly contacting cold air, cooling water, or another cooling medium, a method of contacting a roll cooled by a refrigerant, or the like can be used. Note that the high-concentration solution of the polyolefin composition extruded from the die may be taken up at a take-up ratio of 1 to 10 and preferably 1 to 5 before cooling or during cooling. If the take-up ratio is too large, the neck-in becomes large, and breakage tends to occur during stretching, which is not preferable.

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 gel-like sheet is preferably stretched by biaxial stretching, for example, by heating the gel-like sheet and using a tenter method, a roll method, a rolling method, or a method combining these. At that time, either longitudinal or transverse simultaneous stretching or sequential stretching may be used, but simultaneous secondary stretching is particularly preferable. The stretching temperature is preferably not more than the temperature obtained by adding 10 ° C. to the melting point of the polyolefin composition, and more preferably not less than the crystal dispersion temperature and less than the melting point. If the stretching temperature is too high, effective molecular chain orientation due to stretching cannot be achieved due to melting of the resin, which is not preferable. If the stretching temperature is too low, the resin becomes insufficiently softened and breaks during stretching. This is because it is easy to stretch at a high magnification.

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。   In addition, after extending | stretching a gel-like sheet | seat, it is preferable to wash | clean the extended film | membrane with a volatile solvent, and to remove the remaining low-volatile solvent. After washing, the stretched film is dried by heating or blowing to volatilize the washing solvent. Examples of the cleaning solvent include hydrocarbons such as pentane, hexane, and hebutane, chlorinated hydrocarbons such as methylene chloride and carbon tetrachloride, fluorocarbons such as ethane trifluoride, and ethers such as diethyl ether and dioxane. Easily volatile materials are used. The cleaning solvent is selected according to the low-volatile solvent used, and is used alone or in combination. Washing can be performed by a method of extracting by immersing in a volatile solvent, a method of sprinkling a volatile solvent, or a method combining these. This washing is performed until the residual low-volatile solvent in the stretched film is less than 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the polyolefin composition.

セパレータ15に含浸されている電解質は、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む液状のいわゆる電解液を含有している。非水溶媒としては、例えば、環状炭酸エステルあるいは鎖状炭酸エステルにより代表される化合物の1種または2種以上を混合したものが好ましい。具体的には、チレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピロニトリル、N,N−ジメチルフォルムアミド、N−メチルピロリジノン、N−メチルオキサゾリジノン、N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシド、燐酸トリメチルおよびこれらの化合物の水酸基の一部または全部をフッ素基に置換したものなどが挙げられる。特に、優れた充放電容量特性および充放電サイクル特性を実現するためには、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートの少なくとも1種を用いることが好ましい。   The electrolyte impregnated in the separator 15 contains a so-called liquid electrolyte including a nonaqueous solvent such as an organic solvent and a lithium salt that is an electrolyte salt dissolved in the nonaqueous solvent. As the non-aqueous solvent, for example, a mixture of one or more compounds represented by cyclic carbonates or chain carbonates is preferable. Specifically, tylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl- 1,3-dioxolane, methyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropironitrile, N, N-dimethyl Formamide, N-methylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone, N, N'-dimethylimidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, dimethyls Examples thereof include sulfoxide, trimethyl phosphate, and compounds in which some or all of the hydroxyl groups of these compounds are substituted with fluorine groups. In particular, in order to realize excellent charge / discharge capacity characteristics and charge / discharge cycle characteristics, it is preferable to use at least one of ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate.

リチウム塩としては、例えば、LiAsF6 ,LiPF6 ,LiBF4 ,LiClO4 ,LiB(C6 5 4 ,LiCH3 SO3 ,LiCF3 SO3 ,LiN(CF3 SO2 2 ,LiN(C2 5 SO2 2 ,LiN(C4 9 SO2 )(CF3 SO2 ),LiC(CF3 SO2 3 ,LiAlCl4 ,LiSiF6 ,LiClあるいはLiBrが挙げられ、いずれか1種または2種以上を混合して用いてもよい。 Examples of the lithium salt include LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2) 2, LiN (C 4 F 9 SO 2) (CF 3 SO 2), LiC (CF 3 SO 2) 3, include LiAlCl 4, LiSiF 6, LiCl or LiBr, any one Alternatively, two or more kinds may be mixed and used.

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(C4 9 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 electrical conductivity and is excellent in oxidation stability, and 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 high conductivity can be obtained. Furthermore, 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 ) are relatively High electrical conductivity can be obtained, and thermal stability is also high, which is preferable. Furthermore, it is more preferable to use a mixture of at least two of these because these effects can be obtained together.

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 or more and 3.0 mol / kg or less with respect to the solvent. Outside this range, there is a risk that sufficient battery characteristics may not be obtained due to an extreme decrease in ionic conductivity.

この電解質は、更に、炭酸イオンを含有していることが好ましい。この炭酸イオンは例えば正極12に含まれる炭酸塩が溶解することにより生成したものでもよく、正極12とは別に電解質に添加されたものでもよい。これにより上述したように負極14の表面に被膜14Cを形成することができるからである。   This electrolyte preferably further contains carbonate ions. This carbonate ion may be generated, for example, by dissolving a carbonate contained in the positive electrode 12, or may be added to the electrolyte separately from the positive electrode 12. This is because the coating 14C can be formed on the surface of the negative electrode 14 as described above.

なお、この電解質は電解液のみにより構成されていてもよいが、更に電解液を保持する高分子化合物を含有することによりゲル状とされていてもよい。高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデンとポリヘキサフルオロプロピレンの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレンあるいはポリカーボネートが挙げられる。特に、電気化学的安定性の点からは、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンあるいはポリエチレンオキサイドの構造を持つ高分子化合物を用いることが望ましい。電解液に対する高分子化合物の添加量は、両者の相溶性によっても異なるが、通常、電解液の5質量%〜50質量%程度が好ましい。   In addition, although this electrolyte may be comprised only by electrolyte solution, it may be gelatinized by containing the high molecular compound which hold | maintains electrolyte solution further. Examples of the polymer compound include polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, a copolymer of polyvinylidene fluoride and polyhexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, and polysiloxane. , Polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene or polycarbonate. In particular, from the viewpoint of electrochemical stability, it is desirable to use a polymer compound having a polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene or polyethylene oxide structure. The amount of the polymer compound added to the electrolytic solution varies depending on the compatibility between the two, but is usually preferably about 5% by mass to 50% by mass of the electrolytic solution.

また、電解液を窒化リチウム,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を含む無機伝導体に保持させるようにしてもよく、高分子材料と無機伝導体との混合物に保持させるようにしてもよい。   In addition, the electrolyte contains an inorganic solution such as lithium nitride, lithium iodide or lithium hydroxide polycrystal, a mixture of lithium iodide and dichromium trioxide, or a mixture of lithium iodide, thilium sulfide, and phosphorous disulfide. You may make it hold | maintain on a conductor, and may make it hold | maintain in the mixture of a polymeric material and an inorganic conductor.

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。   For example, the secondary battery can be manufactured as follows.

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、炭酸塩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させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、この正極合剤スラリーを正極集電体12A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、正極活物質層12Bが形成された正極集電体12Aを所定の形状に打ち抜くことにより正極12を作製する。   First, for example, a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium, a conductive agent, a binder, and a carbonate are mixed to prepare a positive electrode mixture, and this positive electrode mixture is mixed with N-methyl-2-pyrrolidone. It is made to disperse | distribute to solvents, such as, and it is set as a paste-form positive mix slurry. Subsequently, the positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode current collector 12A, and the solvent is dried. Then, the positive electrode current collector 12A on which the positive electrode active material layer 12B is formed is compressed by a roll press machine or the like. The positive electrode 12 is produced by punching into a shape.

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させてペースト状の負極合剤スラリーとする。続いて、この負極合剤スラリーを負極集電体14A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活物質層14Bを形成し、負極14を作製する。その際、正極活物質層12Bと負極活物質層14Bとの容量の割合を調整し、上述したように充電の途中で負極14にリチウム金属が析出するようにする。   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 the negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone and pasted. A negative electrode mixture slurry. Subsequently, the negative electrode mixture slurry is applied to the negative electrode current collector 14A, and the solvent is dried. Then, the negative electrode active material layer 14B is formed by compression molding using a roll press or the like, and the negative electrode 14 is manufactured. At that time, the ratio of the capacity of the positive electrode active material layer 12B and the negative electrode active material layer 14B is adjusted so that lithium metal is deposited on the negative electrode 14 during charging as described above.

正極12および負極14を作製したのち、例えば、負極14、電解質を含浸させたセパレータ15および正極12を積層して、外装カップ13と外装缶11との中に入れ、それらをかしめる。その際、電解質に炭酸イオンを添加するようにしてもよい。これにより、図1に示した二次電池が完成する。   After producing the positive electrode 12 and the negative electrode 14, for example, the negative electrode 14, the separator 15 impregnated with the electrolyte, and the positive electrode 12 are laminated, put into the outer cup 13 and the outer can 11, and caulked. At that time, carbonate ions may be added to the electrolyte. Thereby, the secondary battery shown in FIG. 1 is completed.

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

この二次電池では、充電を行うと、正極活物質層12Bからリチウムイオンが離脱し、セパレータ15に含浸された電解液を介して、まず、負極活物質層14B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14にはリチウム金属が析出し続ける。これにより、負極活物質層14B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 active material layer 12B, and first, the lithium contained in the negative electrode active material layer 14B is occluded / released through the electrolytic solution impregnated in the separator 15. Occluded in possible negative electrode materials. If the battery is further charged, the charge capacity exceeds the charge capacity of the negative electrode material capable of inserting and extracting 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 14 until charging is completed. As a result, the appearance of the negative electrode active material layer 14B changes from black to golden, and further to white silver when graphite is used as a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium, for example.

次いで、放電を行うと、まず、負極14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15に含浸された電解液を介して、正極活物質層12Bに吸蔵される。更に放電を続けると、負極活物質層14B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活物質層12Bに吸蔵される。よって、この二次電池では、従来のいわゆるリチウム二次電池およびリチウムイオン二次電池の両方の特性、すなわち高いエネルギー密度および良好な充放電サイクル特性が得られる。   Next, when discharging is performed, first, lithium metal deposited on the negative electrode 14 is eluted as ions, and is inserted in the positive electrode active material layer 12 </ b> B through the electrolytic solution impregnated in the separator 15. When the discharge is further continued, lithium ions occluded in the negative electrode material capable of occluding and desorbing lithium in the negative electrode active material layer 14B are desorbed and occluded in the positive electrode active material layer 12B through the electrolytic solution. Therefore, in this secondary battery, the characteristics of both the conventional so-called lithium secondary battery and lithium ion secondary battery, that is, high energy density and good charge / discharge cycle characteristics can be obtained.

特に、本実施の形態では、正極12に含まれる炭酸塩が電解質に溶解することにより生成した炭酸イオン、あるいは電解質に添加された炭酸イオンが、充電の際に、負極14の表面でリチウムなどと反応し、負極14の表面に炭酸塩を含む被膜14Cを形成する。よって、負極14にリチウム金属を析出させた状態で保存しても、負極14に析出したリチウム金属が電解質などと反応して失活してしまうことが抑制される。   In particular, in the present embodiment, carbonate ions generated by dissolving carbonate contained in the positive electrode 12 in the electrolyte, or carbonate ions added to the electrolyte, such as lithium on the surface of the negative electrode 14 during charging. By reacting, a film 14 </ b> C containing carbonate is formed on the surface of the negative electrode 14. Therefore, even if it preserve | saves in the state which precipitated lithium metal on the negative electrode 14, it will suppress that the lithium metal deposited on the negative electrode 14 reacts with electrolyte etc. and deactivates.

このように本実施の形態によれば、正極12が炭酸塩を含有するようにしたので、または電解質が炭酸イオンを含有するようにしたので、負極14の表面に炭酸塩を含む被膜14Cを形成することができ、負極14に析出したリチウム金属が電解質などと反応して失活してしまうことを抑制することができる。よって、充電保存時における容量劣化を抑制することができる。   As described above, according to the present embodiment, since the positive electrode 12 contains carbonate or because the electrolyte contains carbonate ions, the coating 14C containing carbonate is formed on the surface of the negative electrode 14. It is possible to suppress the lithium metal deposited on the negative electrode 14 from reacting with the electrolyte and being deactivated. Therefore, capacity deterioration during charge storage can be suppressed.

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

(実施例1−1, 1−2)
負極の容量が、リチウムの吸蔵・離脱による容量成分と、リチウムの析出・溶解による容量成分とを含み、かつその和により表され、図1に示した構造を有する二次電池を作製した。ここでは、図1を参照し、図1に示した符号を用いて説明する。
(Examples 1-1 and 1-2)
A secondary battery in which the capacity of the negative electrode includes a capacity component due to insertion / extraction of lithium and a capacity component due to precipitation / dissolution of lithium, and is represented by the sum thereof, was produced. Here, it demonstrates using the code | symbol shown in FIG. 1 with reference to FIG.

まず、正極材料として平均粒径5μmのリチウム・コバルト複合酸化物(LiCoO2 )を用い、このリチウム・コバルト複合酸化物97質量部と、導電剤である平均粒径1μmのグラファイト1質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン2質量部と、炭酸塩5質量部とを混合して正極合剤を調製した。その際、炭酸塩として実施例1−1では炭酸リチウムを用い、実施例1−2では炭酸カリウムを用いた。次いで、この正極合剤を溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーとしたのち、アルミニウム箔よりなる正極集電体12Aの片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活物質層12Bを形成し、正極12を作製した。その際、正極活物質層12Bの厚みあるいは塗布密度などを調節して、正極活物質層12Bの容量を2.0mAh/cm2 とした。 First, lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) having an average particle diameter of 5 μm is used as the positive electrode material, 97 parts by mass of this lithium-cobalt composite oxide, and 1 part by mass of graphite having an average particle diameter of 1 μm as a conductive agent, A positive electrode mixture was prepared by mixing 2 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder and 5 parts by mass of carbonate. At that time, lithium carbonate was used in Example 1-1 as the carbonate, and potassium carbonate was used in Example 1-2. Next, this positive electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to form a positive electrode mixture slurry, and then uniformly applied to one side of the positive electrode current collector 12A made of aluminum foil and dried. The positive electrode active material layer 12B was formed by compression molding with a press, and the positive electrode 12 was produced. At that time, the thickness or coating density of the positive electrode active material layer 12B was adjusted, and the capacity of the positive electrode active material layer 12B was set to 2.0 mAh / cm 2 .

また、負極材料である平均粒径25μmのグラファイト92質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン8質量部とを混合して負極合剤を調製した。次いで、この負極合剤を溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーとしたのち、銅箔よりなる負極集電体14Aの片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14Bを形成し、負極14を作製した。その際、負極活物質層14Bの厚みあるいは塗布密度などを調節して、負極活物質層14Bの容量を1.1mAh/cm2 とした。すなわち、負極活物質層14Bの容量を正極活物質層12Bの容量よりも小さくし、充電の途中で負極14にリチウム金属が析出して、負極14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を含み、かつその和で表されるようにした。 Further, 92 parts by mass of graphite having an average particle diameter of 25 μm as a negative electrode material and 8 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed to prepare a negative electrode mixture. Next, the negative electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to form a negative electrode mixture slurry, and then uniformly applied to one side of the negative electrode current collector 14A made of copper foil and dried. The negative electrode mixture layer 14 </ b> B was formed by compression molding with a press, and the negative electrode 14 was produced. At that time, the thickness or coating density of the negative electrode active material layer 14B was adjusted, and the capacity of the negative electrode active material layer 14B was set to 1.1 mAh / cm 2 . That is, the capacity of the negative electrode active material layer 14B is made smaller than the capacity of the positive electrode active material layer 12B, lithium metal is deposited on the negative electrode 14 in the middle of charging, and the capacity of the negative electrode 14 is a capacity component due to insertion and extraction of lithium. And a capacity component due to precipitation / dissolution of lithium, and expressed as a sum thereof.

正極12および負極14を作製したのち、外装カップ13に負極14およびセパレータ15をこの順で置き、この上から電解液を注入し、正極12を入れた外装缶11を被せたのち、外装カップ13および外装缶11の周縁部をガスケット16を介してかしめることにより、コイン型の二次電池を作製した。電解液は、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とを1:1の体積比で混合した溶媒に電解質塩としてLiPF6 を1.0mol/dm3 の含有量で溶解させたものを用た。セパレータ15には、厚み25μmのポリエチレン製のものを使用した。 After preparing the positive electrode 12 and the negative electrode 14, the negative electrode 14 and the separator 15 are placed in this order on the outer cup 13, the electrolyte is injected from above, and the outer can 11 containing the positive electrode 12 is placed thereon, and then the outer cup 13 And the peripheral part of the armored can 11 was caulked through the gasket 16 to produce a coin-type secondary battery. The electrolyte used was a solution in which LiPF 6 was dissolved in an amount of 1.0 mol / dm 3 as an electrolyte salt in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 1: 1. It was. The separator 15 was made of polyethylene having a thickness of 25 μm.

また、実施例1−1, 1−2に対する比較例1−1として、正極に炭酸塩を添加しないことを除き、他は実施例1−1, 1−2と同様にして二次電池を作製した。   Further, as Comparative Example 1-1 with respect to Examples 1-1 and 1-2, a secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 1-1 and 1-2, except that carbonate was not added to the positive electrode. did.

得られた実施例1−1, 1−2および比較例1−1の二次電池について、充放電試験を行い、初回放電容量を求めた。充放電試験では、23℃で負荷0.1Cの定電流定電圧充電を上限4.2Vまで15時間行い、充電後12時間放置したのち、負荷0.1Cの定電流放電を終止電圧3.0Vまで行うという工程を用いて評価を行った。すなわち、初回放電容量が大きい方が充電後の保存時における容量劣化が小さいことを意味する。なお、0.1Cとは初回容量を10時間で放電しきる電流値をいう。   The obtained secondary batteries of Examples 1-1 and 1-2 and Comparative Example 1-1 were subjected to a charge / discharge test to obtain an initial discharge capacity. In the charge / discharge test, a constant current / constant voltage charge with a load of 0.1 C was performed at 23 ° C. for 15 hours up to an upper limit of 4.2 V, and after standing for 12 hours after charging, a constant current discharge with a load of 0.1 C was performed with a final voltage of 3.0 V. Evaluation was performed using the process of performing up to. That is, a larger initial discharge capacity means less capacity deterioration during storage after charging. In addition, 0.1 C means a current value at which the initial capacity can be discharged in 10 hours.

表1に得られた結果を示す。なお、表1に示した初回放電容量というのは、比較例1−1の初回放電容量を100として実施例1−1,1−2の放電容量を相対的に表したものである。   Table 1 shows the results obtained. The initial discharge capacity shown in Table 1 is a relative representation of the discharge capacities of Examples 1-1 and 1-2, with the initial discharge capacity of Comparative Example 1-1 being 100.

また、実施例1−1,1−2および比較例1−1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、負極活物質層14B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、負極活物質層14Bにリチウム金属が析出しているか否かを調べた。 Moreover, about the secondary battery of Examples 1-1 and 1-2 and Comparative Example 1-1, what was fully charged again after performing 1 cycle charge / discharge on the conditions mentioned above was disassembled visually, and 7 Li nucleus It was examined by magnetic resonance spectroscopy whether lithium metal was deposited on the negative electrode active material layer 14B. Furthermore, two cycles of charge and discharge were performed under the conditions described above, and the completely discharged one was disassembled, and similarly, it was examined whether lithium metal was deposited on the negative electrode active material layer 14B.

その結果、実施例1−1,1−2および比較例1−1,1−2の二次電池では、完全充電状態においては負極活物質層14B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14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を含み、かつその和により表されることが確認された。   As a result, in the secondary batteries of Examples 1-1 and 1-2 and Comparative Examples 1-1 and 1-2, the presence of lithium metal was observed in the negative electrode active material layer 14B in the fully charged state, and the fully discharged state The presence of lithium metal was not observed in. That is, it was confirmed that the capacity of the negative electrode 14 includes a capacity component due to insertion / extraction of lithium and a capacity component due to precipitation / dissolution of lithium metal, and is expressed by the sum thereof.

Figure 2005197174
Figure 2005197174

表1に示したように、実施例1−1, 1−2によれば、比較例1−1に比べて、初回放電容量を大きくすることができた。   As shown in Table 1, according to Examples 1-1 and 1-2, it was possible to increase the initial discharge capacity as compared with Comparative Example 1-1.

すなわち、負極14の容量が軽金属の吸蔵・離脱による容量成分と、軽金属の析出・溶解による容量成分とを含み、かつその和により表される二次電池において、正極12に炭酸塩を含ませるようにすれば、充電後の保存時における容量劣化を抑制す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 14 includes a capacity component due to light metal occlusion / release and a capacity component due to light metal precipitation / dissolution, and the sum thereof, the positive electrode 12 includes carbonate. It was found that capacity deterioration during storage after charging can be suppressed.

(実施例2−1, 2−2)
電解液として、エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)とを1:1の体積比で混合した溶媒に電解質塩としてLiPF6 を1.0mol/dm3 の含有量で溶解させたものを用いたことを除き、他は実施例1−1,1−2と同様にして、二次電池を作製した。また、実施例2−1, 2−2に対する比較例2−1として、正極に炭酸塩を添加しないことを除き、他の実施例2−1, 2−2と同様にして二次電池を作製した。
(Examples 2-1 and 2-2)
As an electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LiPF 6 as an electrolyte salt at a content of 1.0 mol / dm 3 in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) are mixed at a volume ratio of 1: 1 is used. A secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 1-1 and 1-2 except for the above. Moreover, as Comparative Example 2-1 with respect to Examples 2-1 and 2-2, a secondary battery was produced in the same manner as in Examples 2-1 and 2-2, except that carbonate was not added to the positive electrode. did.

得られた実施例2−1, 2−2および比較例2−1の二次電池について、実施例1−1, 2−2と同様にして充放電試験を行い、初回放電容量を求めた。表2に得られた結果を示す。なお、表2に示した初回放電容量というのは、比較例2−1の初回放電容量を100として実施例2−1,2−2の放電容量を相対的に表したものである。   The obtained secondary batteries of Examples 2-1 and 2-2 and Comparative Example 2-1 were subjected to a charge / discharge test in the same manner as in Examples 1-1 and 2-2, and the initial discharge capacity was obtained. Table 2 shows the results obtained. The initial discharge capacity shown in Table 2 is a relative representation of the discharge capacities of Examples 2-1 and 2-2, with the initial discharge capacity of Comparative Example 2-1 being 100.

Figure 2005197174
Figure 2005197174

表2に示したように、実施例2−1, 2−2によれば、実施例1−1,1−2と同様に、比較例2−1に比べて、初回放電容量を向上させることができた。   As shown in Table 2, according to Examples 2-1 and 2-2, the initial discharge capacity is improved as compared with Comparative Example 2-1, similarly to Examples 1-1 and 1-2. I was able to.

すなわち、電解液の組成を変化させても、正極12に炭酸塩を含ませるようにすれば、充電後の保存時における容量劣化を抑制することができることが分かった。   That is, even when the composition of the electrolytic solution was changed, it was found that capacity deterioration during storage after charging can be suppressed if carbonate is included in the positive electrode 12.

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、正極12に炭酸塩を含む場合について説明したが、正極12に炭酸塩を含むと共に電解質に炭酸イオンを含んでいてもよいし、正極12に炭酸塩を含み電解質には炭酸イオンを含んでいなくてもよいし、逆に、正極12に炭酸塩を含まず電解質に炭酸イオンを含んでいてもよい。例えば、正極12に炭酸塩を添加しても、全てが溶解して正極12に炭酸塩が残っていない場合や、一部が溶解して一部が正極12に残り、電解質の炭酸イオンが全て被膜14Cの形成に用いられて電解質には炭酸イオンが残っていない場合などもあるからである。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment and examples, the case where the positive electrode 12 includes carbonate has been described. However, the positive electrode 12 may include carbonate, the electrolyte may include carbonate ions, and the positive electrode 12 may include carbonate. The electrolyte may contain no carbonate ions, and conversely, the positive electrode 12 may contain no carbonate and the electrolyte may contain carbonate ions. For example, even when carbonate is added to the positive electrode 12, all is dissolved and no carbonate remains in the positive electrode 12, or part is dissolved and part remains on the positive electrode 12, and all the carbonate ions of the electrolyte are present. This is because there is a case where carbonate ions are not left in the electrolyte used for forming the coating 14C.

また、正極12に添加した炭酸塩、または電解質に溶解したあるいは添加された炭酸イオンの全てが被膜14Cの形成に用いられ、正極12および電解質に残っていなくてもよい。   In addition, the carbonate added to the positive electrode 12 or the carbonate ions dissolved or added to the electrolyte are all used for forming the coating 14C, and may not remain in the positive electrode 12 and the electrolyte.

更に、上記実施の形態および実施例においては、被膜14Cが炭酸塩を含む場合について説明したが、形成される被膜14Cの組成は、電解質の組成などにより変化することもあるので、被膜14Cに炭酸塩が含まれない場合もある。   Furthermore, in the above-described embodiments and examples, the case where the coating 14C contains carbonate has been described. However, the composition of the coating 14C to be formed may vary depending on the composition of the electrolyte, and therefore the coating 14C is carbonated. It may not contain salt.

加えて、上記実施の形態および実施例においては、正極12に炭酸塩を添加する場合について説明したが、正極12に炭酸塩を添加すると共に電解質にも炭酸イオンを添加するようにしてもよいし、正極12のみに炭酸塩を添加するようにしてもよいし、電解質のみに炭酸イオンを添加するようにしてもよい。   In addition, in the embodiments and examples described above, the case where carbonate is added to the positive electrode 12 has been described. However, carbonate may be added to the positive electrode 12 and carbonate ions may be added to the electrolyte. Carbonate may be added only to the positive electrode 12, or carbonate ions may be added only to the electrolyte.

加えてまた、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(Ca)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。   In addition, in the above-described embodiments and examples, the case where lithium is used as the light metal has been described. However, other alkali metals such as sodium (Na) or potassium (K), or magnesium or calcium (Ca) are used. The present invention can be applied to the case of using alkaline earth metal, other light metal such as aluminum, lithium, or an alloy thereof, and 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 a light metal because voltage compatibility with a lithium ion secondary battery currently in practical use is high. In addition, when using an alloy containing lithium as a light metal, there is a substance that can form an alloy with lithium in the electrolyte, and the alloy may be formed at the time of precipitation, or an alloy with lithium is formed on the negative electrode. Possible materials are present and may form an alloy during precipitation.

更にまた、上記実施の形態および実施例においては、コイン型の二次電池について説明したが、本発明は、巻回構造を有する円筒型、楕円型、多角形型あるいはラミネート型の二次電池、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。   Furthermore, in the above-described embodiments and examples, a coin-type secondary battery has been described. However, the present invention relates to a cylindrical, elliptical, polygonal or laminated secondary battery having a winding structure, Alternatively, the present invention can be similarly applied to a secondary battery having a structure in which a positive electrode and a negative electrode are folded or stacked. In addition, the present invention can also be applied to so-called button-type, square-type or large-sized secondary batteries. Moreover, not only a secondary battery but a primary battery is applicable.

本発明の一実施の形態に係る二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the secondary battery which concerns on one embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11…外装缶、12…正極、12A…正極集電体、12B…正極活物質層、13…外装カップ、14…負極、14A…負極集電体、14B…負極活物質層、14C…被膜、15…セパレータ、16…ガスケット。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Outer can, 12 ... Positive electrode, 12A ... Positive electrode collector, 12B ... Positive electrode active material layer, 13 ... Outer cup, 14 ... Negative electrode, 14A ... Negative electrode collector, 14B ... Negative electrode active material layer, 14C ... Coating 15 ... separator, 16 ... gasket.

Claims (5)

正極および負極と共に電解質を備え、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を含み、かつその和により表される電池であって、
前記正極は、正極活物質と、炭酸塩とを含むことを特徴とする電池。
A battery comprising an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, wherein the capacity of the negative electrode includes a capacity component due to insertion and extraction of light metal, and a capacity component due to precipitation and dissolution of light metal, and is represented by the sum thereof,
The positive electrode includes a positive electrode active material and a carbonate.
前記炭酸塩として、炭酸リチウム,炭酸カリウムおよび炭酸ナトリウム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1記載の電池。   2. The battery according to claim 1, wherein the carbonate includes at least one selected from the group consisting of lithium carbonate, potassium carbonate, and sodium carbonate. 正極および負極と共に電解質を備え、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を含み、かつその和により表される電池であって、
前記負極は、表面に炭酸塩を含む被膜を有することを特徴とする電池。
A battery comprising an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, wherein the capacity of the negative electrode includes a capacity component due to insertion and extraction of light metal, and a capacity component due to precipitation and dissolution of light metal, and is represented by the sum thereof,
The negative electrode has a coating film containing carbonate on the surface.
前記被膜は炭酸リチウムを含むことを特徴とする請求項3記載の電池。   The battery according to claim 3, wherein the coating contains lithium carbonate. 正極および負極と共に電解質を備え、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を含み、かつその和により表される電池であって、
前記電解質は、炭酸イオンを含むことを特徴とする電池。
A battery comprising an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, wherein the capacity of the negative electrode includes a capacity component due to insertion and extraction of light metal, and a capacity component due to precipitation and dissolution of light metal, and is represented by the sum thereof,
The battery, wherein the electrolyte contains carbonate ions.
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