JP2006156021A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Masahiro Sekino
正宏 関野
Hiromasa Tanaka
弘真 田中
Shota Endo
昌太 遠藤
Toru Yajima
亨 矢嶋
Nao Shimura
奈緒 志村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery having a good charge/discharge cycle lifetime. <P>SOLUTION: This nonaqueous electrolyte secondary battery is provided with a positive electrode 3 containing a positive electrode active material, a negative electrode 4, and a nonaqueous electrolyte. The positive electrode active material includes secondary grains formed by aggregation of lithium cobalt containing composite oxide primary grains. When a mean maximum grain size of the secondary grain is represented by L<SB>2max</SB>, a mean maximum grain size L<SB>1max</SB>of the primary grain is within a range 0.1×L<SB>2max</SB>≤L<SB>1max</SB>≤0.5×L<SB>2max</SB>, and sulfur exists on the surface of the positive electrode 3. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、非水電解質二次電池に関するものである。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.

近年、移動体通信機、ノートブック型パソコン、パームトップ型パソコン、一体型ビデオカメラ、ポータブルCD(MD)プレーヤー、コードレス電話等の電子機器の小形化、軽量化を図る上で、これらの電子機器の電源として、特に小型で大容量の電池が求められている。   In recent years, electronic devices such as mobile communication devices, notebook computers, palmtop computers, integrated video cameras, portable CD (MD) players, cordless telephones, etc. have been reduced in size and weight. As a power source, a battery having a small size and a large capacity is required.

これら電子機器の電源として普及している電池としては、アルカリマンガン電池のような一次電池や、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池等の二次電池が挙げられる。その中でも、正極にリチウム複合酸化物を用い、かつ負極にリチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素質材料や黒鉛質材料を用いた非水電解質二次電池が、小型軽量で単電池電圧が高く、高エネルギー密度を得られることから注目されている。   Examples of batteries that are widely used as power sources for these electronic devices include primary batteries such as alkaline manganese batteries, and secondary batteries such as nickel cadmium batteries and lead storage batteries. Among them, non-aqueous electrolyte secondary batteries that use a lithium composite oxide for the positive electrode and a carbonaceous material or graphite material that can occlude and release lithium ions for the negative electrode are small and light, have a high single cell voltage, It is attracting attention because of its energy density.

特許文献1には、非水系電解液二次電池の高容量化と急速充放電特性の改善を図るため、少なくとも電解液と接触する正極表面に硫黄原子が存在し、かつ正極とした時に20〜350μmol/gの範囲で硫黄原子を含む非水系電解液二次電池用正極を用いることが開示されている。   In Patent Document 1, in order to increase the capacity of a non-aqueous electrolyte secondary battery and improve rapid charge / discharge characteristics, sulfur atoms are present at least on the surface of the positive electrode in contact with the electrolytic solution, and 20 to It is disclosed to use a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a sulfur atom in a range of 350 μmol / g.

しかしながら、最近の二次電池の薄型化及び高容量化の要求を満足するために特許文献1に記載の正極において活物質としてLiCoO2の二次凝集体を使用すると、正極の導電性とリチウム吸蔵放出量が低下し、充放電サイクル寿命が低下するという問題点を生じる。
特開2002−170564号公報
However, when a secondary aggregate of LiCoO 2 is used as an active material in the positive electrode described in Patent Document 1 in order to satisfy the recent demands for thinning and high capacity of secondary batteries, the conductivity and lithium occlusion of the positive electrode are increased. The discharge amount is reduced, and the charge / discharge cycle life is reduced.
JP 2002-170564 A

本発明は、充放電サイクル寿命が改善された非水電解質二次電池を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having an improved charge / discharge cycle life.

本発明に係る非水電解質二次電池は、正極活物質を含む正極と、負極と、非水電解質とを具備した非水電解質二次電池であって、
前記正極活物質は、リチウムコバルト含有複合酸化物一次粒子が凝集した二次粒子を含み、その二次粒子の平均最大粒径をL2maxとした際に前記一次粒子の平均最大粒径L1maxが0.1×L2max≦L1max≦0.5×L2maxの範囲にあり、
前記正極の表面に硫黄が存在していることを特徴とするものである。
A nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte,
The positive electrode active material includes secondary particles in which primary particles of lithium cobalt-containing composite oxide are aggregated, and when the average maximum particle size of the secondary particles is L 2max , the average maximum particle size L 1max of the primary particles is 0.1 × L 2max ≦ L 1max ≦ 0.5 × L 2max
Sulfur is present on the surface of the positive electrode.

また、本発明に係る非水電解質二次電池は、正極活物質を含む正極と、負極と、非水電解質とを具備した非水電解質二次電池であって、
前記正極活物質は、リチウムコバルト含有複合酸化物一次粒子が凝集した二次粒子を含み、50%累積頻度粒径D50が7μm以上、13μm以下で、90%累積頻度粒径D90が15μm以上、40μm以下で、かつBET法による比表面積が0.2m2/g以上、0.4m2/g以下であり、
前記正極の表面に硫黄が存在していることを特徴とするものである。
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte,
The positive electrode active material includes secondary particles in which primary particles of lithium cobalt-containing composite oxide are aggregated, 50% cumulative frequency particle size D50 is 7 μm or more and 13 μm or less, 90% cumulative frequency particle size D90 is 15 μm or more, 40 μm. The specific surface area by the BET method is 0.2 m 2 / g or more and 0.4 m 2 / g or less,
Sulfur is present on the surface of the positive electrode.

本発明によれば、放電容量が高く、かつ充放電サイクル寿命に優れる非水電解質二次電池を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a nonaqueous electrolyte secondary battery having a high discharge capacity and an excellent charge / discharge cycle life.

リチウムコバルト含有複合酸化物を含有する正極活物質は、熱安定性に優れるという特長を有する。リチウムコバルト含有複合酸化物の二次凝集体は、単粒子に比してプレス時の変形の自由度が大きいために最密充填構造を取りやすく、また、二次凝集体を構成する一次粒子間は分子間力で結合しているために単粒子に比べてバインダー必要量を少なくできることから、単粒子を使用する場合よりも単位体積当りの活物質の割合を多くでき、高容量を得ることが可能である。その反面、正極活物質と非水電解質との反応を抑制するために正極表面に硫黄元素を含む保護被膜を形成すると、正極の導電性とリチウム吸蔵放出量が著しく低下する。   A positive electrode active material containing a lithium cobalt-containing composite oxide has a feature of excellent thermal stability. The secondary agglomerates of lithium-cobalt-containing composite oxides have a greater degree of freedom of deformation during pressing than single particles, so it is easy to take a close-packed structure, and between the primary particles constituting the secondary agglomerates Since it is bonded by intermolecular force, the required amount of binder can be reduced compared to single particles, so the ratio of active material per unit volume can be increased compared to the case of using single particles, and high capacity can be obtained. Is possible. On the other hand, if a protective film containing sulfur element is formed on the surface of the positive electrode in order to suppress the reaction between the positive electrode active material and the nonaqueous electrolyte, the conductivity of the positive electrode and the amount of occluded lithium are significantly reduced.

本発明者らの研究により、リチウムコバルト含有複合酸化物の二次凝集体においては、保護被膜の形成反応が粒径の小さい一次粒子に集中し、その結果、粒径の小さな一次粒子の結晶構造崩壊あるいは抵抗増加を招き、これにより一次粒子間の導通不良とリチウムサイトの減少を生じるために正極の導電性とリチウム吸蔵放出量の低下に至ることを究明した。   According to the research by the present inventors, in the secondary aggregate of the lithium cobalt-containing composite oxide, the formation reaction of the protective film is concentrated on the primary particles having a small particle size, and as a result, the crystal structure of the primary particles having a small particle size is obtained. It has been found that the conductivity of the positive electrode and the lithium occlusion / desorption amount decrease because of the collapse or increase in resistance, which causes poor conduction between primary particles and a decrease in lithium sites.

さらに、本発明者らは、リチウムコバルト含有複合酸化物の二次凝集体の平均最大粒径をL2maxとした際に一次粒子の平均最大粒径L1maxが0.1×L2max≦L1max≦0.5×L2maxの範囲にあると、保護被膜の形成反応が特定の一次粒子に集中せずに均等に生じるため、正極の導電性の低下とリチウム吸蔵放出量の減少を回避することができ、同時に正極活物質の高密度充填が可能であるという知見を得た。これにより、高容量で充放電サイクル寿命に優れる非水電解質二次電池を実現できたのである。 Furthermore, the present inventors have found that the average maximum particle diameter L 1max is 0.1 × L 2max ≦ L 1max of the primary particles an average maximum particle size of the secondary aggregate of the lithium-cobalt-containing complex oxide upon the L 2max If it is in the range of ≦ 0.5 × L 2max , the protective film formation reaction occurs uniformly without concentrating on the specific primary particles, and therefore avoids a decrease in the positive electrode conductivity and a decrease in the amount of occluded lithium. At the same time, the inventors have found that high-density filling of the positive electrode active material is possible. As a result, a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high capacity and an excellent charge / discharge cycle life could be realized.

以下、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の正極、負極及び非水電解質について説明する。   Hereinafter, a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described.

1)正極
この正極は、集電体と、集電体の片面もしくは両面に担持され、正極活物質を含む正極層とを含む。正極層の表面には、硫黄元素が存在している。
1) Positive electrode The positive electrode includes a current collector and a positive electrode layer that is supported on one or both surfaces of the current collector and includes a positive electrode active material. Sulfur element is present on the surface of the positive electrode layer.

正極活物質に含まれるリチウムコバルト含有複合酸化物においては、リチウム(XLi)とコバルト(XCo)のモル比(XLi/XCo)は0.95〜1.1の範囲にあることが好ましい。モル比(XLi/XCo)が0.95未満であるものは、保護被膜形成による導電性の低下が少ないため、0.1×L2max≦L1max≦0.5×L2maxの規定により十分な効果を得られない可能性がある。また、過充電により結晶構造が不安定化して非水電解質と反応性が高くなるため、過充電時の安全性が不十分となる恐れもある。一方、モル比(XLi/XCo)が1.1より大きいと、正極活物質合成のための焼成時にアルカリ溶融が完全に進行せずLiが残存している可能性が高くなる。この残存アルカリ分が多いと、過充電時の安全性が不十分となる恐れがある。モル比(XLi/XCo)のさらに好ましい範囲は、0.97〜1.08である。 In the lithium cobalt-containing complex oxide contained in the positive electrode active material, the molar ratio of lithium (X Li) and cobalt (X Co) (X Li / X Co) is in the range of 0.95 to 1.1 preferable. When the molar ratio (X Li / X Co ) is less than 0.95, the decrease in conductivity due to the formation of the protective film is small, and therefore, according to the definition of 0.1 × L 2max ≦ L 1max ≦ 0.5 × L 2max There is a possibility that sufficient effect cannot be obtained. Moreover, since the crystal structure becomes unstable due to overcharge and the reactivity with the nonaqueous electrolyte increases, there is a risk that safety during overcharge may be insufficient. On the other hand, when the molar ratio (X Li / X Co ) is larger than 1.1, there is a high possibility that the alkali fusion does not proceed completely during the firing for synthesizing the positive electrode active material and Li remains. If this residual alkali content is large, the safety during overcharging may be insufficient. A more preferable range of the molar ratio (X Li / X Co ) is 0.97 to 1.08.

リチウムコバルト含有複合酸化物は、Li、Co及びO以外の元素を含んでいても良い。かかる元素としては、例えばNi、Mn、Al、Sn、Fe、Cu、Cr、Zr、Mg、Si、P、F、Cl、B等を挙げることができる。添加元素の種類は、1種類でも、2種類以上でも良い。   The lithium cobalt-containing composite oxide may contain elements other than Li, Co, and O. Examples of such elements include Ni, Mn, Al, Sn, Fe, Cu, Cr, Zr, Mg, Si, P, F, Cl, and B. There may be one kind of additive element or two or more kinds.

リチウムコバルト含有複合酸化物の組成としては、例えば、下記(1)式で表わされるものを挙げることができる。   As a composition of lithium cobalt containing complex oxide, what is represented by a following (1) formula can be mentioned, for example.

LiaCoM12 (1)
但し、前記M1は、Ni、Mn、B、Al及びSnよりなる群から選択される1種類以上の元素であり、前記モル比a、b、cは、それぞれ、0.95≦a≦1.05、0.95≦b≦1.05、0≦c≦0.05、0.95≦b+c≦1.05を示す。モル比a,b,cのさらに好ましい範囲は、それぞれ、0.97≦a≦1.03、0.97≦b≦1.03、0≦c≦0.03である。
Li a Co b M1 c O 2 (1)
However, M1 is one or more elements selected from the group consisting of Ni, Mn, B, Al and Sn, and the molar ratios a, b and c are 0.95 ≦ a ≦ 1. 05, 0.95 ≦ b ≦ 1.05, 0 ≦ c ≦ 0.05, 0.95 ≦ b + c ≦ 1.05. More preferable ranges of the molar ratios a, b, and c are 0.97 ≦ a ≦ 1.03, 0.97 ≦ b ≦ 1.03, and 0 ≦ c ≦ 0.03, respectively.

正極活物質は、リチウムコバルト含有複合酸化物から構成されていても、他の種類の活物質を含んでいても良い。他の種類の活物質を含む場合、正極活物質中のリチウムコバルト含有複合酸化物の割合を50重量%以上にすることが望ましい。他の種類の活物質としては、例えば、二酸化マンガン、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、リチウム含有鉄酸化物、リチウムを含むバナジウム酸化物や、二硫化チタンや二硫化モリブデンなどのカルコゲン化合物などを挙げることができる。中でも、下記(2)式で表される組成を有するリチウムニッケルコバルト複合酸化物を使用することが望ましく、この場合、正極活物質中のリチウムコバルト含有複合酸化物の割合を50重量%以上、80重量%以下にすることが望ましい。   The positive electrode active material may be composed of a lithium cobalt-containing composite oxide or may contain other types of active materials. When other types of active materials are included, the proportion of the lithium cobalt-containing composite oxide in the positive electrode active material is desirably 50% by weight or more. Other types of active materials include, for example, manganese dioxide, lithium manganese composite oxide, lithium nickel composite oxide, lithium nickel cobalt composite oxide, lithium-containing iron oxide, lithium-containing vanadium oxide, and titanium disulfide. And chalcogen compounds such as molybdenum disulfide. Among these, it is desirable to use a lithium nickel cobalt composite oxide having a composition represented by the following formula (2). In this case, the proportion of the lithium cobalt-containing composite oxide in the positive electrode active material is 50 wt% or more, 80 It is desirable to make it not more than wt%.

LiNi1-x-yCoxy2 (2)
但し、前記Mは、Mn、B及びAlよりなる群から選択される1種類以上の元素を含み、前記モル比x、yは、それぞれ、0<x≦0.5、0≦y≦0.1である。モル比x,yのより好ましい範囲は、それぞれ、0.1≦x≦0.25、0≦y<0.06である。
LiNi 1-xy Co x M y O 2 (2)
However, said M contains 1 or more types of elements selected from the group which consists of Mn, B, and Al, and said molar ratio x and y are 0 <x <= 0.5, 0 <= y <= 0. 1. More preferable ranges of the molar ratios x and y are 0.1 ≦ x ≦ 0.25 and 0 ≦ y <0.06, respectively.

一次粒子の平均最大粒径L1maxの大きさを前記範囲に規定した理由を詳しく説明する。L1maxを0.1×L2maxよりも小さくすると、硫黄元素を含む保護被膜の形成が一部の粒子に偏るため、正極の導電性とリチウム吸蔵放出量が低下する。一方、L1maxが0.5×L2maxよりも大きいと、正極を高密度にするためにプレス圧を大きくした際に二次粒子の凝集構造が崩れやすく、放電容量をはじめとする二次電池の諸特性が低下する。さらに好ましい範囲は、0.2×L2max≦L1max≦0.4×L2maxである。 The reason why the average maximum particle size L 1max of the primary particles is defined within the above range will be described in detail. When L 1max is smaller than 0.1 × L 2max , the formation of the protective film containing the sulfur element is biased to some particles, so that the conductivity of the positive electrode and the amount of occluded lithium are reduced. On the other hand, when L 1max is larger than 0.5 × L 2max , when the press pressure is increased to increase the density of the positive electrode, the agglomeration structure of secondary particles tends to collapse, and secondary batteries such as discharge capacity are destroyed. The various characteristics of are reduced. A more preferable range is 0.2 × L 2max ≦ L 1max ≦ 0.4 × L 2max .

正極活物質は、50%累積頻度粒径D50が7μm以上、13μm以下で、90%累積頻度粒径D90が15μm以上(より好ましくは20μm以上で、さらに望ましくは25μm以上)、40μm以下(より好ましくは35μm以下で、さらに望ましくは30μm以下)で、かつBET法による比表面積が0.2m2/g以上(より好ましくは0.27m2/g以上)、0.4m2/g以下(より好ましくは0.34m2/g以下)であることが望ましい。これにより、リチウムコバルト含有複合酸化物の二次凝集体を構成する一次粒子数や一次粒子サイズを最適化することができるため、放電レート特性をさらに改善することができる。 The positive electrode active material has a 50% cumulative frequency particle size D50 of 7 μm or more and 13 μm or less, a 90% cumulative frequency particle size D90 of 15 μm or more (more preferably 20 μm or more, more preferably 25 μm or more), or 40 μm or less (more preferably). in 35μm or less, more desirably at 30μm or less), and a specific surface area by BET method of 0.2 m 2 / g or more (more preferably 0.27 m 2 / g or more), 0.4 m 2 / g or less (more preferably Is preferably 0.34 m 2 / g or less). Thereby, since the primary particle number and primary particle size which comprise the secondary aggregate of lithium cobalt containing complex oxide can be optimized, a discharge rate characteristic can further be improved.

正極活物質は、リチウムコバルト含有複合酸化物のみから構成されていても良いが、他の種類の活物質を含んでいても良い。この場合、正極活物質中のリチウムコバルト含有複合酸化物の含有量は、50重量%以上であることが望ましい。他の正極活物質としては、例えば、LiNiO2のようなリチウムニッケル酸化物、LiMn24やLiMnO2のようなリチウムマンガン複合酸化物等を挙げることができる。 The positive electrode active material may be composed only of the lithium cobalt-containing composite oxide, but may include other types of active materials. In this case, the content of the lithium cobalt-containing composite oxide in the positive electrode active material is desirably 50% by weight or more. Examples of other positive electrode active materials include lithium nickel oxides such as LiNiO 2 and lithium manganese composite oxides such as LiMn 2 O 4 and LiMnO 2 .

正極活物質は、例えば、以下に説明する方法で作製される。まず、金属コバルトを硝酸水溶液に溶解させた後、これに水酸化ナトリウム水溶液を添加することによりフレーク状のCo(OH)2一次粒子からなる凝集体を得る。この凝集体を焼成することによりCo(OH)2をCo34に酸化させる。なお、焼成後も、フレーク状一次粒子の凝集構造は維持される。リチウム塩とCo34の凝集体とを大気雰囲気もしくは酸素雰囲気中で焼成することにより、正極活物質を得る。 A positive electrode active material is produced by the method demonstrated below, for example. First, metallic cobalt is dissolved in an aqueous nitric acid solution, and then an aqueous sodium hydroxide solution is added thereto to obtain an aggregate composed of flaky Co (OH) 2 primary particles. By firing this aggregate, Co (OH) 2 is oxidized to Co 3 O 4 . Even after firing, the aggregate structure of the flaky primary particles is maintained. A positive electrode active material is obtained by baking lithium salt and an aggregate of Co 3 O 4 in an air atmosphere or an oxygen atmosphere.

正極は、放電状態においてX線光電子分光法により測定した正極表面におけるCo原子数を100原子数%とした際の硫黄の原子数%を5原子数%以上、100原子数%以下とすることが望ましい。   In the positive electrode, when the number of Co atoms on the positive electrode surface measured by X-ray photoelectron spectroscopy in the discharge state is 100 atomic%, the atomic percentage of sulfur is 5 atomic% or more and 100 atomic% or less. desirable.

正極表面に存在する硫黄の量を定量的に測定するためには、X線光電子分光法(XPS)が有効である。但し、XPSで正極表面に存在する元素の比を測定する際に、充電状態の電池から取出した正極を用いて測定すると、操作中に正極表面に付着する不純物等の影響によって誤差を生じやすい。このため発明者らは、全く同一の構成からなる非水電解質二次電池を2個作製し、一方の非水電解質二次電池を放電状態とした後に正極を取出してXPS測定を行うと共に、もう一方の非水電解質二次電池を用いて電池特性を評価することによって、放電状態の正極表面の状態と電池特性との関係を求めるという方法を採用した。   X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is effective for quantitatively measuring the amount of sulfur present on the surface of the positive electrode. However, when measuring the ratio of elements present on the surface of the positive electrode by XPS, if the measurement is performed using the positive electrode taken out from the charged battery, an error is likely to occur due to the influence of impurities or the like adhering to the surface of the positive electrode during operation. For this reason, the inventors made two non-aqueous electrolyte secondary batteries having exactly the same structure, took one of the non-aqueous electrolyte secondary batteries into a discharged state, took out the positive electrode, and performed XPS measurement. A method of obtaining the relationship between the state of the positive electrode surface in a discharged state and the battery characteristics by evaluating the battery characteristics using one of the nonaqueous electrolyte secondary batteries was adopted.

XPSで測定した正極表面のCo原子数の大部分は、正極活物質に由来するものと考えられる。このCo原子数を100原子数%とした際の硫黄原子数比xを5原子数%未満にすると、正極表面に存在する活物質への硫黄分布が不均一になるため、正極活物質と非水電解質との反応が進行して放電容量及び充放電サイクル特性が低下する恐れがある。硫黄原子数比xを5原子数%以上にすることによって、正極活物質の表面に形成された硫黄を含む保護被膜の機能を充分なものにすることができるため、正極活物質と非水電解質との反応を抑制することができる。但し、この正極活物質表面を覆う硫黄を含む保護被膜は、リチウムイオンの透過性が必ずしも高くないため、正極表面に存在する硫黄の量が増えて100原子数%を超えるような場合には、リチウムイオンの透過性が低下して電池の放電容量が低下する恐れがある。硫黄原子数のさらに好ましい範囲は、8原子数%以上、50原子数%以下である。正極表面に存在する硫黄成分は、後述する不飽和炭化水素基を有する環状スルホン酸エステルに由来するものが望ましい。   Most of the number of Co atoms on the positive electrode surface measured by XPS is considered to be derived from the positive electrode active material. If the sulfur atom number ratio x when the Co atom number is 100 atom% is less than 5 atom%, the sulfur distribution to the active material existing on the surface of the positive electrode becomes non-uniform. There is a possibility that the reaction with the water electrolyte proceeds and the discharge capacity and the charge / discharge cycle characteristics deteriorate. Since the function of the protective coating containing sulfur formed on the surface of the positive electrode active material can be made sufficient by setting the sulfur atom number ratio x to 5 atomic percent or more, the positive electrode active material and the nonaqueous electrolyte Reaction with can be suppressed. However, since the protective film containing sulfur covering the surface of the positive electrode active material is not necessarily high in lithium ion permeability, when the amount of sulfur present on the surface of the positive electrode is increased and exceeds 100 atomic%, There is a possibility that the lithium ion permeability is lowered and the discharge capacity of the battery is lowered. A more preferable range of the number of sulfur atoms is 8 atom% or more and 50 atom% or less. The sulfur component present on the surface of the positive electrode is preferably derived from a cyclic sulfonic acid ester having an unsaturated hydrocarbon group described later.

正極層には、導電剤が含まれていても良い。導電剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。   The positive electrode layer may contain a conductive agent. Examples of the conductive agent include acetylene black, carbon black, and graphite.

正極層には、結着剤が含有されていても良い。結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリエーテルサルフォン、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)等を用いることができる。   The positive electrode layer may contain a binder. As the binder, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyether sulfone, ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), styrene-butadiene rubber (SBR) or the like is used. be able to.

正極活物質、導電剤および結着剤の配合割合は、正極活物質85〜98重量%、導電剤1〜10重量%、結着剤1〜5重量%の範囲にすることが好ましい。   The mixing ratio of the positive electrode active material, the conductive agent and the binder is preferably in the range of 85 to 98% by weight of the positive electrode active material, 1 to 10% by weight of the conductive agent, and 1 to 5% by weight of the binder.

集電体としては、多孔質構造の導電性基板か、あるいは無孔の導電性基板を用いることができる。これら導電性基板は、例えば、アルミニウム、ステンレス、またはニッケルから形成することができる。   As the current collector, a conductive substrate having a porous structure or a nonporous conductive substrate can be used. These conductive substrates can be formed from, for example, aluminum, stainless steel, or nickel.

正極は、例えば、正極活物質に導電剤および結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を集電体に塗布、乾燥して薄板状にすることにより作製される。   The positive electrode is produced, for example, by suspending a conductive agent and a binder in an appropriate solvent in a positive electrode active material, and applying the suspension to a current collector and drying to form a thin plate.

正極の密度は、3.5g/cm3以上、3.9g/cm3以下にすることが望ましい。さらに好ましい範囲は、3.55g/cm3以上、3.7g/cm3以下である。 The density of the positive electrode is desirably 3.5 g / cm 3 or more and 3.9 g / cm 3 or less. A more preferred range, 3.55 g / cm 3 or more and 3.7 g / cm 3 or less.

2)負極
負極は、集電体と、集電体の片面もしくは両面に担持される負極層とを含む。
2) Negative electrode The negative electrode includes a current collector and a negative electrode layer carried on one or both sides of the current collector.

負極層は、リチウムイオンを吸蔵・放出する負極活物質及び結着剤を含む。   The negative electrode layer includes a negative electrode active material that absorbs and releases lithium ions and a binder.

負極活物質としては、例えば、黒鉛、コークス、炭素繊維、球状炭素、熱分解気相炭素質物、樹脂焼成体などの黒鉛質材料もしくは炭素質材料; 熱硬化性樹脂、等方性ピッチ、メソフェーズピッチ系炭素、メソフェーズピッチ系炭素繊維、メソフェーズ小球体など(特に、メソフェーズピッチ系炭素繊維が容量や充放電サイクル特性が高くなり好ましい)に500〜3000℃で熱処理を施すことにより得られる黒鉛質材料または炭素質材料; 二硫化チタン、二硫化モリブデン、セレン化ニオブ等のカルコゲン化合物; アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、リチウム、リチウム合金等の軽金属; 等を挙げることができる。中でも、(002)面の面間隔d002が0.34nm以下である黒鉛結晶を有する黒鉛質材料を用いるのが好ましい。このような黒鉛質材料を負極活物質として含む負極を備えた非水電解質二次電池は、電池容量および大電流放電特性を大幅に向上することができる。前記面間隔d002 は、0.337nm以下であることが更に好ましい。 Examples of the negative electrode active material include graphite materials, carbonaceous materials such as graphite, coke, carbon fiber, spherical carbon, pyrolytic vapor phase carbonaceous material, and resin fired body; thermosetting resin, isotropic pitch, mesophase pitch Graphite material obtained by performing heat treatment at 500 to 3000 ° C. on carbon-based carbon, mesophase pitch-based carbon fiber, mesophase microspheres, etc. (especially, mesophase pitch-based carbon fiber is preferable because of high capacity and charge / discharge cycle characteristics) or Carbonaceous materials; chalcogen compounds such as titanium disulfide, molybdenum disulfide, and niobium selenide; light metals such as aluminum, aluminum alloy, magnesium alloy, lithium, and lithium alloy; Among them, it is preferable to use a graphite material having a graphite crystal having a (002) plane spacing d002 of 0.34 nm or less. A nonaqueous electrolyte secondary battery provided with a negative electrode containing such a graphite material as a negative electrode active material can greatly improve battery capacity and large current discharge characteristics. More preferably, the surface interval d002 is 0.337 nm or less.

また、負極活物質として黒鉛質材料を用いた場合、プロピレンカーボネート(PC)は、黒鉛質材料の表面で還元分解されやすいため、黒鉛質材料の表面を非結晶性炭素、低結晶性炭素、有機高分子化合物、無機化合物等で被覆し、PCの還元分解を抑制することも可能である。   In addition, when a graphite material is used as the negative electrode active material, propylene carbonate (PC) is easily reduced and decomposed on the surface of the graphite material, so that the surface of the graphite material is made of amorphous carbon, low crystalline carbon, organic It is also possible to suppress reductive decomposition of PC by coating with a polymer compound, an inorganic compound, or the like.

結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等を用いることができる。   Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), and the like. Can be used.

負極活物質及び結着剤の配合割合は、炭素質物90〜98重量%、結着剤2〜10重量%の範囲であることが好ましい。   The blending ratio of the negative electrode active material and the binder is preferably in the range of 90 to 98% by weight of the carbonaceous material and 2 to 10% by weight of the binder.

集電体としては、多孔質構造の導電性基板か、あるいは無孔の導電性基板を用いることができる。これら導電性基板は、例えば、銅、ステンレス、またはニッケルから形成することができる。   As the current collector, a conductive substrate having a porous structure or a nonporous conductive substrate can be used. These conductive substrates can be formed from, for example, copper, stainless steel, or nickel.

負極は、例えば、負極活物質と結着剤とを溶媒の存在下で混練し、得られた懸濁物を集電体に塗布し、乾燥した後、所望の圧力で1回プレスもしくは2〜5回多段階プレスすることにより作製される。   For example, the negative electrode is prepared by kneading a negative electrode active material and a binder in the presence of a solvent, applying the obtained suspension to a current collector, drying, and then pressing once at a desired pressure or 2 to 2. It is produced by performing multistage pressing 5 times.

上記正極と負極は、その間にセパレータを介在させて電極群を形成する。このセパレータとしては、微多孔性の膜、織布、不織布、これらのうち同一材または異種材の積層物等を用いることができる。中でも、微多孔性の膜は、過充電等による発熱で電極群の温度が異常に上昇すると、セパレータを構成する樹脂が塑性変形し微細な孔が塞がる、いわゆるシャットダウン現象を生じ、リチウムイオンの流れが遮断され、過充電状態を安全に終了させることができるので好ましい。セパレータを形成する材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合ポリマー、エチレン−ブテン共重合ポリマー等を挙げることができる。セパレータの形成材料としては、前述した種類の中から選ばれる1種類または2種類以上を用いることができる。   The positive electrode and the negative electrode form an electrode group with a separator interposed therebetween. As this separator, a microporous film, a woven fabric, a non-woven fabric, a laminate of the same material or different materials among these can be used. In particular, the microporous membrane causes a so-called shutdown phenomenon in which the resin constituting the separator plastically deforms and closes the fine pores when the temperature of the electrode group rises abnormally due to heat generated by overcharging, etc., and the flow of lithium ions Is preferable because the overcharge state can be safely terminated. Examples of the material for forming the separator include polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, and ethylene-butene copolymer. As a material for forming the separator, one type or two or more types selected from the types described above can be used.

この電極群は、例えば、(i)正極及び負極をその間にセパレータを介在させて偏平形状または渦巻き状に捲回するか、(ii)正極及び負極をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回した後、径方向に圧縮するか、(iii)正極及び負極をその間にセパレータを介在させて1回以上折り曲げるか、あるいは(iv)正極と負極とをその間にセパレータを介在させながら積層する方法により作製される。   For example, (i) the positive electrode and the negative electrode are wound in a flat shape or a spiral shape with a separator interposed therebetween, or (ii) the positive electrode and the negative electrode are wound in a spiral shape with a separator interposed therebetween. Rotating and then compressing in the radial direction, (iii) bending the positive electrode and the negative electrode one or more times with a separator interposed therebetween, or (iv) laminating the positive electrode and the negative electrode with a separator interposed therebetween It is produced by.

電極群には、プレスを施さなくても良いが、正極、負極及びセパレータの一体化強度を高めるためにプレスを施しても良い。また、プレス時に加熱を施すことも可能である。   The electrode group need not be pressed, but may be pressed to increase the integrated strength of the positive electrode, the negative electrode, and the separator. It is also possible to heat at the time of pressing.

電極群には、正極、負極及びセパレータの一体化強度を高めるために、接着性高分子を含有させることができる。前記接着性を有する高分子は、非水電解液を保持した状態で高い接着性を維持できるものであることが望ましい。さらに、かかる高分子は、リチウムイオン伝導性が高いとなお好ましい。具体的には、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリアクリレート(PMMA)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリ塩化ビニル(PVC)、またはポリエチレンオキサイド(PEO)等を挙げることができる。   The electrode group can contain an adhesive polymer in order to increase the integrated strength of the positive electrode, the negative electrode, and the separator. It is desirable that the polymer having adhesiveness is one that can maintain high adhesiveness while holding a nonaqueous electrolytic solution. Furthermore, it is more preferable that such a polymer has high lithium ion conductivity. Specific examples include polyacrylonitrile (PAN), polyacrylate (PMMA), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinyl chloride (PVC), and polyethylene oxide (PEO).

3)非水電解質
非水電解質は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解される電解質(例えば、リチウム塩)とを含むものである。この非水電解質の形態は、液体状(非水電解液)やゲル状にすることができる。非水電解質を構成する各物質について説明する。
3) Nonaqueous electrolyte A nonaqueous electrolyte contains a nonaqueous solvent and an electrolyte (for example, lithium salt) dissolved in the nonaqueous solvent. The form of the non-aqueous electrolyte can be liquid (non-aqueous electrolyte) or gel. Each substance constituting the nonaqueous electrolyte will be described.

a.非水溶媒
非水溶媒は、イオン伝導性、酸化還元安定性の面から環状カーボネート、鎖状カーボネート、γ―ブチロラクトン(GBL)などを用いることができる。
a. Nonaqueous solvent As the nonaqueous solvent, cyclic carbonate, chain carbonate, γ-butyrolactone (GBL) and the like can be used in terms of ion conductivity and redox stability.

環状カーボネートは、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)が好ましく用いられる。   As the cyclic carbonate, ethylene carbonate (EC) or propylene carbonate (PC) is preferably used.

鎖状カーボネートは、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)が好ましく用いられる。   As the chain carbonate, dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), and diethyl carbonate (DEC) are preferably used.

これらの非水溶媒成分は、2種以上の混合で用いることが望ましい。   These non-aqueous solvent components are desirably used in a mixture of two or more.

特に、高温保存時の容量維持率の向上の面からは、環状カーボネートと鎖状カーボネートの組み合わせ、2種類以上の環状カーボネートの組み合わせが好ましい。また高温保存時のガス発生抑制の面からは環状カーボネートとGBLの組み合わせ、2種類以上の環状カーボネートの組み合わせが好ましい。   In particular, from the viewpoint of improving the capacity retention rate during high-temperature storage, a combination of a cyclic carbonate and a chain carbonate and a combination of two or more types of cyclic carbonates are preferred. From the viewpoint of suppressing gas generation during high temperature storage, a combination of cyclic carbonate and GBL and a combination of two or more types of cyclic carbonate are preferable.

高温保存特性と安全性の両立の面からは、2種類以上の環状カーボネートの組み合わせが好ましい。中でもPCは、安価でかつ低温状態でもイオン伝導度が高いという利点を有するが、前記の通り負極に黒鉛質材料を用いた場合に、黒鉛質材料の表面で還元分解されやすいという欠点も有する。PCにECを混合することによって、PCの還元分解を低減することが可能となる。   A combination of two or more types of cyclic carbonates is preferable from the viewpoint of achieving both high temperature storage characteristics and safety. Among these, PC has the advantage that it is inexpensive and has high ionic conductivity even in a low temperature state. However, as described above, when a graphite material is used for the negative electrode, it also has the disadvantage that it is easily reduced and decomposed on the surface of the graphite material. By mixing EC with PC, it becomes possible to reduce reductive decomposition of PC.

上記の好ましい組成において、PCの非水溶媒全重量に対する比率は、30〜80重量%の範囲にすることが望ましい。PCの非水溶媒全体に対する比率を30%未満にすると、低温状態でのイオン伝導度が低くなり放電容量が低下するなどの問題が起こる。またPCの比率が80重量%を超えると、ECを混合していてもPCの還元分解を抑えられなくなる恐れがある上、電解液の粘度が上昇することによる放電容量の低下が生じる。PCの非水溶媒全重量に対する比率の更に好ましい範囲は、35〜70重量%である。   In the above preferred composition, the ratio of PC to the total weight of the non-aqueous solvent is desirably in the range of 30 to 80% by weight. If the ratio of PC to the total amount of non-aqueous solvent is less than 30%, problems such as low ionic conductivity at a low temperature and reduced discharge capacity occur. On the other hand, if the ratio of PC exceeds 80% by weight, there is a possibility that reductive decomposition of PC cannot be suppressed even when EC is mixed, and the discharge capacity is reduced due to the increase in the viscosity of the electrolyte. A more preferable range of the ratio of PC to the total weight of the non-aqueous solvent is 35 to 70% by weight.

b.電解質
非水溶媒に溶解される電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム(LiClO4 )、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6 )、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム(LiN(CF3 SO2 2 )、ビスペンタフルオロエチルスルホニルイミドリチウム(LiN(C25SO22)などのリチウム塩を挙げることができる。使用する電解質の種類は、1種類または2種類以上にすることができる。中でも、LiPF6 は非水電解質中に溶解したときの伝導度が高く、放電容量が向上できるので、電解質としては主としてLiPF6 を用いるのが望ましい。ここで、「主としてLiPF6 」というのは、電解質の総重量に占めるLiPF6 の重量の割合が、概ね70%以上であることを意味する。
b. Electrolyte Examples of the electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), and lithium arsenic hexafluoride. (LiAsF 6 ), lithium trifluorometasulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bistrifluoromethylsulfonylimide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ), lithium bispentafluoroethylsulfonylimide (LiN (C 2 F 5 SO 2 ) Lithium salts such as 2 ) can be mentioned. The type of electrolyte used can be one type or two or more types. Among these, LiPF 6 has high conductivity when dissolved in a non-aqueous electrolyte, and discharge capacity can be improved. Therefore, it is desirable to mainly use LiPF 6 as the electrolyte. Here, “mainly LiPF 6 ” means that the ratio of the weight of LiPF 6 to the total weight of the electrolyte is approximately 70% or more.

電解質の非水溶媒に対する溶解量は、0.5〜2.5モル/Lとすることが望ましい。さらに好ましい範囲は、0.7〜2モル/Lである。   The amount of electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent is preferably 0.5 to 2.5 mol / L. A more preferable range is 0.7 to 2 mol / L.

c.副成分
非水電解質中には、上記非水溶媒、および上記電解質以外の他の物質を、副成分として含有させることができる。
c. Subcomponent In the nonaqueous electrolyte, the nonaqueous solvent and a substance other than the electrolyte can be contained as a subcomponent.

副成分としては、例えば、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、γ−バレロラクトン、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酢酸エチル、アセトニトリル、2―メチルフラン、フラン、カテコールカーボネート、12−クラウン−4、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、無水コハク酸、無水ジグリコール酸、トリス(トリオクチル)ホスフェート、ジブチルカーボネート、ベンゼン誘導体、ハロゲン化ベンゼン、ハロゲン化ベンゼン誘導体、ナフタレン誘導体、ハロゲン化ナフタレン、ハロゲン化ナフタレン誘導体等を挙げることができる。   As an auxiliary component, for example, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, divinyl ethylene carbonate, phenyl ethylene carbonate, γ-valerolactone, methyl propionate, ethyl propionate, ethyl acetate, acetonitrile, 2-methylfuran, furan, catechol carbonate, 12-crown-4, tetraethylene glycol dimethyl ether, succinic anhydride, diglycolic anhydride, tris (trioctyl) phosphate, dibutyl carbonate, benzene derivative, halogenated benzene, halogenated benzene derivative, naphthalene derivative, halogenated naphthalene, halogenated And naphthalene derivatives.

中でも、ビニレンカーボネートやビニルエチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、無水コハク酸、無水ジグリコール酸等を含む副成分は、負極表面に緻密な保護皮膜を生成するため、負極と非水電解液との反応性をさらに低くすることが可能になり、PCの還元分解を抑制したり、高温保存時の安定性を改善することができる。また、トリス(トリオクチル)ホスフェートやジノルマルブチルカーボネート等を含む副成分は、非水電解質の正極、負極やセパレータへの浸透性を向上させることができる。   Among these, subcomponents including vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, phenyl ethylene carbonate, succinic anhydride, diglycolic anhydride, etc., generate a dense protective film on the negative electrode surface, so the reactivity between the negative electrode and the non-aqueous electrolyte Can be further reduced, reductive decomposition of PC can be suppressed, and stability during high-temperature storage can be improved. Moreover, the accessory component containing a tris (trioctyl) phosphate, dinormal butyl carbonate, etc. can improve the permeability | transmittance to the positive electrode of a nonaqueous electrolyte, a negative electrode, and a separator.

ベンゼン誘導体、ハロゲン化ベンゼン、ハロゲン化ベンゼン誘導体、ナフタレン誘導体、ハロゲン化ナフタレン、ハロゲン化ナフタレン誘導体等を含む副成分は、過充電等で正極の電位が異常に上昇したときに、正極活物質表面で酸化重合し、正極活物質の抵抗を上げることによって過充電状態を安全に終了させることができる。   Auxiliary components including benzene derivatives, halogenated benzenes, halogenated benzene derivatives, naphthalene derivatives, halogenated naphthalene, halogenated naphthalene derivatives, etc. can be detected on the surface of the positive electrode active material when the potential of the positive electrode rises abnormally due to overcharging. The overcharged state can be safely terminated by oxidative polymerization and increasing the resistance of the positive electrode active material.

非水溶媒中の副成分合計量の重量比率は、10重量%以下の範囲内にすることが望ましい。これは、副成分の重量比率を10重量%よりも多くすると、負極表面の保護皮膜のリチウムイオン透過性が低下して低温放電特性が大幅に損なわれる可能性があるからである。副成分の重量比率のより好ましい範囲は0.01〜5重量%であり、更に好ましい範囲は0.1〜3重量%である。   The weight ratio of the total amount of subcomponents in the non-aqueous solvent is preferably within the range of 10% by weight or less. This is because if the weight ratio of the subcomponent is more than 10% by weight, the lithium ion permeability of the protective film on the negative electrode surface is lowered and the low-temperature discharge characteristics may be greatly impaired. A more preferable range of the weight ratio of the subcomponent is 0.01 to 5% by weight, and a further preferable range is 0.1 to 3% by weight.

非水電解質の量は、電池単位容量1Ah当たり2〜6gにすることが好ましい。非水電解質量のより好ましい範囲は、2.5〜5.5g/1Ahである。   The amount of the non-aqueous electrolyte is preferably 2 to 6 g per battery unit capacity 1 Ah. A more preferable range of the nonaqueous electrolytic mass is 2.5 to 5.5 g / 1 Ah.

ところで、3−ヒドロキシ−1−プロペンスルホン酸−γ−スルトンのようなスルホン化合物を非水電解質に添加し、この非水電解質を用いて三極式セルを構成し、サイクリックボルタンメトリーで電位を貴の方向に掃引した場合と、卑の方向に掃引した場合とを比較する。卑の方向に掃引すると対Li電位で1.0V前後に大きな還元ピークが現れるのに対し、貴の方向に掃引した際には3.0〜5.0Vくらいまで電位を上げても明確な酸化ピークが現れない。このことから、3−ヒドロキシ−1−プロペンスルホン酸−γ−スルトンのようなスルホン化合物は酸化反応よりも還元反応の方が生じ易く、実際のセルにおける初充電の際、被膜形成反応はもっぱら負極で生じていると考えられる。   By the way, a sulfone compound such as 3-hydroxy-1-propenesulfonic acid-γ-sultone is added to a non-aqueous electrolyte, a tripolar cell is constructed using this non-aqueous electrolyte, and the potential is controlled by cyclic voltammetry. The case of sweeping in the direction of and the case of sweeping in the base direction are compared. When a sweep is made in the base direction, a large reduction peak appears around 1.0 V with respect to the Li potential, but when it is swept in the noble direction, clear oxidation is possible even if the potential is raised to about 3.0 to 5.0 V. No peak appears. Therefore, a sulfone compound such as 3-hydroxy-1-propenesulfonic acid-γ-sultone is more likely to undergo a reduction reaction than an oxidation reaction, and the film formation reaction is exclusively performed during the initial charge in an actual cell. This is thought to have occurred.

本発明者らは、正極活物質、初充電前の放置条件、初充電条件、及び初充電後に行うエージング条件、非水電解質に添加する含硫黄化合物の種類等を検討することにより、0.1×L2max≦L1max≦0.5×L2maxを満たすリチウムコバルト含有複合酸化物を含む正極において、その表面に露出する複合酸化物に硫黄が均一に分布するように保護被膜を形成し、放電状態においてX線光電子分光法により測定した正極表面のCo原子数を100原子数%とした際の硫黄原子数を5原子数%以上、100原子数%以下にしたのである。 By examining the positive electrode active material, the standing condition before the initial charge, the initial charge condition, the aging condition performed after the initial charge, the kind of the sulfur-containing compound added to the non-aqueous electrolyte, etc., 0.1% In a positive electrode including a lithium cobalt-containing composite oxide satisfying × L 2max ≦ L 1max ≦ 0.5 × L 2max , a protective film is formed so that sulfur is uniformly distributed in the composite oxide exposed on the surface, and discharge In this state, the number of sulfur atoms when the number of Co atoms on the positive electrode surface measured by X-ray photoelectron spectroscopy was set to 100 atomic% was set to 5 atomic% or more and 100 atomic% or less.

0.1×L2max≦L1max≦0.5×L2maxを満たすリチウムコバルト含有複合酸化物を含む正極活物質は、含硫黄化合物との反応性を高くすることができる。この正極活物質を使用すると共に、組立て後から初充電までの放置時間を12〜72時間とすることにより、非水電解質と正極活物質とのなじみを良くすることができる。その後、正極電位が対リチウムの電位で3.8〜4.4Vまで1C以下の電流での初充電を0℃以上50℃以下の温度で施した後、温度30〜60℃の雰囲気中で1時間以上放置(エージング)を行うことによって、初充電においては含硫黄化合物の還元重合がもっぱら生じるが、反応性の高い正極活物質に非水電解質が均一に分散しているため、エージングにて未反応の含硫黄化合物を高電位な正極と過不足なく均一に反応させることができる。この被膜形成反応は、正極活物質と含硫黄化合物との間の電気化学反応に基づいていることから、正極表面の活物質に対して均一に生じさせることで正極表面の活物質に選択的に硫黄を吸着させることが可能になる。その結果、正極表面の活物質に硫黄を均一に存在させることができるようになる。なお、1Cとは公称容量(Ah)を1時間で放電するために必要な電流値である。 A positive electrode active material containing a lithium cobalt-containing composite oxide that satisfies 0.1 × L 2max ≦ L 1max ≦ 0.5 × L 2max can increase the reactivity with the sulfur-containing compound. By using this positive electrode active material and setting the standing time from assembly to initial charge to 12 to 72 hours, the familiarity between the nonaqueous electrolyte and the positive electrode active material can be improved. Then, after the initial charge at a current of 1 C or less from 3.8 to 4.4 V with respect to the positive electrode potential is 3.8 to 4.4 V at a temperature of 0 ° C. or more and 50 ° C. or less, 1 By leaving for more than an hour (aging), the reductive polymerization of the sulfur-containing compound occurs exclusively in the initial charge, but the non-aqueous electrolyte is uniformly dispersed in the highly reactive positive electrode active material. The sulfur-containing compound in the reaction can be reacted uniformly with the high potential positive electrode without excess or deficiency. Since this film formation reaction is based on an electrochemical reaction between the positive electrode active material and the sulfur-containing compound, the film formation reaction is selectively performed on the active material on the positive electrode surface by causing it to occur uniformly with respect to the active material on the positive electrode surface. It becomes possible to adsorb sulfur. As a result, sulfur can be uniformly present in the active material on the positive electrode surface. 1C is a current value necessary for discharging the nominal capacity (Ah) in 1 hour.

含硫黄化合物として、例えば、スルホン化合物、スルホン酸、スルホン酸のエステルなどを挙げることができる。添加する含硫黄化合物の種類は、1種類または2種類以上にすることができる。これら含硫黄化合物を使用することによって、正極表面に強固な保護被膜を形成することができ、サイクル性を向上させることができる。   Examples of sulfur-containing compounds include sulfone compounds, sulfonic acids, and esters of sulfonic acids. The kind of sulfur-containing compound to be added can be one kind or two or more kinds. By using these sulfur-containing compounds, a strong protective film can be formed on the surface of the positive electrode, and cycle performance can be improved.

スルホン化合物としては、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、エチルメチルスルホンなどの飽和炭化水素基を有するスルホン化合物、ジビニルスルホン、メチルビニルスルホン、エチルビニルスルホン、ジフェニルスルホン、フェニルビニルスルホンなどの不飽和炭化水素基を有するスルホン化合物、スルホランなどの環状スルホン化合物などが挙げられる。   Examples of the sulfone compounds include sulfone compounds having saturated hydrocarbon groups such as dimethyl sulfone, diethyl sulfone, and ethyl methyl sulfone, and unsaturated hydrocarbon groups such as divinyl sulfone, methyl vinyl sulfone, ethyl vinyl sulfone, diphenyl sulfone, and phenyl vinyl sulfone. And a sulfone compound such as sulfolane.

スルホン酸およびそのエステルとしては、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸などの直鎖状飽和炭化水素基を有するスルホン酸、メタンスルホン酸メチル、エタンスルホン酸メチルなどの直鎖状飽和炭化水素基を有するスルホン酸エステル、ビニルスルホン酸などの直鎖状不飽和炭化水素基を有するスルホン酸、ビニルスルホン酸メチル、ビニルスルホン酸エチルなどの直鎖状不飽和炭化水素基を有するスルホン酸エステル、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、スルホ安息香酸、無水スルホ安息香酸などの芳香族スルホン酸、ベンゼンスルホン酸メチル、ベンゼンスルホン酸エチルなどの芳香族スルホン酸エステル、エタンスルトン、1,5−ペンタンスルトンなどの飽和炭化水素基を有する環状スルホン酸エステル、エチレンスルトン、3−ヒドロキシ−1−プロペンスルホン酸−γ−スルトン、4−ヒドロキシ−1−ブチレンスルホン酸−γ−スルトン、5−ヒドロキシ−1−ペンテンスルホン酸−γ−スルトンなどの不飽和炭化水素基を有する環状スルホン酸エステルなどが挙げられる。   Examples of sulfonic acids and esters thereof include sulfonic acids having linear saturated hydrocarbon groups such as methanesulfonic acid and ethanesulfonic acid, sulfones having linear saturated hydrocarbon groups such as methyl methanesulfonate and methyl ethanesulfonate. Acid ester, sulfonic acid having a linear unsaturated hydrocarbon group such as vinyl sulfonic acid, sulfonic acid ester having a linear unsaturated hydrocarbon group such as methyl vinyl sulfonate, ethyl vinyl sulfonate, benzene sulfonic acid, Aromatic sulfonic acids such as toluenesulfonic acid, sulfobenzoic acid and anhydrous sulfobenzoic acid, aromatic sulfonic acid esters such as methyl benzenesulfonate and ethyl benzenesulfonate, saturated hydrocarbon groups such as ethane sultone and 1,5-pentanthruton Cyclic sulfonic acid ester having ethylene , Unsaturated hydrocarbon groups such as 3-hydroxy-1-propenesulfonic acid-γ-sultone, 4-hydroxy-1-butylenesulfonic acid-γ-sultone, 5-hydroxy-1-pentenesulfonic acid-γ-sultone And cyclic sulfonic acid esters having the following.

中でも、ジビニルスルホン、3−ヒドロキシ−1−プロペンスルホン酸−γ−スルトン、4−ヒドロキシ−1−ブチレンスルホン酸−γ−スルトン等の不飽和炭化水素基を有するスルホン化合物、スルホン酸、スルホン酸のエステルは、非水電解質二次電池を充電したときに、正極表面で酸化重合するだけでなく、負極表面での還元反応により負極表面に緻密な保護皮膜を生成するため、負極上でのPCの還元分解を抑制することができる。   Among them, sulfone compounds having an unsaturated hydrocarbon group such as divinyl sulfone, 3-hydroxy-1-propenesulfonic acid-γ-sultone, 4-hydroxy-1-butylenesulfonic acid-γ-sultone, sulfonic acid, and sulfonic acid. The ester not only oxidatively polymerizes on the surface of the positive electrode when a non-aqueous electrolyte secondary battery is charged, but also produces a dense protective film on the surface of the negative electrode by a reduction reaction on the surface of the negative electrode. Reductive decomposition can be suppressed.

組立て後の二次電池の非水電解質に含有される含硫黄化合物の濃度は、非水電解質の総重量に対して0.1〜10重量%の範囲内にすることが望ましい。これは、含硫黄化合物の濃度を10重量%よりも多くすると、正極および負極表面の保護皮膜のリチウムイオン透過性が低下して放電容量が低下する可能性があるからである。含硫黄化合物の重量比率のより好ましい範囲は0.1〜8重量%であり、更に好ましい範囲は0.5〜5重量%である。   The concentration of the sulfur-containing compound contained in the non-aqueous electrolyte of the secondary battery after assembly is preferably within the range of 0.1 to 10% by weight with respect to the total weight of the non-aqueous electrolyte. This is because if the concentration of the sulfur-containing compound is more than 10% by weight, the lithium ion permeability of the protective film on the surface of the positive electrode and the negative electrode may be reduced, and the discharge capacity may be reduced. A more preferable range of the weight ratio of the sulfur-containing compound is 0.1 to 8% by weight, and a further preferable range is 0.5 to 5% by weight.

本発明は、薄型、角形、円筒形あるいはコイン型等の様々な形態の非水電解質二次電池に適用可能である。このうちの薄型非水電解質二次電池の一例を図1〜図2を参照して説明する。   The present invention can be applied to various forms of nonaqueous electrolyte secondary batteries such as thin, rectangular, cylindrical, or coin-type. An example of the thin non-aqueous electrolyte secondary battery will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、矩形のカップ状をなす容器本体1内には、電極群2が収納されている。電極群2は、正極3と、負極4と、正極3と負極4の間に配置されるセパレータ5を含む積層物が偏平形状に捲回された構造を有する。非水電解質は、電極群2に保持されている。蓋体6は、容器本体1に一体化されている。容器本体1と蓋板6は、それぞれ、ラミネートフィルムから構成される。このラミネートフィルムは、外部保護層としての樹脂層7と、内部保護層としての熱可塑性樹脂層8と、樹脂層7と熱可塑性樹脂層8の間に配置される金属層9とを含む。容器本体1には蓋体6が熱可塑性樹脂層8を用いてヒートシールによって固定され、それにより容器内に電極群2が密封される。正極3には正極タブ10が接続され、負極4には負極タブ11が接続され、それぞれ容器の外部に引き出されて、正極端子及び負極端子の役割を果たす。   As shown in FIG. 1, an electrode group 2 is accommodated in a container body 1 having a rectangular cup shape. The electrode group 2 has a structure in which a laminate including a positive electrode 3, a negative electrode 4, and a separator 5 disposed between the positive electrode 3 and the negative electrode 4 is wound into a flat shape. The nonaqueous electrolyte is held in the electrode group 2. The lid 6 is integrated with the container body 1. The container body 1 and the cover plate 6 are each composed of a laminate film. This laminate film includes a resin layer 7 as an external protective layer, a thermoplastic resin layer 8 as an internal protective layer, and a metal layer 9 disposed between the resin layer 7 and the thermoplastic resin layer 8. A lid 6 is fixed to the container main body 1 by heat sealing using a thermoplastic resin layer 8, whereby the electrode group 2 is sealed in the container. A positive electrode tab 10 is connected to the positive electrode 3, and a negative electrode tab 11 is connected to the negative electrode 4, and each is pulled out of the container and serves as a positive electrode terminal and a negative electrode terminal.

[実施例]
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
[Example]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施例1)
<正極の作製>
金属コバルトを硝酸水溶液に溶解させた後、この水溶液に攪拌しながら水酸化ナトリウム水溶液を徐々に添加することにより水酸化コバルトの沈殿を生じさせ、フレーク状粒子の凝集体を得た。これを濾過して沈殿物を回収し、水洗を繰り返してpHが安定したところで乾燥することにより、フレーク状のCo(OH)2一次粒子からなる平均粒径が10μmの二次凝集粒子を得た。この凝集粒子を大気雰囲気中で600℃で焼成することによりCo(OH)2をCo34に酸化させた。得られた酸化物と炭酸リチウム粉末とをCo:Liが1:1の比率で混合し、大気雰囲気中で850℃で焼成することにより、LiCoO2一次粒子からなる二次凝集粒子を正極活物質として得た。この正極活物質の50%累積頻度粒径D50、90%累積頻度粒径D90、BET法による比表面積、及び一次粒子の平均最大粒径L1maxを下記表1,表2に示す。
Example 1
<Preparation of positive electrode>
After dissolving metallic cobalt in an aqueous nitric acid solution, an aqueous sodium hydroxide solution was gradually added to the aqueous solution while stirring to cause precipitation of cobalt hydroxide, thereby obtaining an aggregate of flaky particles. The precipitate was collected by filtration, and washed repeatedly with water to dry when the pH was stable, thereby obtaining secondary aggregated particles having an average particle size of 10 μm consisting of flaky Co (OH) 2 primary particles. . The agglomerated particles were fired at 600 ° C. in an air atmosphere to oxidize Co (OH) 2 to Co 3 O 4 . The obtained oxide and lithium carbonate powder are mixed at a ratio of 1: 1 of Co: Li and fired at 850 ° C. in an air atmosphere, whereby secondary aggregated particles made of LiCoO 2 primary particles are converted into a positive electrode active material. Got as. Tables 1 and 2 below show the 50% cumulative frequency particle size D50, the 90% cumulative frequency particle size D90, the specific surface area by the BET method, and the average maximum particle size L 1max of the primary particles of this positive electrode active material.

上記正極活物質90重量%に、アセチレンブラック5重量%と、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液とを加えて混合し、スラリーを調製した。前記スラリーを厚さが15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した後、乾燥し、プレスすることにより、正極層が集電体の両面に担持された構造の正極を作製した。なお、正極層の厚さは、片面当り60μmであった。   A slurry was prepared by adding 5% by weight of acetylene black and 5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to 90% by weight of the positive electrode active material. The slurry was applied to both sides of a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, then dried and pressed to produce a positive electrode having a structure in which the positive electrode layer was supported on both sides of the current collector. The thickness of the positive electrode layer was 60 μm per side.

<負極の作製>
天然黒鉛を粉砕し、ベンゼン/N2気流下1000℃で化学蒸着処理により表面を非晶質炭素で被覆した黒鉛質材料の粉末を95重量%と、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%のジメチルフォルムアミド(DMF)溶液とを混合し、スラリーを調製した。前記スラリーを厚さが12μmの銅箔からなる集電体の両面に塗布し、乾燥し、プレスすることにより、負極層が集電体に担持された構造の負極を作製した。なお、負極層の厚さは、片面当り55μmであった。
<Production of negative electrode>
95% by weight of a graphite material powder whose surface is coated with amorphous carbon by chemical vapor deposition at 1000 ° C. in a benzene / N 2 stream under a benzene / N 2 gas stream and 5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) dimethyl A slurry was prepared by mixing with a formamide (DMF) solution. The slurry was applied to both surfaces of a current collector made of a copper foil having a thickness of 12 μm, dried, and pressed to prepare a negative electrode having a structure in which the negative electrode layer was supported on the current collector. The thickness of the negative electrode layer was 55 μm per side.

なお、上記黒鉛質材料の(002)面の面間隔d002は、上記と同じ条件で測定したX線回折(XRD)により半値幅中点法で求めたところ、0.3356nmであった。この測定の際、ローレンツ散乱等の散乱補正は行わなかった。 The surface spacing d 002 of (002) plane of the graphite material was determined by the half-width mid-point method by the X-ray diffraction was measured under the same conditions (XRD), was 0.3356 nm. During this measurement, scattering correction such as Lorentz scattering was not performed.

<セパレータ>
厚さが25μm、多孔度45%の微多孔性ポリエチレン膜からなるセパレータを用意した。
<Separator>
A separator made of a microporous polyethylene film having a thickness of 25 μm and a porosity of 45% was prepared.

<電極群の作製>
正極の集電体に帯状アルミニウム箔(厚さ100μm)からなる正極リードを超音波溶接し、負極の集電体に帯状ニッケル箔(厚さ100μm)からなる負極リードを超音波溶接した後、正極及び負極をその間にセパレータを介して渦巻き状に捲回し、電極群を作製した。この電極群を加熱しながらプレス機で加圧することにより、偏平状に成形した。
<Production of electrode group>
A positive electrode lead made of a strip-shaped aluminum foil (thickness: 100 μm) is ultrasonically welded to the positive electrode current collector, and a negative electrode lead made of a strip-shaped nickel foil (thickness: 100 μm) is ultrasonically welded to the negative electrode current collector. And the negative electrode was spirally wound through the separator in the meantime, and the electrode group was produced. The electrode group was formed into a flat shape by applying pressure with a press while heating.

アルミニウム箔の両面をポリエチレンで覆った厚さ100μmのラミネートフィルムを、プレス機により矩形のカップ状に成形し、得られた容器内に電極群を収納した。   A laminate film having a thickness of 100 μm in which both surfaces of an aluminum foil were covered with polyethylene was formed into a rectangular cup shape by a press, and the electrode group was housed in the obtained container.

次いで、容器内の電極群に80℃で真空乾燥を12時間施すことにより電極群及びラミネートフィルムに含まれる水分を除去した。   Next, the electrode group in the container was vacuum dried at 80 ° C. for 12 hours to remove moisture contained in the electrode group and the laminate film.

<液状非水電解質の調製>
エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)を、体積比率(EC:MEC)が33.3:66.7になるように混合して非水溶媒を調製した。得られた非水溶媒に3−ヒドロキシ−1−プロペンスルホン酸−γ−スルトン(PRS)を添加し、さらに六フッ化リン酸リチウム(LiPF)をその濃度が1.0モル/Lになるように溶解させて、液状非水電解質(非水電解液)を調製した。得られた非水電解質中のPRS含有量(重量%)を下記表1に示す。
<Preparation of liquid nonaqueous electrolyte>
A nonaqueous solvent was prepared by mixing ethylene carbonate (EC) and methyl ethyl carbonate (MEC) so that the volume ratio (EC: MEC) was 33.3: 66.7. 3-hydroxy-1-propenesulfonic acid-γ-sultone (PRS) is added to the obtained non-aqueous solvent, and the concentration of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is 1.0 mol / L. Thus, a liquid non-aqueous electrolyte (non-aqueous electrolyte) was prepared. The PRS content (% by weight) in the obtained nonaqueous electrolyte is shown in Table 1 below.

容器内の電極群に非水電解液を電池容量1Ah当たりの量が4.5gとなるように注入し、ヒートシールにより封止し、前述した図1、2に示す構造を有し、厚さが3.6mm、幅が35mm、高さが62mmで、公称容量が0.7Ahの非水電解質二次電池を組み立てた。   A non-aqueous electrolyte is injected into the electrode group in the container so that the amount per battery capacity of 1 Ah is 4.5 g, sealed by heat sealing, and has the structure shown in FIGS. Was a non-aqueous electrolyte secondary battery having a nominal capacity of 0.7 Ah.

この非水電解質二次電池に対し、24時間放置処理を行なった後、初充電として室温(20℃)で0.2Cで4.2Vまで定電流・定電圧充電を15時間行った。ひきつづき、充電状態のまま45℃で4時間エージング処理を施した後、室温で0.2Cで3.0Vまで放電した。   This non-aqueous electrolyte secondary battery was left for 24 hours and then charged at a constant current / constant voltage up to 4.2 V at 0.2 C at room temperature (20 ° C.) for 15 hours as an initial charge. Subsequently, after aging treatment was performed at 45 ° C. for 4 hours in a charged state, the battery was discharged to 3.0 V at 0.2 C at room temperature.

最初の放電が済んだ非水電解質二次電池について、放電状態の正極表面の元素存在比をX線光電子分光法(XPS)によって測定したとき、コバルトに対する硫黄の存在比(原子数%)は23原子数%であった。   When the element abundance ratio of the surface of the positive electrode in the discharged state was measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) for the non-aqueous electrolyte secondary battery after the first discharge, the abundance ratio of sulfur to cobalt (atomic%) was 23. The number of atoms was%.

ここで、元素存在比を測定する具体的な方法は以下の通りである。先ず、非水電解質二次電池を室温で0.2Cで3.0Vまで放電した状態で、露点約−70℃のアルゴングローブボックス中に入れ、非水電解質二次電池を解体して正極の一部(1cm角程度)を取出す。取出した正極をエチルメチルカーボネートで洗浄し、減圧乾燥することによって、付着している非水電解質(非水溶媒、副成分、電解質)を除去する。この正極をアルゴン雰囲気に封入したまま、XPS測定装置(SCIENTA製ESCA300)に入れ、単色化AlKα線を線源とするX線により、光電子検出角90度でX線光電子スペクトルを得た。硫黄とコバルトの存在比は、このX線光電子スペクトルにおいて、束縛エネルギー170eV付近に現れるS2pに帰属するピークと、束縛エネルギー780eV付近に現れるCo2pに帰属するピーク面積の比から求めた。なお、ピーク面積比から各元素の存在比を求める際、各ピークの相対感度係数の補正を行い、元素による検出深度の違いは考慮していない。 Here, a specific method for measuring the element abundance ratio is as follows. First, in a state where the nonaqueous electrolyte secondary battery is discharged at room temperature to 0.2 V at 0.2 C, it is placed in an argon glove box having a dew point of about −70 ° C., and the nonaqueous electrolyte secondary battery is disassembled to form a positive electrode. A part (about 1 cm square) is taken out. The taken out positive electrode is washed with ethyl methyl carbonate and dried under reduced pressure to remove the adhering non-aqueous electrolyte (non-aqueous solvent, subcomponent, electrolyte). With this positive electrode sealed in an argon atmosphere, it was placed in an XPS measuring apparatus (ESCA300 manufactured by SCIENTA), and an X-ray photoelectron spectrum was obtained with a photoelectron detection angle of 90 degrees by X-rays using monochromatic AlKα rays as a radiation source. In this X-ray photoelectron spectrum, the abundance ratio of sulfur and cobalt was determined from the ratio of the peak attributed to S 2p appearing near a binding energy of 170 eV and the peak area attributed to Co 2p appearing near a binding energy of 780 eV. In addition, when calculating | requiring the abundance ratio of each element from peak area ratio, the relative sensitivity coefficient of each peak is correct | amended and the difference in the detection depth by an element is not considered.

(実施例2〜53)
非水電解質の組成、正極活物質(組成、D50、D90、BET法による比表面積、及び一次粒子の平均最大粒径L1max)、XPSによる正極表面のコバルトに対する硫黄の存在比を下記表1〜表6に示すようにすること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様な構成の非水電解質二次電池を製造した。なお、表1におけるGBLはγ−ブチロラクトン、PCはプロピレンカーボネート、DECはジエチルカーボネート、DMCはジメチルカーボネート、BTSは、4−ヒドロキシ−1−ブチレンスルホン酸−γ−スルトン、PSはプロパンスルトン、VCはビニレンカーボネートである。
(Examples 2 to 53)
The composition of the nonaqueous electrolyte, the positive electrode active material (composition, D50, D90, specific surface area by BET method, and average maximum particle size L 1max of primary particles), and the abundance ratio of sulfur to cobalt on the positive electrode surface by XPS are shown in Tables 1 to 3 below. A nonaqueous electrolyte secondary battery having the same configuration as that described in Example 1 was manufactured except that the conditions shown in Table 6 were used. In Table 1, GBL is γ-butyrolactone, PC is propylene carbonate, DEC is diethyl carbonate, DMC is dimethyl carbonate, BTS is 4-hydroxy-1-butylenesulfonic acid-γ-sultone, PS is propane sultone, and VC is Vinylene carbonate.

実施例46〜47の正極活物質は、金属コバルトを硝酸水溶液に溶解させる代わりにコバルトとニッケルを0.95:0.05のモル比で硝酸水溶液に溶解させること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様にして合成したものである。   The positive electrode active materials of Examples 46 to 47 were the same as those in Example 1 described above except that cobalt and nickel were dissolved in an aqueous nitric acid solution at a molar ratio of 0.95: 0.05 instead of dissolving metallic cobalt in the aqueous nitric acid solution. It was synthesized in the same manner as described in.

実施例48〜53の正極活物質は、前述した実施例1で説明したのと同様なD50、D90、BET法による比表面積及び一次粒子の平均最大粒径L1maxを有するLiCoO2粒子と、LiNiO2粒子とが表6に示す混合比(重量%)で混合された混合物である。 The positive electrode active materials of Examples 48 to 53 include LiCoO 2 particles having the same specific surface area by D50, D90, BET method and average maximum particle size L 1max of primary particles as described in Example 1 above, and LiNiO It is a mixture in which 2 particles are mixed at a mixing ratio (% by weight) shown in Table 6.

(比較例1〜8)
非水電解質の組成、正極活物質(組成、D50、D90、BET法による比表面積、及び一次粒子の平均最大粒径L1max)、XPSによる正極表面のコバルトに対する硫黄の存在比を下記表5〜表6に示すようにすること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様な構成の非水電解質二次電池を製造した。
(Comparative Examples 1-8)
The composition of the nonaqueous electrolyte, the positive electrode active material (composition, D50, D90, specific surface area by BET method, and average maximum particle size L 1max of primary particles), and the abundance ratio of sulfur to cobalt on the positive electrode surface by XPS are shown in Tables 5 to 5 below. A non-aqueous electrolyte secondary battery having the same configuration as that described in Example 1 was manufactured except as shown in Table 6.

なお、比較例5,6の正極活物質には、LiCoO2一次粒子からなる単粒子を使用した。 Note that the positive electrode active material of Comparative Example 5 and 6 were used single particles composed of LiCoO 2 primary particles.

得られた実施例1〜53及び比較例1〜8の非水電解質二次電池について、0.2C放電容量と500サイクル後の放電容量維持率の評価を行った。   About the obtained nonaqueous electrolyte secondary battery of Examples 1-53 and Comparative Examples 1-8, 0.2C discharge capacity and the discharge capacity maintenance factor after 500 cycles were evaluated.

室温で充電電流1Cで4.2Vまで定電流・定電圧充電を3時間行い、その後、室温で0.2Cで3.0Vまで放電する充放電サイクルを1サイクル行い、0.2C放電容量とする。その後、室温で充電電流1Cで4.2Vまで定電流・定電圧充電を3時間行い、その後、室温で1.0Cで3.0Vまで放電する充放電サイクルを500サイクル繰り返し、500サイクル目の放電容量を測定した。500サイクルのうちの1サイクル目の放電容量を100%として500サイクル時の容量維持率を算出し、その結果を下記表1〜6に示す。   A constant current / constant voltage charge is performed for 3 hours at room temperature with a charge current of 1C to 4.2V, and then a charge / discharge cycle of discharging at 0.2C to 3.0V at room temperature is performed for a 0.2C discharge capacity. . Thereafter, constant current / constant voltage charging is performed for 3 hours at a charging current of 1 C to 4.2 V at room temperature, and then a charging and discharging cycle for discharging to 1.0 V at 1.0 C at room temperature is repeated 500 cycles, and the 500th cycle discharging. The capacity was measured. The capacity maintenance rate at the 500th cycle was calculated with the discharge capacity at the first cycle of the 500 cycles as 100%, and the results are shown in Tables 1 to 6 below.

また、正極活物質の50%累積頻度粒径D50、90%累積頻度粒径D90、比表面積、一次粒子と二次粒子の平均最大粒径の測定方法は以下の通りである。   The method for measuring the 50% cumulative frequency particle size D50, 90% cumulative frequency particle size D90, specific surface area, and average maximum particle size of primary particles and secondary particles of the positive electrode active material is as follows.

<正極活物質のメジアン径の測定>
正極活物質0.5gを100ml水中で撹拌を行った後、超音波分散を100W−3minの条件で行った。その後、LEEDS&NORTHRUP社製MICROTRACIIPARTICLE−ANALYZER TYPE7997−10を使用して50%累積頻度粒径D50及び90%累積頻度粒径D90を測定した。ここで、50%累積頻度粒径D50とは、マイクロトラック法で粒度分布を測定し、粒径が小さい粒子からその体積を積算して50%に達した粒子の粒径を示す。なお、積算体積が90%に達した粒子の粒径が90%累積頻度粒径D90である。
<Measurement of median diameter of positive electrode active material>
After stirring 0.5 g of the positive electrode active material in 100 ml of water, ultrasonic dispersion was performed under the condition of 100 W-3 min. Then, 50% cumulative frequency particle size D50 and 90% cumulative frequency particle size D90 were measured using LEEDS & NORTHRUP MICROTRAC II PATICLE-ANALYZER TYPE 7997-10. Here, the 50% cumulative frequency particle size D50 indicates the particle size of particles that have reached 50% by measuring the particle size distribution by the microtrack method and integrating the volume from particles having a small particle size. The particle diameter of the particles whose accumulated volume reaches 90% is 90% cumulative frequency particle diameter D90.

<正極活物質のBET法による比表面積の測定>
カンタクロム社の比表面積計カンタソーブQS−20を使用し、測定用セルに3gの正極活物質を充填し、120℃で20分真空脱気した後、BET1点法にて比表面積を測定した。
<Measurement of specific surface area of positive electrode active material by BET method>
Using a specific surface area meter, Kantasorb QS-20, manufactured by Kantachrome Co., Ltd., 3 g of the positive electrode active material was filled in the measurement cell, vacuum degassed at 120 ° C. for 20 minutes, and then the specific surface area was measured by the BET 1-point method.

<一次粒子と二次粒子の平均最大粒径の測定>
正極の任意の断面について、走査型電子顕微鏡写真を倍率2000倍で3視野撮影した。3視野の走査型電子顕微鏡写真それぞれについて、全輪郭が観察可能である二次粒子像(二次粒子の二次元的な像)を10個ずつランダムに選出した。選出した合計30個の二次粒子について最大粒径をそれぞれ測定し、これらの平均値を求めることにより平均最大粒径L2maxを算出した。また、各二次粒子について全輪郭が観察可能である一次粒子の最大粒径を測定し、これらの平均値を求めることにより平均最大粒径L1maxを算出した。得られたL1maxをL2maxで表わした。

Figure 2006156021
<Measurement of average maximum particle size of primary particles and secondary particles>
A scanning electron micrograph of an arbitrary cross section of the positive electrode was photographed at 3 magnifications at a magnification of 2000 times. Ten secondary particle images (two-dimensional images of secondary particles) in which the entire contour is observable were randomly selected for each of the three fields of scanning electron micrographs. The average maximum particle size L 2 max was calculated by measuring the maximum particle size of a total of 30 selected secondary particles and calculating the average value of these. Further, the maximum particle size of the primary particles full contour are observable was determined for each secondary particles was calculated an average maximum particle diameter L 1 max by calculating the average of these values. The obtained L 1 max was expressed as L 2 max.
Figure 2006156021

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表1〜6から明らかなように、実施例1〜53の二次電池は、0.2C放電容量と、500サイクル後の1C放電容量維持率の双方に優れていることが分かる。   As is clear from Tables 1 to 6, it can be seen that the secondary batteries of Examples 1 to 53 are excellent in both the 0.2C discharge capacity and the 1C discharge capacity retention rate after 500 cycles.

非水溶媒組成については、実施例1〜5の比較により、EC及びPCを含む非水溶媒を使用した実施例3の放電容量維持率が最も高く、EC及びPCを含む非水溶媒の使用が充放電サイクル寿命を向上させるのに有利であることがわかる。   As for the non-aqueous solvent composition, the discharge capacity maintenance rate of Example 3 using the non-aqueous solvent containing EC and PC is the highest by comparison of Examples 1 to 5, and the use of the non-aqueous solvent containing EC and PC is the highest. It turns out that it is advantageous in improving the charge / discharge cycle life.

含硫黄化合物については、実施例1,3と実施例21,22の比較から、不飽和炭化水素基を有する環状スルホン酸エステルを使用した実施例1,3の二次電池は、飽和炭化水素基を有する環状スルホン酸エステルを使用した実施例21,22に比較して放電容量維持率が高くなることがわかる。また、実施例1〜3と実施例6〜8を比較すると、PRSを使用した実施例1〜3の二次電池がBTSを使用した実施例6〜8の二次電池よりも放電容量維持率が高く、不飽和炭化水素基を有する環状スルホン酸エステルの中でもPRSが好ましいことがわかる。   Regarding the sulfur-containing compound, from the comparison between Examples 1 and 3 and Examples 21 and 22, the secondary batteries of Examples 1 and 3 using the cyclic sulfonic acid ester having an unsaturated hydrocarbon group are saturated hydrocarbon groups. It can be seen that the discharge capacity retention rate is higher than in Examples 21 and 22 using cyclic sulfonic acid esters having the above. Moreover, when Examples 1-3 are compared with Examples 6-8, the secondary battery of Examples 1-3 using PRS is a discharge capacity maintenance factor rather than the secondary battery of Examples 6-8 using BTS. It can be seen that PRS is preferable among the cyclic sulfonic acid esters having an unsaturated hydrocarbon group.

一次粒子の平均最大粒径L1maxについては、実施例1,9,13,15,17の比較から、0.2以上、0.4以下の実施例1,13,15の二次電池の放電容量維持率が、0.2未満の実施例9及び0.4を超える実施例17よりも高いことがわかる。同様な傾向が実施例3,10,14,16,18の比較からも得られた。よって、充放電サイクル寿命を向上させるためには、L1maxを0.2以上、0.4以下にすることが望ましい。 Regarding the average maximum particle size L 1max of the primary particles, from the comparison of Examples 1, 9, 13, 15, and 17, the discharge of the secondary batteries of Examples 1, 13, and 15 of 0.2 or more and 0.4 or less was performed. It can be seen that the capacity retention rate is higher than Example 9 of less than 0.2 and Example 17 of greater than 0.4. A similar trend was obtained from the comparison of Examples 3, 10, 14, 16, and 18. Therefore, in order to improve the charge / discharge cycle life, it is desirable to set L 1max to 0.2 or more and 0.4 or less.

正極活物質のD90については、実施例29,31,33,35,37,39の比較により、D90の下限値を15μm(実施例29)、20μm(実施例31)、25μm(実施例33)と大きくしてゆくに従って放電容量維持率が高くなることと、D90の上限値を40μm(実施例39)、35μm(実施例37)、30μm(実施例35)と小さくしてゆくに従って放電容量維持率が高くなることが理解できる。同様な傾向を、実施例30,32,34,36,38及び40の比較からも確認することができた。   Regarding D90 of the positive electrode active material, the lower limit of D90 is 15 μm (Example 29), 20 μm (Example 31), and 25 μm (Example 33) by comparing Examples 29, 31, 33, 35, 37, and 39. As the discharge capacity maintenance ratio increases, the upper limit value of D90 increases to 40 μm (Example 39), 35 μm (Example 37), and 30 μm (Example 35). It can be understood that the rate is high. A similar tendency could be confirmed from the comparison of Examples 30, 32, 34, 36, 38 and 40.

XPSによる正極表面のコバルトに対する硫黄の存在比については、実施例1,41〜45の比較により、8〜50原子%の範囲内である実施例1,42〜44の二次電池が、8原子%未満の実施例41と50原子%を超える実施例45の二次電池に比較して、高い放電容量維持率が得られ、8〜50原子%の範囲が好ましいことを確認できた。   Regarding the abundance ratio of sulfur to cobalt on the positive electrode surface by XPS, the secondary batteries of Examples 1, 42 to 44, which are in the range of 8 to 50 atomic%, are 8 atoms in comparison with Examples 1 and 41 to 45. Compared with the secondary battery of Example 41 less than% and Example 45 exceeding 50 atomic%, a high discharge capacity retention rate was obtained, and it was confirmed that the range of 8 to 50 atomic% was preferable.

また、正極活物質の組成については、実施例1,46,47の比較から、前述した(1)式(LiaCoM12)のようにCoの一部を他の元素で置換した系においても、高い放電容量維持率を得られることがわかる。 As for the composition of the positive electrode active material, a comparison of Examples 1, 46 and 47 shows that a part of Co is substituted with another element as in the above-described formula (1) (Li a Co b M1 c O 2 ). It can be seen that a high discharge capacity retention ratio can be obtained even in the above system.

リチウムコバルト含有複合酸化物と他の正極活物質との混合系においては、実施例48,50,52を比較すると、リチウムコバルト含有複合酸化物の混合比率が50〜80重量%の実施例48,50の二次電池の放電容量維持率が、混合比率が50重量%未満の実施例52に比して高いことが理解できる。同様な傾向が実施例49,51,53の比較からもわかり、これらの結果から、混合比率は50〜80重量%の範囲が望ましい。   In the mixed system of the lithium cobalt-containing composite oxide and other positive electrode active materials, when Examples 48, 50, and 52 are compared, Example 48, in which the mixing ratio of the lithium cobalt-containing composite oxide is 50 to 80% by weight. It can be understood that the discharge capacity retention rate of 50 secondary batteries is higher than that of Example 52 in which the mixing ratio is less than 50% by weight. A similar tendency can be seen from the comparison of Examples 49, 51 and 53. From these results, the mixing ratio is preferably in the range of 50 to 80% by weight.

一方、正極表面に硫黄が存在するものの、L1maxが0.1〜0.5の範囲を外れ、D50が7〜13μmの範囲を外れ、さらにD90についても15〜40μmの範囲を外れている比較例1〜8の二次電池では、0.2C放電容量と放電容量維持率の双方が実施例1〜53に比較して小さかった。 On the other hand, although there is sulfur on the positive electrode surface, L 1max is out of the range of 0.1 to 0.5, D50 is out of the range of 7 to 13 μm, and D90 is out of the range of 15 to 40 μm. In the secondary batteries of Examples 1 to 8, both the 0.2C discharge capacity and the discharge capacity retention rate were smaller than those of Examples 1 to 53.

なお、上記実施例の二次電池について、最初の放電後、2〜3サイクル充放電を行なった後、正極表面のXPSによる元素存在比を前述した実施例1で説明したのと同様にして行なったところ、前述した表1〜6で示したのと同様な結果が得られた。   In addition, about the secondary battery of the said Example, after carrying out 2 to 3 cycle charging / discharging after an initial discharge, it carries out similarly to having demonstrated the element abundance ratio by XPS on the surface of a positive electrode similarly to Example 1 mentioned above. As a result, the same results as those shown in Tables 1 to 6 were obtained.

本発明は、上記の実施例に止まるものではなく、他の種類の正極・負極・セパレータ・容器の組合わせにおいても同様に適用可能である。また、上記の実施例のようなラミネートフィルムから容器を形成した非水電解質二次電池以外にも、円筒形や角形の容器を有する二次電池においても本発明は適用可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be similarly applied to other types of combinations of positive electrode, negative electrode, separator, and container. In addition to the non-aqueous electrolyte secondary battery in which the container is formed from the laminated film as in the above-described embodiment, the present invention can be applied to a secondary battery having a cylindrical or rectangular container.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

本発明に係わる非水電解質二次電池は、例えば、移動体通信機、ノートブック型パソコン、パームトップ型パソコン、一体型ビデオカメラ、ポータブルCD(MD)プレーヤー、コードレス電話等の電子機器の、安全に使用可能な電源として利用できる。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention can be used for safety of electronic devices such as mobile communication devices, notebook computers, palmtop computers, integrated video cameras, portable CD (MD) players, and cordless phones. Available as a usable power source.

本発明に係わる非水電解質二次電池の一実施形態である薄型非水電解質二次電池を示す斜視図。The perspective view which shows the thin nonaqueous electrolyte secondary battery which is one Embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery concerning this invention. 図1の薄型非水電解質二次電池をII−II線に沿って切断した部分断面図。The fragmentary sectional view which cut | disconnected the thin nonaqueous electrolyte secondary battery of FIG. 1 along the II-II line.

符号の説明Explanation of symbols

1…容器本体、2…電極群、3…正極、4…負極、5…セパレータ、6…蓋板、7…外部保護層、8…内部保護層、9…金属層、10…正極タブ、11…負極タブ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Container body, 2 ... Electrode group, 3 ... Positive electrode, 4 ... Negative electrode, 5 ... Separator, 6 ... Cover plate, 7 ... External protective layer, 8 ... Internal protective layer, 9 ... Metal layer, 10 ... Positive electrode tab, 11 ... negative electrode tab.

Claims (4)

正極活物質を含む正極と、負極と、非水電解質とを具備した非水電解質二次電池であって、
前記正極活物質は、リチウムコバルト含有複合酸化物一次粒子が凝集した二次粒子を含み、その二次粒子の平均最大粒径をL2maxとした際に前記一次粒子の平均最大粒径L1maxが0.1×L2max≦L1max≦0.5×L2maxの範囲にあり、
前記正極の表面に硫黄が存在していることを特徴とする非水電解質二次電池。
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The positive electrode active material includes secondary particles in which primary particles of lithium cobalt-containing composite oxide are aggregated, and when the average maximum particle size of the secondary particles is L 2max , the average maximum particle size L 1max of the primary particles is 0.1 × L 2max ≦ L 1max ≦ 0.5 × L 2max
A non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein sulfur is present on the surface of the positive electrode.
正極活物質を含む正極と、負極と、非水電解質とを具備した非水電解質二次電池であって、
前記正極活物質は、リチウムコバルト含有複合酸化物一次粒子が凝集した二次粒子を含み、50%累積頻度粒径D50が7μm以上、13μm以下で、90%累積頻度粒径D90が15μm以上、40μm以下で、かつBET法による比表面積が0.2m2/g以上、0.4m2/g以下であり、
前記正極の表面に硫黄が存在していることを特徴とする非水電解質二次電池。
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The positive electrode active material includes secondary particles in which primary particles of lithium cobalt-containing composite oxide are aggregated, 50% cumulative frequency particle size D50 is 7 μm or more and 13 μm or less, 90% cumulative frequency particle size D90 is 15 μm or more, 40 μm. The specific surface area by the BET method is 0.2 m 2 / g or more and 0.4 m 2 / g or less,
A non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein sulfur is present on the surface of the positive electrode.
前記正極は、放電状態においてX線光電子分光法により測定した正極表面におけるコバルト原子数を100原子数%とした際の硫黄の原子数%が、5原子数%以上、100原子数%以下であることを特徴とする請求項1または2記載の非水電解質二次電池。   In the positive electrode, the atomic% of sulfur is 5 atomic% or more and 100 atomic% or less when the number of cobalt atoms on the positive electrode surface measured by X-ray photoelectron spectroscopy in the discharged state is 100 atomic%. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2. 前記非水電解質は、不飽和炭化水素基を有する環状スルホン酸エステルを含むことを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載の非水電解質二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the non-aqueous electrolyte includes a cyclic sulfonic acid ester having an unsaturated hydrocarbon group.
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