JP2006261059A - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high overcharge resistance performance and high heating resistance performance, and suppressing swelling of battery caused by oxidative degradation by an additive such as cyclohexylbenzene at continuous overcharging or high-voltage charging. <P>SOLUTION: The non-aqueous electrolyte secondary battery comprises: an electrode wound body formed by laminating and further, winding a positive electrode, a negative electrode, and two kinds of separators; and a non-aqueous electrolytic solution. Cyclohexylbenzene (CHB), biphenyl (BP), and fluorobenzene (FB) are added to the non-aqueous electrolytic solution and the added quantity of these is established at CHB: 0.5-3.5 wt%, BP: 0.1-0.5 wt%, FB: 1.0-6.0 wt% respectively. In this case, it is desirable that a first separator having an air permeability of 400 sec/100 cm<SP>3</SP>or less is used at the outer periphery side of the negative electrode, and a second separator having a heat contraction coefficient of 30% in TD direction at 150°C and 3 hours maintenance is used at the inner periphery side of the negative electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

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

現在、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池においては、高容量化に向けた研究・開発が盛んに行われており、その一つの手段として、異種のセパレータを使用した積層タイプの正負極が袋状に収納された例が提案されており( 特許文献1) 、また異種の融点の異なるセパレータを用いた多層構造のセパレータが提案されている( 特許文献2および3) 。これらのセパレータには、一般に、積層タイプの正負極が直接接触することによって生じる短絡を防止するという本来の機能に加えて、過充電や外部短絡などにより電池の温度が上昇したときに、セパレータ自身が溶融して当該セパレータにおける細孔を塞ぐことによって両極板の電気的接触を防止する、いわゆるシャットダウン機能(ヒューズ機能)が付与されている。   Currently, non-aqueous electrolyte secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries are actively researched and developed for higher capacity, and one of the means is the lamination using different types of separators. An example in which a positive and negative electrode of a type is housed in a bag shape has been proposed (Patent Document 1), and a separator having a multilayer structure using different types of separators having different melting points has been proposed (Patent Documents 2 and 3). In addition to the original function of preventing a short circuit caused by direct contact between the laminated type positive and negative electrodes, these separators generally have a separator itself when the temperature of the battery rises due to overcharge or an external short circuit. A so-called shutdown function (fuse function) that prevents electrical contact between the bipolar plates by melting and closing the pores in the separator is provided.

ところが、この種のシャットダウン機能を有するセパレータを用いた非水電解質二次電池においても、その異常加熱時に電池の熱暴走を防止するセパレータが、過充電時に電池の熱暴走を引き起こす場合がある。また、過充電時に電池の熱暴走を防止するセパレータが、電池の異常加熱時にその熱暴走を防止できない場合もある。   However, even in a non-aqueous electrolyte secondary battery using a separator having this type of shutdown function, a separator that prevents thermal runaway of the battery during abnormal heating may cause thermal runaway of the battery during overcharge. Further, a separator that prevents thermal runaway of a battery during overcharging may not be able to prevent the thermal runaway during abnormal heating of the battery.

このような問題、つまり電池の異常加熱時や過充電時に熱暴走をセパレータによって効果的に防止することができないという問題については、本願発明者らは、特願2003−320428号において、その解決手段を提案した。これは、正極と、負極と、2種類のセパレータとが積層され、さらに巻回されて形成された電極巻回体と、非水電解液とを含む非水電解質二次電池において、負極の外周側に透気度が400sec /100cm3 以下の第1のセパレータを配置し、かつ負極の内周側に幅手方向( 以下TD方向という) の熱収縮率が30%以下の第2のセパレータを配置するというものである。これによれば、電池が過充電状態に陥った際、および異常加熱された際のいずれにおいても、セパレータのシャットダウン機能が働く結果、電池の熱暴走を効果的に防止できる。 Regarding such a problem, that is, the problem that the thermal runaway cannot be effectively prevented by the separator at the time of abnormal heating or overcharging of the battery, the inventors of the present application disclosed in Japanese Patent Application No. 2003-320428. Proposed. This is a nonaqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and two types of separators laminated and wound to form a non-aqueous electrolyte, and a non-aqueous electrolyte secondary battery. A first separator having an air permeability of 400 sec / 100 cm 3 or less is disposed on the side, and a second separator having a heat shrinkage in the width direction (hereinafter referred to as TD direction) of 30% or less is disposed on the inner peripheral side of the negative electrode. It is to arrange. According to this, when the battery falls into an overcharged state or abnormally heated, as a result of the shutdown function of the separator, it is possible to effectively prevent thermal runaway of the battery.

一方、この種の非水電解質二次電池においては、電池特性の改善のために非水電解液に所定の物質を添加することも行われている。このような物質(添加剤)として、例えば、過充電時の安全性改善のために添加されるシクロヘキシルベンゼン(CHB)が公知である(特許文献4)。炭素材料を負極に用いた非水電解質二次電池の非水電解液にシクロヘキシルベンゼンを添加しておくと、負極と電解液との反応により、負極表面に所定の皮膜が形成され、その結果、短絡部位の発熱等により電池が高温になったときに負極と電解液との急速な反応が抑えられて、電池の熱暴走が回避される。   On the other hand, in this type of non-aqueous electrolyte secondary battery, a predetermined substance is also added to the non-aqueous electrolyte in order to improve battery characteristics. As such a substance (additive), for example, cyclohexylbenzene (CHB) added for improving safety during overcharge is known (Patent Document 4). When cyclohexylbenzene is added to the non-aqueous electrolyte of a non-aqueous electrolyte secondary battery using a carbon material for the negative electrode, a predetermined film is formed on the negative electrode surface due to the reaction between the negative electrode and the electrolyte. When the battery becomes hot due to heat generation at the short-circuited part, the rapid reaction between the negative electrode and the electrolyte is suppressed, and thermal runaway of the battery is avoided.

非水電解質二次電池の電解液に添加される物質としては、上記シクロヘキシルベンゼンのほか、充放電サイクルによる負荷特性の低下を改善するために添加されるビフェニル(BP)や、過充電時の安全性改善のために添加されるフルオロベンゼン(FB)なども公知である(特許文献5、6)。   Substances added to the electrolyte of the non-aqueous electrolyte secondary battery include cyclohexylbenzene, biphenyl (BP) added to improve deterioration of load characteristics due to charge / discharge cycles, and safety during overcharge. Fluorobenzene (FB) and the like added for improving the properties are also known (Patent Documents 5 and 6).

特許第3422284号公報(2−4頁、図1)Japanese Patent No. 3422284 (page 2-4, FIG. 1) 特開平5−13062号公報(2−4頁)Japanese Patent Laid-Open No. 5-13062 (page 2-4) 特開2002−25526号公報(2−6頁)JP 2002-25526 A (page 2-6) 特許第3247103号公報(段落番号0011)Japanese Patent No. 3247103 (paragraph number 0011) 特許第3354057号公報(段落番号0008〜0010)Japanese Patent No. 3354057 (paragraph numbers 0008 to 0010) 特許第3061759号公報(段落番号0016〜0017)Japanese Patent No. 3061759 (paragraph numbers 0016 to 0017)

しかしながら、非水電解液に上記のようなシクロヘキシルベンゼンを添加した非水電解質二次電池においては、過充電状態が続いた場合に非水電解液中の添加剤であるシクロヘキシルベンゼンが酸化分解して電池の内圧が上昇し、その結果、電極や電解液等の発電要素を収容している外装体(金属缶)が膨張する、いわゆる電池膨れが起きやすくなる。したがって、過充電時の安全性対策としてシクロヘキシルベンゼンを用いる場合には、同時にその酸化分解による電池膨れを抑制する必要がある。この場合、シクロヘキシルベンゼンの添加量を少なくしすぎると、シクロヘキシルベンゼン添加による本来の効果が期待できなくなるから、シクロヘキシルベンゼンの添加量を低減しつつも、ある程度の添加量を確保する必要があり、したがってその酸化分解による電池膨れを抑制する手段を別途講じる必要がある。   However, in a non-aqueous electrolyte secondary battery in which cyclohexyl benzene is added to the non-aqueous electrolyte, cyclohexyl benzene, which is an additive in the non-aqueous electrolyte, is oxidized and decomposed when the overcharge state continues. As a result, the internal pressure of the battery rises, and as a result, a so-called battery swelling is likely to occur, in which an exterior body (metal can) containing a power generation element such as an electrode or an electrolytic solution expands. Therefore, when cyclohexylbenzene is used as a safety measure at the time of overcharge, it is necessary to suppress battery swelling due to oxidative decomposition at the same time. In this case, if the amount of cyclohexylbenzene added is too small, the original effect due to the addition of cyclohexylbenzene cannot be expected. Therefore, it is necessary to ensure a certain amount of addition while reducing the amount of cyclohexylbenzene added. It is necessary to take another means for suppressing the battery swelling due to the oxidative decomposition.

このような添加剤の酸化分解による電池膨れの問題は、非水電解液にシクロヘキシルベンゼン以外の他の添加剤を添加した場合にも同様に生じることがある。例えば、充放電サイクルによる負荷特性の低下を改善するために所要量のビフェニルを添加した場合や、あるいは過充電時の安全性改善のために所要量のフルオロベンゼンを添加した場合にも、過充電状態が続いたときにはそれらの酸化分解によって電池内圧が上昇し、結果、電池を構成している外装体(金属缶)の膨張、つまり電池膨れが起こりやすくなる。シクロヘキシルベンゼンとともにビフェニルまたはフルオロベンゼンの一方を使用した場合、ビフェニルおよびフルオロベンゼンを同時に使用した場合も同様である。   Such a problem of battery swelling due to oxidative decomposition of the additive may also occur when an additive other than cyclohexylbenzene is added to the non-aqueous electrolyte. For example, when a required amount of biphenyl is added to improve deterioration of load characteristics due to charge / discharge cycles, or when a required amount of fluorobenzene is added to improve safety during overcharge, When the state continues, the internal pressure of the battery rises due to the oxidative decomposition thereof, and as a result, expansion of the outer package (metal can) constituting the battery, that is, battery expansion is likely to occur. The same applies when biphenyl or fluorobenzene is used together with cyclohexylbenzene and biphenyl and fluorobenzene are used simultaneously.

なお、先に述べた所定の特性を有する2種類のセパレータを備えた非水電解質二次電池において、その非水電解液にシクロヘキシルベンゼン等の添加剤を加えると、さらに電池の安全性を高めることができる。しかし、そのためには上述した連続過充電時における電解液添加剤による電池膨れの問題を解決する必要がある。   In addition, in the non-aqueous electrolyte secondary battery including the two types of separators having the predetermined characteristics described above, adding an additive such as cyclohexylbenzene to the non-aqueous electrolyte further increases the safety of the battery. Can do. However, for that purpose, it is necessary to solve the above-mentioned problem of battery swelling due to the electrolyte additive during continuous overcharge.

本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、第1に、連続過充電時あるいは高電圧充電時にもシクロヘキシルベンゼン等の添加剤の酸化分解による電池膨れを抑制することができる非水電解質二次電池を提供することを目的とし(第1の発明)、第2に、耐過充電性能や耐加熱性能が高く、しかも連続過充電時あるいは高電圧充電時にもシクロヘキシルベンゼン等の添加剤の酸化分解による電池膨れを抑制することができる非水電解質二次電池を提供することを目的とする(第2の発明)。   The present invention has been made in view of the above points. First, a non-aqueous electrolyte capable of suppressing battery swelling due to oxidative decomposition of an additive such as cyclohexylbenzene even during continuous overcharge or high-voltage charge. The purpose is to provide a secondary battery (first invention), and secondly, it has a high overcharge resistance and a high heat resistance, and an additive such as cyclohexylbenzene during continuous overcharge or high voltage charge. An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery capable of suppressing battery swelling due to oxidative decomposition (second invention).

本発明者らは、非水電解液に所要量のシクロヘキシルベンゼン等の添加剤を加えた場合に生じやすい電池膨れを、特定の添加剤を特定の量の組み合わせで使用することによって抑制することができ、しかも当該添加剤の本来の機能(例えばシクロヘキシルベンゼンの場合は、負極と電解液との急速な反応を抑えて電池の熱暴走を回避するといった機能)を有効に発揮させることができることを見いだした。   The inventors of the present invention can suppress battery swelling that is likely to occur when a required amount of an additive such as cyclohexylbenzene is added to a non-aqueous electrolyte by using a specific additive in a specific amount combination. In addition, it has been found that the original function of the additive (for example, in the case of cyclohexylbenzene, the function of suppressing the rapid reaction between the negative electrode and the electrolyte and avoiding the thermal runaway of the battery) can be exhibited effectively. It was.

このような知見に基づき、請求項1に係る発明(第1の発明)は上記第1の目的を達成するため、正極と、負極と、2種類のセパレータとが積層され、さらに巻回されて形成された電極巻回体と、非水電解液とを含む非水電解質二次電池において、次のように構成したものである。   Based on such knowledge, in order to achieve the first object, the invention according to claim 1 (first invention) includes a positive electrode, a negative electrode, and two types of separators laminated and further wound. The non-aqueous electrolyte secondary battery including the formed electrode winding body and the non-aqueous electrolyte is configured as follows.

すなわち、前記非水電解液に、シクロヘキシルベンゼン(CHB)とビフェニル(BP)とフルオロベンゼン(FB)とを添加し、これらの添加量を、CHB:0.5〜3.5重量%、BP:0.1〜0.5重量%、FB:1.0〜6.0重量%、の範囲にそれぞれ設定する。   That is, cyclohexylbenzene (CHB), biphenyl (BP), and fluorobenzene (FB) are added to the non-aqueous electrolyte, and these addition amounts are CHB: 0.5 to 3.5% by weight, BP: The range is set to 0.1 to 0.5% by weight and FB: 1.0 to 6.0% by weight.

また、請求項2に係る発明(第2の発明)は、上記第2の目的を達成するため、上記の非水電解液の構成に加えて、前記2種類のセパレータとして、負極の外周側には透気度が400sec /100cm3 以下の第1のセパレータを、また負極の内周側には150℃、3時間保持でのTD方向の熱収縮率が30%以下である第2のセパレータを、それぞれ用いる構成としたものである。 Further, in order to achieve the second object, the invention according to claim 2 (second invention) is provided on the outer peripheral side of the negative electrode as the two kinds of separators in addition to the configuration of the non-aqueous electrolyte. Is a first separator having an air permeability of 400 sec / 100 cm 3 or less, and a second separator having a heat shrinkage rate in the TD direction of 30% or less at 150 ° C. for 3 hours on the inner peripheral side of the negative electrode. , Respectively.

本発明によれば、非水電解液にシクロヘキシルベンゼンと同時にビフェニルとフルオロベンゼンとをそれぞれ所定の範囲で添加する構成としたことにより、例えばこれらの添加剤をそれぞれ単独で加え得た場合やそのうちの2種類を組み合わせて使用した場合に生じやすい連続過充電時あるいは高電圧充電時における当該添加剤の酸化分解による電池膨れを効果的に抑制することができ、しかも当該添加剤を添加することによって得られる熱暴走防止等の効果も十分に確保することができる。   According to the present invention, biphenyl and fluorobenzene are added to the non-aqueous electrolyte simultaneously with cyclohexylbenzene in a predetermined range, for example, when these additives can be added individually or of those Battery swelling due to oxidative decomposition of the additive during continuous overcharge or high voltage charge, which is likely to occur when two types are used in combination, can be effectively suppressed, and is obtained by adding the additive. The effect of preventing thermal runaway can be sufficiently secured.

この場合、充電時にリチウムイオンが集中する負極の外周側に先に述べたような透気度400sec /100cm3 以下のセパレータを配置し、内周側には150℃、3時間保持でのTD方向の熱収縮率が30%以下のセパレータを配置する構成を採用すれば、これらのセパレータによる効果として、電池が過充電状態に陥った際に熱暴走が発生せず、異常加熱された際にも電池の熱暴走を防止できるという効果も得られる。 In this case, a separator having an air permeability of 400 sec / 100 cm 3 or less as described above is arranged on the outer peripheral side of the negative electrode where lithium ions concentrate during charging, and the TD direction at 150 ° C. for 3 hours is held on the inner peripheral side. Adopting a configuration in which separators with a heat shrinkage rate of 30% or less are used, the effect of these separators is that when a battery falls into an overcharged state, thermal runaway does not occur and even when abnormally heated The effect of preventing thermal runaway of the battery is also obtained.

このように請求項1に係る発明によれば、連続過充電時あるいは高電圧充電時にもシクロヘキシルベンゼン等の酸化分解による電池膨れを抑制できる非水電解質二次電池を実現することができる。また、請求項2に係る発明によれば、耐過充電性能および耐加熱性能が高く、しかも連続過充電時あるいは高電圧充電時にもシクロヘキシルベンゼン等の酸化分解による電池膨れを抑制できる非水電解質二次電池を実現することができる。   Thus, according to the first aspect of the present invention, it is possible to realize a non-aqueous electrolyte secondary battery that can suppress battery swelling due to oxidative decomposition of cyclohexylbenzene or the like even during continuous overcharge or high voltage charge. In addition, according to the invention of claim 2, the non-aqueous electrolyte is capable of suppressing battery swelling due to oxidative decomposition of cyclohexylbenzene or the like even during continuous overcharge or high voltage charge, with high overcharge resistance and heat resistance. A secondary battery can be realized.

本発明は、正極と負極とを、これらの間に所定のセパレータを介装した状態で巻回して電極巻回体とし、この電極巻回体を非水電解液とともに円筒状や角筒状等の金属缶からなる外装体に収容して密封した構造を有するリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池に適用される。   In the present invention, a positive electrode and a negative electrode are wound with a predetermined separator interposed therebetween to form an electrode winding body, and this electrode winding body is formed into a cylindrical shape, a rectangular tube shape, etc. together with a non-aqueous electrolyte. The present invention is applied to a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery having a hermetically sealed structure housed in a metal can.

本願の第1の発明は、このような非水電解質二次電池において、非水電解液に、シクロヘキシルベンゼン(CHB)とビフェニル(BP)とフルオロベンゼン(FB)とを添加し、これらの添加量を、CHB:0.5〜3.5重量%、BP :0.1〜0.5重量%、FB
:1.0〜6.0重量%、の範囲にそれぞれ設定したものである。また、第2の発明は、さらに耐過充電性能および耐加熱性能を高める目的で、第1の発明の構成に加えて、前記2種類のセパレータとして、負極の外周側には透気度が400sec /100cm3 以下の第1のセパレータを、また負極の内周側には150℃、3時間保持でのTD方向の熱収縮率が30%以下である第2のセパレータを、それぞれ配置する構成としたものである。
1st invention of this application adds such cyclohexylbenzene (CHB), biphenyl (BP), and fluorobenzene (FB) to the nonaqueous electrolyte solution in such a nonaqueous electrolyte secondary battery. CHB: 0.5-3.5 wt%, BP: 0.1-0.5 wt%, FB
: 1.0 to 6.0% by weight, respectively. In addition to the structure of the first invention, the second invention has an air permeability of 400 sec on the outer peripheral side of the negative electrode in addition to the configuration of the first invention for the purpose of further improving the overcharge performance and the heat resistance performance. / 100 cm 3 or less of the first separator, and the second separator having a heat shrinkage rate of 30% or less in the TD direction when held at 150 ° C. for 3 hours on the inner peripheral side of the negative electrode, It is a thing.

《セパレータ》
本発明に係る非水電解質二次電池においては、上記のように特性の異なる2種類のセパレータを使用するのが好ましい。このうち、第2のセパレータについての熱収縮率の測定は、図1に示す方法で行った。すなわち、セパレータ(TD方向:45mm×MD方向:60mm)Bを表面が平滑な厚さ5mmのガラス板( 50×80mm、47g)Gの間に挟み込み電池内部を模擬し、150℃の恒温槽内で3時間静置した。ガラス板Gで荷重をかけた状態で恒温槽から取り出して常温で1時間放置し、その後、解体してセパレータBのTD、MD方向ともに中央部の長さを測定して下記の式に基づき熱収縮率を算出した。
〔(L−L0 )/L0 〕×100
ここで、L:150℃保持後のセパレータ長、L0 :静置前のセパレータ長である。
<< Separator >>
In the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, it is preferable to use two types of separators having different characteristics as described above. Among these, the measurement of the thermal contraction rate about the 2nd separator was performed by the method shown in FIG. That is, a separator (TD direction: 45 mm × MD direction: 60 mm) B is sandwiched between 5 mm thick glass plates (50 × 80 mm, 47 g) G with a smooth surface, and the inside of the battery is simulated, and the inside of a thermostatic chamber at 150 ° C. And left for 3 hours. Take out the glass plate G from the thermostatic chamber with the load applied, leave it at room temperature for 1 hour, then disassemble and measure the length of the central part in both the TD and MD directions of the separator B. Shrinkage was calculated.
[(L−L 0 ) / L 0 ] × 100
Here, L: separator length after holding at 150 ° C., L 0 : separator length before standing.

第1のセパレータについての透気度の測定は、JIS P8117(1998年規格)の透気度試験方法に準拠して測定した。   The air permeability of the first separator was measured according to the air permeability test method of JIS P8117 (1998 standard).

このような所定の透気度を有する第1のセパレータと所定のTD方向の熱収縮率を有する第2のセパレータの各平均厚さは、厚いと電池容量が小さくなるし、内部抵抗が大きくなるため、ともに25μm以下が好ましく、より好ましくは22μm以下、さらに好ましくは20μm以下である。また、電池の高容量化および負荷特性の向上のためにはセパレータの厚さは薄いほどよいが、機械的強度、電解液保持、短絡防止等を良好に維持するためには、平均厚さはともに8μm以上であることが好ましい。   If the average thickness of the first separator having the predetermined air permeability and the second separator having the heat shrinkage rate in the predetermined TD direction is large, the battery capacity is decreased and the internal resistance is increased. Therefore, both are preferably 25 μm or less, more preferably 22 μm or less, and still more preferably 20 μm or less. In order to increase the battery capacity and improve the load characteristics, the thinner the separator, the better.However, in order to maintain good mechanical strength, electrolyte retention, short circuit prevention, etc., the average thickness is Both are preferably 8 μm or more.

第1のセパレータの透気度は400sec /100cm3 以下が好ましく、より好ましくは250sec /100cm3 以下である。また、50sec /100cm3 以上が好ましい。透気度が大きすぎるとリチウムイオン伝導性が低下するために電池用セパレータとしての機能が低下し、小さすぎると機械的強度が低下するので上記範囲とすることが好ましい。さらに第1のセパレータの空孔率については、小さすぎると電池用セパレータとしての機能が低下し、大きすぎると機械的強度が低下するので、60%以下が好ましく、より好ましくは50%以下である。また、30%以上が好ましく、より好ましくは45%以上である。この範囲であれば、内部短絡を抑制しつつ負荷特性を向上できる。 The air permeability of the first separator is preferably 400 sec / 100 cm 3 or less, more preferably 250 sec / 100 cm 3 or less. Further, 50 sec / 100 cm 3 or more is preferable. When the air permeability is too high, the lithium ion conductivity is lowered, so that the function as a battery separator is lowered. When the air permeability is too small, the mechanical strength is lowered. Furthermore, as for the porosity of the first separator, if it is too small, the function as a battery separator is lowered, and if it is too large, the mechanical strength is lowered. Therefore, it is preferably 60% or less, more preferably 50% or less. . Moreover, 30% or more is preferable, More preferably, it is 45% or more. If it is this range, a load characteristic can be improved, suppressing an internal short circuit.

第2のセパレータの熱収縮率は150℃、3時間保持においてTD方向で30%以下が好ましく、より好ましくは25%以下である。セパレータの熱収縮率は小さいほど、電池の短絡防止に有利となるので好ましい。第2のセパレータの空孔率は60%以下が好ましく、より好ましくは55%以下である。また、30%以上が好ましく、より好ましくは35%以上である。この範囲であれば、内部短絡を抑制しつつ負荷特性を向上できる。   The thermal contraction rate of the second separator is preferably 30% or less, more preferably 25% or less in the TD direction when held at 150 ° C. for 3 hours. The smaller the thermal contraction rate of the separator, the more advantageous for preventing short circuit of the battery. The porosity of the second separator is preferably 60% or less, more preferably 55% or less. Moreover, 30% or more is preferable, More preferably, it is 35% or more. If it is this range, a load characteristic can be improved, suppressing an internal short circuit.

上記第1と第2のセパレータとしては、例えば不織布や微孔性フィルムを用いることができる。不織布の材質としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどが使用できる。微孔性フィルムの材質としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン−プロピレン共重合体などが使用できる。また、セパレータは、強度が十分でしかも電解液を多く保持できるものが好ましい。また、熱収縮を抑えるため、あらかじめ100℃程度の温度でセパレータを熱処理しておいてもよい。   As said 1st and 2nd separator, a nonwoven fabric and a microporous film can be used, for example. As a material of the nonwoven fabric, for example, polypropylene, polyethylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate and the like can be used. As a material for the microporous film, for example, polypropylene, polyethylene, ethylene-propylene copolymer, and the like can be used. Further, the separator is preferably one having sufficient strength and capable of holding a large amount of electrolyte. In order to suppress thermal shrinkage, the separator may be heat-treated at a temperature of about 100 ° C. in advance.

《電極巻回体》
本発明の非水電解質二次電池を構成する電極巻回体は、円筒状または略長円筒形状に形成されて、金属缶からなる外装体に収納される。この電極巻回体を収納した外装体に非電解液を注入したのち、外装体の開口部(注入口)を封止して電池が完成する。このようにして作製される電池の形状は、円筒型あるいは角型のいずれでもよい。つまり、円筒型電池あるいは角型電池のいずれであってもよい。一部にR形状を有する角形電池や、一部に平坦部を有する円筒型電池でも問題はない。
<Electrode wound body>
The electrode winding body constituting the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is formed in a cylindrical shape or a substantially long cylindrical shape, and is housed in an exterior body made of a metal can. After injecting the non-electrolytic solution into the exterior body that houses the electrode winding body, the opening (injection port) of the exterior body is sealed to complete the battery. The shape of the battery thus produced may be either cylindrical or rectangular. That is, either a cylindrical battery or a rectangular battery may be used. There is no problem with a rectangular battery having a part of an R shape or a cylindrical battery having a flat part.

《電極》
使用する正極活物質の種類は特に限定されないが、充電時の開路電圧がLi基準で4V以上を示すLiCoO2 などのリチウムコバルト酸化物、LiMnO2 などのリチウムマンガン酸化物、LiNiO2 などのリチウムニッケル酸化物のようなリチウム含有複合酸化物や、これらを基本構造とする複合酸化物、例えば、異種金属元素との置換品などを単独でまたは2種以上の混合物、あるいはそれらの固溶体などを用いることができる。これにより電池の高エネルギー密度化を図ることができる。
"electrode"
The type of the positive electrode active material to be used is not particularly limited, but a lithium cobalt oxide such as LiCoO 2 , a lithium manganese oxide such as LiMnO 2 , and a lithium nickel such as LiNiO 2 exhibiting an open circuit voltage of 4 V or more on the basis of Li. Lithium-containing composite oxides such as oxides, composite oxides having these as basic structures, for example, substitutes for different metal elements, alone or in a mixture of two or more, or solid solutions thereof Can do. This can increase the energy density of the battery.

正極は、例えば、上記正極活物質を含み、必要に応じて鱗片状黒鉛、カーボンブラックなどの導電助剤を含み、さらにバインダーを含むペーストを正極集電体上に塗布して乾燥し、正極集電体上に少なくとも正極活物質とバインダーを含有する塗膜を形成する工程を経て作製される。正極活物質を含むペーストの調製にあたっては、バインダーはあらかじめ溶剤に溶解させた溶液として用い、その溶液と正極活物質などの固体粒子とを混合して調製することが好ましい。   The positive electrode includes, for example, the above-described positive electrode active material, and optionally includes a conductive auxiliary such as flaky graphite and carbon black, and further, a paste containing a binder is applied on the positive electrode current collector and dried. It is produced through a step of forming a coating film containing at least a positive electrode active material and a binder on the electric body. In preparing the paste containing the positive electrode active material, the binder is preferably used as a solution previously dissolved in a solvent, and the solution is mixed with solid particles such as the positive electrode active material.

負極に用いる材料としては、リチウムイオンをドープ(吸蔵)、脱ドープ(放出)することができるものであればよく、本発明ではそのようなリチウムイオンをドープ、脱ドープすることができる物質を負極活物質という。この負極活物質としては、特にその種類は限定されないが、例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭などの炭素質材料、アルミニウム、ケイ素、錫、インジウムなどとリチウムとの合金、またはリチウムに近い低電圧で充放電できるケイ素、錫、インジウムなどの酸化物などを用いることができる。   Any material can be used for the negative electrode as long as it can dope (occlude) and dedope (release) lithium ions. In the present invention, a material capable of doping and dedoping such lithium ions is used as the negative electrode. It is called an active material. The type of the negative electrode active material is not particularly limited. For example, graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, sintered organic polymer compounds, mesocarbon microbeads, carbon fibers, activated carbon, etc. Carbonaceous materials, aluminum, silicon, tin, indium, etc. and lithium alloys, or oxides such as silicon, tin, indium, etc. that can be charged and discharged at a low voltage close to lithium can be used.

負極は、上記負極活物質、バインダーなどからなるペーストを負極集電体上に塗布して乾燥し、負極集電体上に少なくとも負極活物質とバインダーを含有する塗膜を形成する工程を経て作製される。   The negative electrode is prepared by applying a paste made of the above negative electrode active material, binder, etc. on the negative electrode current collector and drying, and forming a coating film containing at least the negative electrode active material and the binder on the negative electrode current collector. Is done.

負極活物質として炭素質材料を用いる場合、下記の特性を持つものが好ましい。即ち、炭素質材料の結晶の(002)面の面間距離(d002 )は0.350nm以下が好ましく、より好ましくは0.345nm以下、さらに好ましくは0.340nm以下である。また、そのc軸方向の結晶子の大きさ(Lc)は3nm以上が好ましく、より好ましくは8nm以上、さらに好ましくは25nm以上である。さらに、その炭素質材料の平均粒径は10μm〜30μmが好ましく、特に15μm〜25μmがより好ましく、また、炭素質材料全体に対する純炭素成分の割合は99.9質量%以上が好ましい。 When using a carbonaceous material as a negative electrode active material, what has the following characteristic is preferable. That is, the distance (d 002 ) between the (002) planes of the crystal of the carbonaceous material is preferably 0.350 nm or less, more preferably 0.345 nm or less, and still more preferably 0.340 nm or less. The crystallite size (Lc) in the c-axis direction is preferably 3 nm or more, more preferably 8 nm or more, and further preferably 25 nm or more. Furthermore, the average particle diameter of the carbonaceous material is preferably 10 μm to 30 μm, more preferably 15 μm to 25 μm, and the ratio of the pure carbon component to the whole carbonaceous material is preferably 99.9% by mass or more.

正極および負極に使用されるバインダーとしては、熱可塑性樹脂、ゴム弾性を有するポリマー、多糖類などを挙げることができる。これらは1種でも用いることができるが、2種以上の混合物としても用いることができる。具体的には、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンターポリマー、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、スチレンブタジエンゴム、ポリブタジエン、ブチルゴム、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリエピクロルヒドリン、ポリフォスファゼン、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、ポリビニルピリジン、クロロスルホン化ポリエチレン、ラテックス、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロースやヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース樹脂、などが挙げられる。   Examples of the binder used for the positive electrode and the negative electrode include thermoplastic resins, polymers having rubber elasticity, polysaccharides, and the like. These can be used alone, but can also be used as a mixture of two or more. Specifically, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, ethylene propylene terpolymer, ethylene-propylene-diene copolymer, styrene butadiene rubber, polybutadiene, butyl rubber, fluoro rubber, polyethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, poly Epichlorohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, polystyrene, polyvinyl pyridine, chlorosulfonated polyethylene, latex, polyester resin, acrylic resin, phenol resin, epoxy resin, polyvinyl alcohol, cellulose resin such as carboxymethyl cellulose and hydroxypropyl cellulose, etc. It is done.

近年、溶剤として水を用いるバインダーが有機溶剤系のバインダーに比べて少量でも結着効果が大きく、電極の活物質比率を高めることができて容量増加が可能となるため、負極の作製に多く用いられており、特に、スチレン−ブタジエンゴムとカルボキシメチルセルロースの組み合わせが好ましく用いられる。   In recent years, binders that use water as a solvent have a greater binding effect than organic solvent-based binders, and can be increased in capacity by increasing the active material ratio of the electrode. In particular, a combination of styrene-butadiene rubber and carboxymethyl cellulose is preferably used.

正極集電体および負極集電体としては、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼、チタンなどの金属の箔、エキスパンドメタル、網、フォームメタルなどを用いることができる。   As the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, for example, a metal foil such as aluminum, copper, nickel, stainless steel, or titanium, an expanded metal, a net, or a foam metal can be used.

正極集電体としては特にアルミニウムを主成分とする箔が好ましく用いられ、そのアルミニウムの純度は98質量%以上99.9質量%以下が望ましい。正極集電体の厚さは5μm〜60μmの範囲が好ましく、特に8μm〜40μmの範囲がより好ましい。また、正極の塗膜(正極合剤層)の厚さとしては、片面あたり30μm〜300μmの範囲が好ましく、特に50μm〜150μmの範囲がより好ましい。   As the positive electrode current collector, a foil mainly composed of aluminum is preferably used, and the purity of the aluminum is desirably 98% by mass or more and 99.9% by mass or less. The thickness of the positive electrode current collector is preferably in the range of 5 μm to 60 μm, and more preferably in the range of 8 μm to 40 μm. Further, the thickness of the positive electrode coating film (positive electrode mixture layer) is preferably in the range of 30 μm to 300 μm, more preferably in the range of 50 μm to 150 μm, on one side.

負極集電体としては一般に銅箔が用いられ、中でも電解銅箔が好ましく用いられる。負極集電体の厚さは5μm〜60μmの範囲が好ましく、特に8μm〜40μmの範囲がより好ましい。また、負極の塗膜(負極合剤層)の厚さとしては片面あたり30μm〜300μmの範囲が好ましく、特に50μm〜150μmの範囲がより好ましい。   As the negative electrode current collector, a copper foil is generally used, and among them, an electrolytic copper foil is preferably used. The thickness of the negative electrode current collector is preferably in the range of 5 μm to 60 μm, and more preferably in the range of 8 μm to 40 μm. The thickness of the negative electrode coating film (negative electrode mixture layer) is preferably in the range of 30 μm to 300 μm, more preferably in the range of 50 μm to 150 μm, per side.

正極および負極の作製にあたって、正極活物質含有ペーストおよび負極活物質含有ペーストを集電体に塗布する際の塗布方法としては、例えば、押出しコーター、リバースロールコーター、ドクターブレードなどを用いる各種の塗布方法を採用することができる。   In the production of the positive electrode and the negative electrode, as an application method when applying the positive electrode active material-containing paste and the negative electrode active material-containing paste to the current collector, for example, various application methods using an extrusion coater, a reverse roll coater, a doctor blade, etc. Can be adopted.

《電極のリード》
負極のリードは、抵抗溶接、超音波溶接などにより負極集電体の露出部分に溶接されるが、この負極のリードの断面積としては、大電流が流れた場合の抵抗を低減して発熱量を低減させるために0.1mm2 以上1.0mm2 以下が好ましく、0.30mm2 以上0.70mm2 以下がより好ましい。負極のリードの材質としてはニッケルが一般に用いられ、銅、チタン、ステンレス鋼なども用いることができるが、負極集電体である銅箔との接着強度を高めるために少なくとも銅または銅合金を構成要素として含む金属材料で構成したものを用いることが望ましい。具体的には、例えば、銅または銅−ニッケル合金などの銅合金、銅または銅合金とニッケルまたはチタンなど他の金属との複合材料などが挙げられ、例えば、銅とニッケルとの二層構造のクラッド材が安価で好適に用いることができる。
《Electrode lead》
The negative electrode lead is welded to the exposed part of the negative electrode current collector by resistance welding, ultrasonic welding, etc. The cross-sectional area of this negative electrode lead is to reduce the resistance when a large current flows, and to generate heat. Is preferably 0.1 mm 2 or more and 1.0 mm 2 or less, more preferably 0.30 mm 2 or more and 0.70 mm 2 or less. Nickel is generally used as the negative electrode lead material, and copper, titanium, stainless steel, etc. can be used, but at least copper or a copper alloy is used to increase the adhesive strength with the copper foil as the negative electrode current collector. It is desirable to use a metal material that is included as an element. Specifically, for example, a copper alloy such as copper or a copper-nickel alloy, a composite material of copper or a copper alloy and another metal such as nickel or titanium, and the like, for example, a two-layer structure of copper and nickel The clad material is inexpensive and can be suitably used.

正極のリードとしては、電気抵抗が低く高電位に耐えられる金属、例えばアルミニウムで構成したものが好適に用いられる。   As the positive electrode lead, a metal composed of a metal having low electric resistance and capable of withstanding a high potential, such as aluminum, is preferably used.

正極および負極のリードは、それぞれスポット溶接や超音波溶接などの方法により取り付けることが好ましい。特に、負極のリードの取り付けは超音波溶接で行うことが望ましい。スポット溶接では接着強度を上げるために印加電流を高くすると銅箔に穴があいたり、接着強度が低下したり、溶接部が酸化されるようなことが生じやすい傾向にあり、インピーダンスが増大する恐れがあるからである。   The positive and negative electrode leads are preferably attached by methods such as spot welding and ultrasonic welding. In particular, it is desirable to attach the negative electrode lead by ultrasonic welding. In spot welding, if the applied current is increased to increase the adhesive strength, the copper foil tends to have holes, the adhesive strength is reduced, or the weld is likely to be oxidized, which may increase the impedance. Because there is.

《非水電解液》
本発明の非水電解質二次電池では、液状電解質(以下、これを「電解液」という。)を使用することができる。具体的には、有機溶媒に溶質を溶解させた有機溶媒系の非水電解液を用いる。有機溶媒の種類は特に限定されないが、鎖状エステルを主溶媒として用いることが特に好ましい。そのような鎖状エステルとしては、例えば、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、酢酸エチル(EA)、プロピオン酸メチル(MP)などのCOO−結合を有する有機溶媒が挙げられる。この鎖状エステルが電解液の主溶媒であるということは、これらの鎖状エステルが全電解液溶媒中の50体積%より多い体積を占めることを意味しており、鎖状エステルが全電解液溶媒中の65体積%以上を占めることが好ましく、より好ましくは70体積%以上、さらに好ましくは75体積%以上である。
<Non-aqueous electrolyte>
In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a liquid electrolyte (hereinafter referred to as “electrolytic solution”) can be used. Specifically, an organic solvent-based nonaqueous electrolytic solution in which a solute is dissolved in an organic solvent is used. The type of the organic solvent is not particularly limited, but it is particularly preferable to use a chain ester as the main solvent. Examples of such chain esters include organic compounds having a COO-bond such as diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), ethyl acetate (EA), and methyl propionate (MP). A solvent is mentioned. The fact that this chain ester is the main solvent of the electrolytic solution means that these chain esters occupy more than 50% by volume in the total electrolyte solution, and the chain ester is the total electrolyte solution. It is preferable to occupy 65% by volume or more in the solvent, more preferably 70% by volume or more, and still more preferably 75% by volume or more.

ただし、電解液の溶媒としては、上記鎖状エステルのみで構成するよりも、電池容量の向上を図るために誘電率の高いエステル、例えば誘電率30以上のエステルを混合して用いることが好ましい。そのような誘電率の高いエステルの全電解液溶媒中で占める量としては10体積%以上が好ましく、特に20体積%以上がより好ましい。   However, as the solvent of the electrolytic solution, it is preferable to mix and use an ester having a high dielectric constant, for example, an ester having a dielectric constant of 30 or more, in order to improve battery capacity, rather than using only the above-mentioned chain ester. The amount of such a high dielectric constant ester in the total electrolyte solvent is preferably 10% by volume or more, and more preferably 20% by volume or more.

誘電率の高いエステルとしては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、γ−ブチロラクトン(γ−BL)、エチレンサルファイト(ES)などが挙げられ、特にエチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどの環状構造のものが好ましく、特に環状のカーボネートが好ましく、具体的にはエチレンカーボネート(EC)が最も好ましい。   Examples of the ester having a high dielectric constant include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), γ-butyrolactone (γ-BL), ethylene sulfite (ES), and the like. Those having a cyclic structure such as carbonate and propylene carbonate are preferred, cyclic carbonates are particularly preferred, and ethylene carbonate (EC) is most preferred.

上記誘電率の高いエステル以外に併用可能な溶媒としては、例えば、1,2−ジメトキシエタン(1,2−DME)、1,3−ジオキソラン(1,3−DO)、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチル−テトラヒドロフラン(2−Me−THF)、ジエチルエーテル(DEE)などが挙げられる。その他にアミン系またはイミド系の有機溶媒や、含イオウ系または含フッ素系の有機溶媒なども用いることができる。   Examples of the solvent that can be used in addition to the ester having a high dielectric constant include 1,2-dimethoxyethane (1,2-DME), 1,3-dioxolane (1,3-DO), tetrahydrofuran (THF), 2 -Methyl-tetrahydrofuran (2-Me-THF), diethyl ether (DEE) and the like. In addition, amine-based or imide-based organic solvents, sulfur-containing or fluorine-containing organic solvents, and the like can also be used.

電解液の溶質としては、例えば、LiClO4 、LiPF6 、LiBF4 、LiAsF6 、LiSbF6 、LiCF3 SO3 、LiC49 SO3 、LiCF3 Co2 、Li224 (SO32 、LiN(CF3 SO22 、LiC(CF3 SO23 、LiCn2n+1SO3 (n≧2)などが単独または2種以上混合して用いられる。特に、LiPF6 やLiC49 SO3 などが、充放電特性が良好なことから好ましい。電解液中における溶質の濃度は特に限定されるものではないが、0.3mol/dm3 〜1.7mol/dm3 、特に0.4mol/dm3 〜1.5mol/dm3 程度が好ましい。 The solute of the electrolyte solution, for example, LiClO 4, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiCF 3 SO 3, LiC 4 F 9 SO 3, LiCF 3 Co 2, Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2) or the like is used alone or in combination. In particular, LiPF 6 and LiC 4 F 9 SO 3 are preferable because of good charge / discharge characteristics. The concentration of the solute in the electrolytic solution is not particularly limited, 0.3mol / dm 3 ~1.7mol / dm 3, in particular 0.4mol / dm 3 ~1.5mol / dm about 3 are preferred.

上記電解液以外にも固体状またはゲル状の電解質を用いることができる。このような電解質としては、無機固体電解質のほか、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシドまたはこれらの誘導体などを主材にした有機固体電解質などを挙げることができる。   In addition to the electrolytic solution, a solid or gel electrolyte can be used. Examples of such an electrolyte include inorganic solid electrolytes and organic solid electrolytes mainly composed of polyethylene oxide, polypropylene oxide, or derivatives thereof.

《添加剤》
本発明の非水電解質二次電池では、過充電時等の安全性を高めるため、非水電解液にシクロヘキシルベンゼン(CHB)とビフェニル(BP)とフルオロベンゼン(FB)とを添加するが、同時にこれらの添加剤の酸化分解による電池膨れを抑制するために、これらの添加剤の添加量を先に述べた範囲、すわなち、CHB:0.5〜3.5重量%、BP:0.1〜0.5重量%、FB:1.0〜6.0重量%にそれぞれ設定する。これらの添加剤は、このうちの2種類を組み合わせても、またそのうちの一つの添加剤の添加量が前記の範囲から外れても所期の目的(電池膨れの抑制)が達成できない。
"Additive"
In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, cyclohexylbenzene (CHB), biphenyl (BP), and fluorobenzene (FB) are added to the non-aqueous electrolyte in order to enhance safety during overcharge. In order to suppress battery swelling due to oxidative decomposition of these additives, the amount of these additives added is within the above-described range, that is, CHB: 0.5 to 3.5% by weight, BP: 0.00. 1 to 0.5% by weight and FB: 1.0 to 6.0% by weight, respectively. These additives cannot achieve the intended purpose (suppression of battery swelling) even if two of these additives are combined or the addition amount of one of the additives is out of the above range.

上記添加剤を使用し、これらの添加量を上記の範囲とするのがよいのは、下記のような理由からである。
『シクロヘキシルベンゼン(CHB)』:
CHBの添加量が3.5重量%よりも多くなると、耐過充電性能は向上するが、過充電状態が続いた際には電池が膨れてしまう。CHBが0.5重量%よりも少ないと、FB、BPとの混合効果が少なくなり( 混合効果による) 耐過充電性能の向上は薄れる(CHBの酸化分解電位は約4.6V(vs. Li/Li+ )、BPは約4.5V、FBは約5.1Vで、電池が過充電された際、初めにBPが酸化分解し過充電防止剤として働き、次にCHBが酸化分解し、さらにFBが酸化分解し、連続的に、過充電防止剤として働くため、BP、CHB、FBを特定の量それぞれ添加することによって、CHB単独添加よりも、耐過充電性能と、過充電時の膨れ低減を両立することが可能になる)。CHBのより好ましい添加量の範囲は、1.0〜3.0重量%である。
The reason why the above additives are used and the amount of these additives should be within the above range is as follows.
“Cyclohexylbenzene (CHB)”:
When the amount of CHB added is more than 3.5% by weight, the overcharge resistance is improved, but the battery swells when the overcharge state continues. When CHB is less than 0.5% by weight, the effect of mixing with FB and BP is reduced (due to the mixing effect). The improvement in overcharge resistance is diminished (the oxidative decomposition potential of CHB is about 4.6 V (vs. Li / Li +), BP is about 4.5 V, FB is about 5.1 V, and when the battery is overcharged, BP first oxidatively decomposes and acts as an overcharge inhibitor, then CHB oxidatively decomposes, Furthermore, since FB is oxidatively decomposed and works continuously as an overcharge inhibitor, by adding specific amounts of BP, CHB, and FB, respectively, overcharge resistance and overcharge performance can be improved rather than adding CHB alone. It is possible to achieve both swell reduction). A more preferable range of the addition amount of CHB is 1.0 to 3.0% by weight.

『ビフェニル(BP)』:
BPの添加量が0.5重量%よりも多くなると、耐過充電性能は向上するが、過充電状態が続いた際には電池が膨れてしまう。BPが0.1%よりも少ないとCHB同様、CHB、FBとの混合効果が少なくなり混合効果による耐過充電性能の向上は薄れる。BPの酸化分解電位は約4.5V(vs. Li/Li+ )で、CHBよりも約100mV酸化分解電位が低いため、電池が1Aで5Vまで過充電された場合にはCHBよりも早く酸化分解が起こり、より早く過充電防止剤として働く、また過充電状態が続いた際にはCHBよりも酸化分解電位が低いため電池膨れが大きくなってしまう。CHB、FBとの混合添加のほうがBP単独添加よりも、耐過充電性能と、過充電時の膨れ低減を両立することが可能となる。BPのより好ましい添加量は、0.15〜0.40重量%である。
“Biphenyl (BP)”:
If the amount of BP added exceeds 0.5% by weight, the overcharge resistance is improved, but the battery swells when the overcharge state continues. When BP is less than 0.1%, the effect of mixing with CHB and FB is reduced as in CHB, and the improvement in overcharge resistance due to the mixing effect is reduced. The oxidative decomposition potential of BP is about 4.5V (vs. Li / Li +), which is about 100mV lower than that of CHB. Therefore, when the battery is overcharged to 5V at 1A, it is oxidized faster than CHB. Decomposition occurs and acts as an overcharge prevention agent earlier, and when the overcharge state continues, the oxidative decomposition potential is lower than that of CHB, and the battery swells greatly. The mixed addition with CHB and FB makes it possible to achieve both overcharge resistance and reduced swelling during overcharge as compared with the addition of BP alone. A more preferable addition amount of BP is 0.15 to 0.40% by weight.

『フルオロベンゼン(FB)』:
FBの添加量が6.0重量%よりも多くなると、耐過充電性能は向上するが、過充電状態が続いた際には電池が膨れてしまう。FBが1.0重量%よりも少ないとBP、CHB同様、BP、CHBとの混合効果が少なくなり混合効果による耐過充電性能の向上は薄れる。BP、CHB単独添加時同様、BP、CHBとの混合添加のほうがFB単独添加よりも耐過充電性能と、過充電時の膨れ低減を両立することが可能となる。耐過充電性能はCHBが最も優れているが、FB,BPに比べて高価である問題がある。FBのより好ましい添加量は、2.0〜5.0重量%である。
“Fluorobenzene (FB)”:
When the amount of FB added is more than 6.0% by weight, the overcharge resistance is improved, but the battery swells when the overcharge state continues. When FB is less than 1.0% by weight, the effect of mixing with BP and CHB is reduced as in BP and CHB, and the improvement in overcharge resistance due to the mixing effect is reduced. As in the case of adding BP and CHB alone, mixed addition with BP and CHB makes it possible to achieve both overcharge resistance and reduced swelling during overcharge, compared to the addition of FB alone. CHB has the best overcharge resistance, but it is expensive compared to FB and BP. A more preferable amount of FB is 2.0 to 5.0% by weight.

《電池構造》
次に、本発明を角型電池に用いた場合の実施形態を図面に基づき説明する。図2は、本実施形態の非水電解質二次電池を模式的に示す断面図である。図3は、図2のA部の拡大図である。なお、図2は、正極リード1cおよび負極リード2cを配置する位置を説明するためのものであり、現実の電極巻回体4では正極1と負極2との間には、図3に示すように、第1・第2のセパレータ3a・3bが存在しているが、この図2では繁雑化を避けるため簡略化してセパレータの図示を省略している。符号5は外装体を示す。
<Battery structure>
Next, an embodiment when the present invention is used for a prismatic battery will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment. FIG. 3 is an enlarged view of part A in FIG. FIG. 2 is for explaining the positions where the positive electrode lead 1c and the negative electrode lead 2c are arranged. In an actual electrode winding body 4, as shown in FIG. In addition, the first and second separators 3a and 3b exist, but in FIG. 2, the separator is not shown and is simplified to avoid complication. Reference numeral 5 denotes an exterior body.

図2および図3において、本実施形態の非水電解質二次電池は、正極1と、負極2と、第1のセパレータ3aと、第2のセパレータ3bとを備えており、第1のセパレータ3aと第2のセパレータ3bには電解液が含浸されている。また、正極1と、第1のセパレータ3aと、負極2と、第2のセパレータ3bとがこの順番に積層されて巻回されて電極巻回体4を形成している。   2 and 3, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment includes a positive electrode 1, a negative electrode 2, a first separator 3a, and a second separator 3b, and the first separator 3a. The second separator 3b is impregnated with an electrolytic solution. The positive electrode 1, the first separator 3 a, the negative electrode 2, and the second separator 3 b are stacked and wound in this order to form the electrode winding body 4.

正極1は、正極集電体1aの両面に正極合剤層1bを塗布して形成されている。だだし、電極巻回体4の最外面に位置する正極1は、正極集電体1aの内面にのみ正極合剤層1bを形成して、正極集電体1aの外面は露出している。この露出した正極集電体1aは外装体5の内面に電気的に接触している。さらに、電極巻回体4の最外面に位置する正極1の端部近傍では、正極集電体1aの両面ともに正極合剤層1bが形成されておらず、その正極1の端部近傍に正極リード1cが取り付けられている。   The positive electrode 1 is formed by applying a positive electrode mixture layer 1b to both surfaces of a positive electrode current collector 1a. However, the positive electrode 1 located on the outermost surface of the electrode winding body 4 forms the positive electrode mixture layer 1b only on the inner surface of the positive electrode current collector 1a, and the outer surface of the positive electrode current collector 1a is exposed. The exposed positive electrode current collector 1 a is in electrical contact with the inner surface of the exterior body 5. Further, in the vicinity of the end portion of the positive electrode 1 located on the outermost surface of the electrode winding body 4, the positive electrode mixture layer 1 b is not formed on both surfaces of the positive electrode current collector 1 a, and the positive electrode 1 is formed in the vicinity of the end portion of the positive electrode 1. A lead 1c is attached.

負極2は、負極集電体2aの両面に負極合剤層2bを塗布して形成されている。だだし、電極巻回体4の最内面に位置する負極2は、負極集電体2aの内面にのみ負極合剤層2bを形成して、負極集電体2aの外面は露出している。さらに、電極巻回体4の最内面に位置する負極2の端部近傍では、負極集電体2aの両面ともに負極合剤層2bが形成されておらず、その負極2の端部近傍に負極リード2cが取り付けられている。   The negative electrode 2 is formed by applying a negative electrode mixture layer 2b on both surfaces of a negative electrode current collector 2a. However, the negative electrode 2 located on the innermost surface of the electrode winding body 4 forms the negative electrode mixture layer 2b only on the inner surface of the negative electrode current collector 2a, and the outer surface of the negative electrode current collector 2a is exposed. Further, in the vicinity of the end of the negative electrode 2 located on the innermost surface of the electrode winding body 4, the negative electrode mixture layer 2 b is not formed on both surfaces of the negative electrode current collector 2 a, and the negative electrode near the end of the negative electrode 2 A lead 2c is attached.

以下、本発明の実施例について説明する。   Examples of the present invention will be described below.

(実施例1〜13)
以下のようにして、図2および図3に示した構造と同様の非水電解質二次電池を作製した。
(Examples 1 to 13)
A nonaqueous electrolyte secondary battery having the same structure as that shown in FIGS. 2 and 3 was produced as follows.

コバルト酸リチウム92質量部、アセチレンブラック3質量部、ポリフッ化ビニリデン5質量部を、N−メチル−2−ピロリドンを溶剤としてプラネタリーミキサーで混合して正極合剤含有塗料を調製した。得られた正極合剤含有塗料をブレードコーターにて厚さ20μmのアルミニウム箔からなる集電体上に間欠塗布し、乾燥し、プレス工程を経た後、所定サイズに切断して、シート状の正極を得た。また、正極にはアルミニウム製のリードを超音波溶接により取り付けた。   92 parts by mass of lithium cobaltate, 3 parts by mass of acetylene black, and 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride were mixed with a planetary mixer using N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to prepare a positive electrode mixture-containing paint. The obtained positive electrode mixture-containing paint is intermittently applied onto a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm by a blade coater, dried, subjected to a pressing step, cut into a predetermined size, and a sheet-like positive electrode Got. In addition, an aluminum lead was attached to the positive electrode by ultrasonic welding.

次に、負極として、高密度人造黒鉛(d002 :0.336nm、Lc:100nm)97.5質量部、カルボキシメチルセルロース水溶液(濃度1質量%、粘度1500mPa・s〜5000mPa・s)1.5質量部、スチレン−ブタジエンゴム1質量部を、比伝導度が2.0×105 Ω/cm以上のイオン交換水を溶剤としてプラネタリーミキサーで混合して水系負極合剤含有塗料を調製した。得られた水系負極合剤含有塗料をブレードコーターにて厚さ15μmの銅箔上に間欠塗布し、乾燥し、プレス工程を経た後、所定サイズに切断して、シート状の負極を得た。また、負極には、銅とニッケルとのクラッド材製のリードを超音波溶接により取り付けた。 Next, as an anode, high-density artificial graphite (d 002 : 0.336 nm, Lc: 100 nm) 97.5 parts by mass, carboxymethyl cellulose aqueous solution (concentration 1% by mass, viscosity 1500 mPa · s to 5000 mPa · s) 1.5 mass A 1 part by weight of styrene-butadiene rubber was mixed with a planetary mixer using ion-exchanged water having a specific conductivity of 2.0 × 10 5 Ω / cm or more as a solvent to prepare a water-based negative electrode mixture-containing paint. The obtained water-based negative electrode mixture-containing paint was intermittently applied onto a 15 μm thick copper foil with a blade coater, dried, subjected to a pressing step, and then cut into a predetermined size to obtain a sheet-like negative electrode. Further, a lead made of a clad material of copper and nickel was attached to the negative electrode by ultrasonic welding.

次に、第1のセパレータとして平均厚さ20μm、透気度180sec /100cm3 、150℃、3時間保持でのTD方向の熱収縮率35%、空孔率40%のポリエチレン製微多孔膜セパレーターと、第2のセパレータとして平均厚さ22μm、透気度80sec /100cm3 、150℃、3時間保持でのTD方向の熱収縮率20%、空孔率50%のポリエチレン製微多孔膜セパレータとを準備した。さらに、上記正極と、上記第1のセパレータと、上記負極と、上記第2のセパレータとをこの順番に積層し、負極の外周側に第1のセパレータが位置し、負極の内周側には第2のセパレータが位置するように巻回し、略長円筒形状の電極巻回体を作製した。 Next, as a first separator, a polyethylene microporous membrane separator having an average thickness of 20 μm, an air permeability of 180 sec / 100 cm 3 , a heat shrinkage rate of 35% in the TD direction when held at 150 ° C. for 3 hours, and a porosity of 40% And a polyethylene microporous membrane separator having an average thickness of 22 μm, a permeability of 80 sec / 100 cm 3 , a heat shrinkage rate of 20% in the TD direction and a porosity of 50% when held at 150 ° C. for 3 hours, as a second separator Prepared. Further, the positive electrode, the first separator, the negative electrode, and the second separator are laminated in this order, the first separator is located on the outer peripheral side of the negative electrode, and the inner peripheral side of the negative electrode is It wound so that the 2nd separator might be located, and produced the substantially long cylindrical electrode winding object.

非水電解質としては、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの体積比1:2の混合溶媒にLiPF6 を1mol/dm3 の濃度になるように溶解して液状の非水電解質を調製した。このとき、液状の非水電解質に、表1に記載した割合でシクロヘキシルベンゼン(CHB)、ビフェニル(BP)、フルオロベンゼン(FB)をそれぞれ添加した。 As the non-aqueous electrolyte, a liquid non-aqueous electrolyte was prepared by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a volume ratio of 1: 2 to a concentration of 1 mol / dm 3 . At this time, cyclohexylbenzene (CHB), biphenyl (BP), and fluorobenzene (FB) were added to the liquid nonaqueous electrolyte at the ratios shown in Table 1, respectively.

そして、上記電極巻回体を角形のアルミニウム缶からなる外装体内に挿入し、正極リードの端部を蓋部分に溶接し、負極リードの端部を負極の出力端子に溶接し、非水電解質を注入した後、外装体の封止を行って、容量1000mAhの非水電解質二次電池(角型電池)をそれぞれ作製した。これらの非水電解質二次電池においては、その外装体の内面と正極の最外面のアルミニウム箔からなる集電体とを直接接触させることにより導通させている。   Then, the electrode winding body is inserted into an exterior body made of a rectangular aluminum can, the end of the positive electrode lead is welded to the lid portion, the end of the negative electrode lead is welded to the output terminal of the negative electrode, and the nonaqueous electrolyte is removed. After the injection, the outer package was sealed to prepare nonaqueous electrolyte secondary batteries (square batteries) having a capacity of 1000 mAh. In these nonaqueous electrolyte secondary batteries, the inner surface of the exterior body and the current collector made of the aluminum foil on the outermost surface of the positive electrode are brought into electrical contact with each other by direct contact.

(実施例14〜26)
セパレータとして、平均厚さ20μm、透気度180sec /100cm3 、150℃・ 3時間保持でのTD方向の熱収縮率35%、空孔率40%のポリエチレン製微多孔膜セパレーターを用いたこと以外は、実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
(Examples 14 to 26)
Other than using a polyethylene microporous membrane separator having an average thickness of 20 μm, air permeability of 180 sec / 100 cm 3 , heat shrinkage of 35% in TD direction at 150 ° C. for 3 hours, and porosity of 40% Produced a non-aqueous electrolyte secondary battery in the same manner as in Example 1.

(比較例1〜14)
液状の非水電解質に、表2に記載した割合で、シクロヘキシルベンゼン(CHB)、ビフェニル(BP)およびフルオロベンゼン(FB)のすべて、または1種もしくは2種を添加したこと以外は、実施例14〜26と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
(Comparative Examples 1-14)
Example 14 except that all or one or two of cyclohexylbenzene (CHB), biphenyl (BP) and fluorobenzene (FB) were added to the liquid nonaqueous electrolyte in the proportions shown in Table 2. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as.

《評価テスト》
上記の各実施例および比較例の電池をそれぞれ10個づつ使用して、以下のような測定を行った。
<< Evaluation Test >>
The following measurements were performed using 10 batteries of each of the above examples and comparative examples.

「耐過充電性能」
上記の各実施例および比較例の電池をそれぞれ10個づつ使用し、これらについて1Aで5Vまで3時間充電した際の電池の最高温度を測定し、電池温度が135℃以上になった電池の個数を測定した。
"Overcharge resistance"
Using 10 batteries of each of the above examples and comparative examples, and measuring the maximum battery temperature when charging them to 5V at 1A for 3 hours, the number of batteries having a battery temperature of 135 ° C or higher. Was measured.

「膨れ量」(連続過充電時の電池膨れ量)
電池を1Cで4.2Vまで充電(2.5時間)し、充電後の電池の最大厚みを0%とし、1Cで4.3Vまで25℃でCCCV充電を168時間行った。そして、膨れ量が5%以下の電池をOKとした。
“Expansion amount” (battery expansion amount during continuous overcharge)
The battery was charged to 4.2 V at 1 C (2.5 hours), the maximum thickness of the battery after charging was 0%, and CCCV charging was performed at 25 ° C. to 4.3 V at 1 C for 168 hours. A battery having a swelling amount of 5% or less was determined to be OK.

「耐加熱性能」
電池を4.25Vまで充電(3時間)し、次いでオーブン中に設置して、室温から150まで5℃/分の昇温速度で昇温したのち、150℃で3時間保持した。電池温度が200℃以上になったものをNGとした。
"Heat resistance"
The battery was charged to 4.25 V (3 hours), then placed in an oven, heated from room temperature to 150 at a rate of 5 ° C./min, and then held at 150 ° C. for 3 hours. A battery having a battery temperature of 200 ° C. or higher was defined as NG.

《評価結果》
表1および表2に以上の評価テストの結果を示す。これらの表において、「耐過充電性能」については135℃以上となった電池の個数nと供試電池の総数(10個)を、また「耐加熱性能」については200℃以上となった電池の個数nと供試電池の総数(10個)を、それぞれn/10の形式で示した。さらに「膨れ量」は、供試電池10個についての膨れ量の平均値を採用した。加えて、これらの表では、電極巻回体に使用したセパレータについて、上述した所定の特性を有する2種類のセパレータを「混合」タイプとし、特定の1種類のセパレータを「単独」タイプとした。なお、表1および表2中の「判定1」は、「耐過充電性能」および「膨れ量」についての判定結果を示し、「判定2」は、「耐加熱性能」についての判定結果を示す。
"Evaluation results"
Tables 1 and 2 show the results of the above evaluation tests. In these tables, “overcharge resistance” indicates the number n of batteries having a temperature of 135 ° C. or higher and the total number of test batteries (10), and “heat resistance” indicates a battery having a temperature of 200 ° C. or higher. The number n and the total number (10) of the test batteries are shown in the form of n / 10. Furthermore, for the “expansion amount”, an average value of the expansion amount for 10 test batteries was adopted. In addition, in these tables, regarding the separator used for the electrode winding body, the two types of separators having the above-described predetermined characteristics are the “mixed” type, and the specific one type of separator is the “single” type. In Tables 1 and 2, “Decision 1” indicates a determination result for “overcharge resistance performance” and “swelling amount”, and “Decision 2” indicates a determination result for “heat resistance performance”. .

Figure 2006261059
Figure 2006261059

Figure 2006261059
Figure 2006261059

表1および表2からわかるように、実施例1〜13の電池では、耐過充電性能、連続過充電時の膨れ量さらには耐加熱性能のいずれについても、比較例1〜14に比べて良好な結果が得られた。また、実施例14〜26の電池では、耐加熱性能については実施例1〜13の電池のような良好な結果が得られないものの、耐過充電性能および連続過充電時の膨れ量については、比較例1〜14に比べて良好な結果が得られることも確認できた。   As can be seen from Tables 1 and 2, the batteries of Examples 1 to 13 are superior to Comparative Examples 1 to 14 in terms of overcharge resistance, swelling amount during continuous overcharge, and heat resistance. Results were obtained. Further, in the batteries of Examples 14 to 26, although the good results as in the batteries of Examples 1 to 13 were not obtained for the heat resistance performance, the overcharge resistance and the swelling amount during continuous overcharge were as follows. It was also confirmed that good results were obtained compared to Comparative Examples 1-14.

なお、上記実施例は角型電池に関するものであるが、円筒型電池についても同様の効果が発揮される。   In addition, although the said Example is related with a square battery, the same effect is exhibited also about a cylindrical battery.

セパレータの熱収縮率の測定方法を示す図である。It is a figure which shows the measuring method of the thermal contraction rate of a separator. 本発明の非水電解質二次電池の構造例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structural example of the nonaqueous electrolyte secondary battery of this invention. 図2のA部の拡大図である。It is an enlarged view of the A section of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

G ガラス板
B セパレータ
1 正極
1a 正極集電体
1b 正極合剤層
1c 正極リード
2 負極
2a 負極集電体
2b 負極合剤層
2c 負極リード
3a 第1のセパレータ
3b 第2のセパレータ
4 電極巻回体
5 外装体
G glass plate B separator 1 positive electrode 1a positive electrode current collector 1b positive electrode mixture layer 1c positive electrode lead 2 negative electrode 2a negative electrode current collector 2b negative electrode mixture layer 2c negative electrode lead 3a first separator 3b second separator 4 electrode roll 5 exterior body

Claims (4)

正極と、負極と、2種類のセパレータとが積層され、さらに巻回されて形成された電極巻回体と、非水電解液とを含む非水電解質二次電池であって、
前記非水電解液に、シクロヘキシルベンゼン(CHB)とビフェニル(BP)とフルオロベンゼン(FB)とが添加されており、
これらの添加量が、
CHB:0.5〜3.5重量%、
BP :0.1〜0.5重量%、
FB :1.0〜6.0重量%、
とされ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 including a positive electrode, a negative electrode, and an electrode winding body formed by laminating and further winding two types of separators, and a non-aqueous electrolyte solution,
To the non-aqueous electrolyte, cyclohexylbenzene (CHB), biphenyl (BP) and fluorobenzene (FB) are added,
These addition amounts are
CHB: 0.5 to 3.5% by weight,
BP: 0.1 to 0.5% by weight,
FB: 1.0 to 6.0% by weight,
A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by the above.
正極と、負極と、2種類のセパレータとが積層され、さらに巻回されて形成された電極巻回体と、非水電解液とを含む非水電解質二次電池であって、
前記非水電解液に、シクロヘキシルベンゼン(CHB)とビフェニル(BP)とフルオロベンゼン(FB)とが添加されており、
これらの添加量が、
CHB:0.5〜3.5重量%、
BP :0.1〜0.5重量%、
FB :1.0〜6.0重量%、
とされており、
前記2種類のセパレータとして、負極の外周側には透気度が400sec /100cm3 以下の第1のセパレータが用いられ、負極の内周側には150℃、3時間保持でのTD方向の熱収縮率が30%以下である第2のセパレータが用いられ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 including a positive electrode, a negative electrode, and an electrode winding body formed by laminating and further winding two types of separators, and a non-aqueous electrolyte solution,
To the non-aqueous electrolyte, cyclohexylbenzene (CHB), biphenyl (BP), and fluorobenzene (FB) are added,
These addition amounts are
CHB: 0.5 to 3.5% by weight,
BP: 0.1 to 0.5% by weight,
FB: 1.0 to 6.0% by weight,
And
As the two types of separators, the first separator having an air permeability of 400 sec / 100 cm 3 or less is used on the outer peripheral side of the negative electrode, and the heat in the TD direction at 150 ° C. for 3 hours is used on the inner peripheral side of the negative electrode. A non-aqueous electrolyte secondary battery using a second separator having a shrinkage rate of 30% or less.
第1のセパレータと第2セパレータの平均厚みが、それぞれ25μm以下である、請求項2記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 2, wherein the average thickness of each of the first separator and the second separator is 25 μm or less. 前記第1のセパレータと第2セパレータの空孔率が、それぞれ60%以下である、請求項2または3記載の非水電解質二次電池。   4. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 2, wherein the porosity of each of the first separator and the second separator is 60% or less.
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