JP2006294597A - Non-aqueous electrolytic liquid secondary battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-aqueous electrolytic liquid secondary battery superior in safety and capable of suppressing reduction in capacity at the time of high-temperature storage. <P>SOLUTION: The non-aqueous secondary battery is equipped with a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material, a non-aqueous electrolytic liquid, and a separator. The separator includes a heat resistant resin having chlorine atom as an end group, and the positive electrode active material contains a lithium-contained compound oxide having aluminum atom in the composition. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、非水電解液二次電池に関し、特に安全性の高い非水電解液二次電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and particularly to a highly safe non-aqueous electrolyte secondary battery.

近年、民生用電子機器のポータブル化、コードレス化が急激に進んでいる。このような電子機器の駆動用電源として、小型かつ軽量で高エネルギー密度を有する電池への要望が高まっている。とりわけ、リチウムイオン二次電池は、高電圧で高エネルギー密度を有することから、ノートパソコン、携帯電話、AV機器などの携帯型電子機器の電源として、大きな成長が期待されている。   In recent years, consumer electronic devices have become increasingly portable and cordless. As a power source for driving such an electronic device, there is an increasing demand for a battery that is small, lightweight, and has a high energy density. In particular, since lithium ion secondary batteries have high voltage and high energy density, they are expected to grow greatly as power sources for portable electronic devices such as notebook computers, mobile phones, and AV devices.

リチウムイオン二次電池の正極活物質には、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn24などのリチウム含有複合酸化物が用いられている。このような正極活物質においては、充放電による膨張および収縮に伴って、結晶構造の破壊や粒子の割れ等が発生する。このため、充放電サイクルが繰り返されると、容量低下や内部抵抗の増加を生じる。 Lithium-containing composite oxides such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , and LiMn 2 O 4 are used as positive electrode active materials for lithium ion secondary batteries. In such a positive electrode active material, crystal structure destruction, particle cracking, and the like occur with expansion and contraction due to charge and discharge. For this reason, when the charge / discharge cycle is repeated, the capacity decreases and the internal resistance increases.

例えば、電池のサイクル特性や安全性を向上させるため、リチウム含有複合酸化物に含まれるCoやNiの一部を、Mgなどの元素で置換して、リチウム含有複合酸化物の結晶構造が安定化させることが提案されている(特許文献1参照)。   For example, in order to improve the cycle characteristics and safety of the battery, a part of Co and Ni contained in the lithium-containing composite oxide is replaced with an element such as Mg to stabilize the crystal structure of the lithium-containing composite oxide. Has been proposed (see Patent Document 1).

上記のような正極活物質のうちでも、LiNiO2は、理論容量が大きい反面、充放電に伴う結晶構造変化の可逆性が顕著に低下する。このような問題を解決するために、Niの一部をCoなどの元素で置換し、結晶構造の変化を緩和させる提案がなされている(例えば、特許文献2参照)。
さらには、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物の、ニッケルおよび/またはコバルトを安価なMnで置換して、Li(NiMnCo)O2を得、この酸化物を正極活物質として用いることが提案されている(例えば、特許文献3参照)。これにより、低価格でかつ高性能な電池を得ることができる。
Among the positive electrode active materials as described above, LiNiO 2 has a large theoretical capacity, but on the other hand, the reversibility of the crystal structure change accompanying charge / discharge is significantly reduced. In order to solve such a problem, a proposal has been made to relax a change in crystal structure by replacing a part of Ni with an element such as Co (for example, see Patent Document 2).
Furthermore, it has been proposed that nickel and / or cobalt in lithium-containing nickel cobalt oxide is replaced with inexpensive Mn to obtain Li (NiMnCo) O 2 and this oxide is used as a positive electrode active material ( For example, see Patent Document 3). Thereby, a low-cost and high-performance battery can be obtained.

リチウムイオン二次電池に用いられるセパレータには、安全性の観点から、熱可塑性樹脂、例えば、ポリオレフィンからなる多孔質膜が用いられることが多い。このようなセパレータは、いわゆるシャットダウン機能を有するからである。ここで、シャットダウン機能とは、例えば、外部短絡が起こり、それに伴って電池温度が急激な上昇した場合に、セパレータが軟化し、その細孔が塞がれて、イオン伝導性が低下することにより、電流を流れなくする機能である。   A separator used for a lithium ion secondary battery often uses a porous film made of a thermoplastic resin, for example, polyolefin, from the viewpoint of safety. This is because such a separator has a so-called shutdown function. Here, the shutdown function means that, for example, when an external short circuit occurs and the battery temperature suddenly increases, the separator softens, the pores are blocked, and the ionic conductivity decreases. This is a function that prevents current from flowing.

しかし、シャットダウン機能が働いたとしても、電池の温度がさらに上昇すると、セパレータが溶融および熱収縮して、正極と負極とが大規模な短絡する、いわゆるメルトダウンという問題が生じる。一方で、シャットダウン機能を向上させるために、セパレータの熱溶融性を高めると、セパレータのメルトダウン温度が低くなるという問題もある。   However, even if the shutdown function is activated, when the temperature of the battery further rises, the separator is melted and thermally contracted, so that there is a problem of so-called meltdown in which the positive electrode and the negative electrode are short-circuited on a large scale. On the other hand, when the thermal meltability of the separator is increased in order to improve the shutdown function, there is a problem that the meltdown temperature of the separator is lowered.

そこで、シャットダウン性と耐メルトダウン性の両方を向上させるために、上記のようなポリオレフィンからなる多孔質層と、耐熱性樹脂からなる層とを含む複合セパレータが多数提案されてきている。例えば、アラミドやポリアミドイミドのような耐熱性の含窒素芳香族重合体とセラミック粉末とからなる層と、多孔質フィルム層とを積層したセパレータが提案されている(例えば、特許文献4参照)。
特開2002−198051号公報 特許第3232943号公報 特開2004−31091号公報 特許第3175730号公報
Therefore, in order to improve both shutdown property and meltdown resistance, many composite separators including a porous layer made of polyolefin as described above and a layer made of a heat resistant resin have been proposed. For example, a separator in which a layer made of a heat-resistant nitrogen-containing aromatic polymer such as aramid or polyamideimide and ceramic powder and a porous film layer are laminated has been proposed (for example, see Patent Document 4).
JP 2002-198051 A Japanese Patent No. 3232943 JP 2004-31091 A Japanese Patent No. 3175730

上記のような耐熱性樹脂を用いた場合、電池の安全性を高めることはできる。しかし、高温保存時の容量低下が大きくなるという問題がある。具体的には、アラミドは、パラフェニレンジアミンに代表されるアミン基を有する有機物と、テレフタル酸クロリドに代表される塩素基を有する有機物とを重合して得られるため、生成したアラミドには、末端基として、塩素基が残存する。同様に、ポリアミドイミドは、無水トリメリット酸モノクロライドと、ジアミンとを反応させて得られるため、生成したポリアミドイミドには、末端基として、塩素基が残存する。このような塩素基は、高温環境下で電解液中に遊離する。一方、正極活物質は、高温かつ高電位の環境下において、正極活物質の主構成元素(Coなどの遷移金属)が溶出しやすい。遊離された塩素が正極活物質近傍に存在すると、正極活物質から溶出した遷移金属と塩素との錯形成反応が起こり続ける。このため、正極活物質から多量の構成元素が電解液に溶出し、正極活物質として機能する部位が減少するので、電池容量が著しく低下すると考えられる。   When the heat resistant resin as described above is used, the safety of the battery can be improved. However, there is a problem that the capacity drop during high temperature storage becomes large. Specifically, aramid is obtained by polymerizing an organic substance having an amine group typified by paraphenylenediamine and an organic substance having a chlorine group typified by terephthalic acid chloride. As a group, a chlorine group remains. Similarly, since polyamideimide is obtained by reacting trimellitic anhydride monochloride with diamine, a chlorine group remains as a terminal group in the produced polyamideimide. Such chlorine groups are liberated in the electrolytic solution under a high temperature environment. On the other hand, the positive electrode active material is likely to elute main constituent elements (transition metals such as Co) of the positive electrode active material in a high temperature and high potential environment. If the liberated chlorine is present in the vicinity of the positive electrode active material, a complexing reaction between the transition metal eluted from the positive electrode active material and chlorine continues to occur. For this reason, a large amount of constituent elements are eluted from the positive electrode active material into the electrolytic solution, and the number of sites that function as the positive electrode active material is reduced.

本発明は、上記のような問題を鑑みてなされたものであり、安全性に優れるとともに、高温保存時の容量の低下を抑制することができる非水電解液二次電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that is excellent in safety and can suppress a decrease in capacity during high-temperature storage. And

本発明は、正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、非水電解液と、セパレータとを具備し、セパレータが、末端基として塩素原子を有する耐熱性樹脂を含み、正極活物質が、組成中にアルミニウム原子を有するリチウム含有複合酸化物を含む非水電解液二次電池に関する。
上記耐熱性樹脂は、アラミドおよびポリアミドイミドよりなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。
The present invention comprises a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material, a non-aqueous electrolyte, and a separator, the separator including a heat resistant resin having a chlorine atom as a terminal group, The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the substance includes a lithium-containing composite oxide having an aluminum atom in the composition.
The heat resistant resin preferably contains at least one selected from the group consisting of aramid and polyamideimide.

上記セパレータは、耐熱性樹脂を含む膜と、それに積層されたポリオレフィンを含む膜とを有してもよい。また、セパレータは、ポリオレフィンを含む膜と、その膜の上に形成された、耐熱性樹脂およびフィラーを含む層とを有してもよい。   The separator may have a film containing a heat resistant resin and a film containing a polyolefin laminated thereon. The separator may have a film containing polyolefin and a layer containing a heat resistant resin and a filler formed on the film.

リチウム含有複合酸化物は、以下の式:
Lix1-yAly2 (1)
(1≦x≦1.05、0.001≦y≦0.2、Mは、Co、Ni、MnおよびMgよりなる群から選ばれる少なくとも1種である。)で表されることが好ましい。
The lithium-containing composite oxide has the following formula:
Li x M 1-y Al y O 2 (1)
(1 ≦ x ≦ 1.05, 0.001 ≦ y ≦ 0.2, M is at least one selected from the group consisting of Co, Ni, Mn, and Mg).

上記リチウム含有複合酸化物は、式(1)の複合酸化物の中でも、以下の式:
LiaCo1-b-cMgbAlc2 (2)
(1≦a≦1.05、0.005≦b≦0.1、0.001≦c≦0.2)で表される複合酸化物であってもよいし、
以下の式:
LiaNi1-b-cCobAlc2 (3)
(1≦a≦1.05、0.1≦b≦0.35、0.001≦c≦0.2)で表される複合酸化物であってもよいし、
以下の式:
LiaNi1-(b+c+d)MnbCocAld2 (4)
(1≦a≦1.05、0.1≦b≦0.5、0.1≦c≦0.5、0.001≦d≦0.2、0.2≦b+c+d≦0.75)で表される複合酸化物であってもよい。
The lithium-containing composite oxide includes the following formula among the composite oxides of the formula (1):
Li a Co 1-bc Mg b Al c O 2 (2)
(1 ≦ a ≦ 1.05, 0.005 ≦ b ≦ 0.1, 0.001 ≦ c ≦ 0.2)
The following formula:
Li a Ni 1-bc Co b Al c O 2 (3)
(1 ≦ a ≦ 1.05, 0.1 ≦ b ≦ 0.35, 0.001 ≦ c ≦ 0.2)
The following formula:
Li a Ni 1- (b + c + d) Mn b Co c Al d O 2 (4)
(1 ≦ a ≦ 1.05, 0.1 ≦ b ≦ 0.5, 0.1 ≦ c ≦ 0.5, 0.001 ≦ d ≦ 0.2, 0.2 ≦ b + c + d ≦ 0.75) The composite oxide represented may be sufficient.

本発明によれば、高温保存時に、セパレータに含まれる耐熱性樹脂から塩素原子が非水電解液中に遊離しても、正極活物質に含まれるアルミニウムと優先的に反応するために、正極活物質の他の構成要素が正極活物質から溶出することがない。このため、安全性が高く、高温保存特性に優れた非水電解液二次電池を提供することができる。   According to the present invention, even when chlorine atoms are released from the heat-resistant resin contained in the separator into the non-aqueous electrolyte during high temperature storage, the positive electrode active material reacts preferentially with the aluminum contained in the positive electrode active material. Other components of the material do not elute from the positive electrode active material. Therefore, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that has high safety and excellent high-temperature storage characteristics.

本発明の非水電解液二次電池は、正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、非水電解液と、セパレータとを具備する。正極活物質は、組成中にアルミニウム原子を有するリチウム含有複合酸化物を含む。セパレータは、末端基として塩素原子を有する耐熱性樹脂を含む。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material, a non-aqueous electrolyte, and a separator. A positive electrode active material contains the lithium containing complex oxide which has an aluminum atom in a composition. The separator includes a heat resistant resin having a chlorine atom as a terminal group.

本発明においては、正極活物質であるリチウム含有複合酸化物が、所定量のアルミニウム原子を含む。アルミニウム原子と塩素原子とからなる錯体は、リチウム含有複合酸化物の主構成元素(例えば、C、Ni、Mnなどの遷移金属)と塩素原子とからなる錯体と比較して、安定度定数が高い。このため、アルミニウム原子は、優先的に塩素原子と錯体を形成しやすい。よって、高温保存時において、セパレータに含まれる耐熱性樹脂から、末端基である塩素原子が非水電解液中に遊離しても、その塩素原子は、正極活物質に含まれるアルミニウム原子と優先的に錯体を形成する。従って、アルミニウム以外の、正極活物質に含まれる構成元素が、非水電解液中に溶出することを抑制することができ、高温保存時の電池容量の低下を回避することができる。   In the present invention, the lithium-containing composite oxide that is the positive electrode active material contains a predetermined amount of aluminum atoms. A complex composed of an aluminum atom and a chlorine atom has a higher stability constant than a complex composed of a main constituent element of a lithium-containing composite oxide (for example, a transition metal such as C, Ni, or Mn) and a chlorine atom. . For this reason, an aluminum atom tends to form a complex with a chlorine atom preferentially. Therefore, even when chlorine atoms, which are terminal groups, are released from the heat-resistant resin contained in the separator into the non-aqueous electrolyte during high-temperature storage, the chlorine atoms are preferentially combined with aluminum atoms contained in the positive electrode active material. To form a complex. Therefore, it is possible to suppress the constituent elements contained in the positive electrode active material other than aluminum from being eluted into the non-aqueous electrolyte solution, and avoid a decrease in battery capacity during high-temperature storage.

末端基として塩素原子を有する耐熱性樹脂は、アラミドおよびポリアミドイミドよりなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。アラミドおよびポリアミドイミドは、極性有機溶剤に可溶であるために、製膜しやすく、これらからなる多孔質膜は、非水電解液の保持力および耐熱性が極めて高いからである。   The heat resistant resin having a chlorine atom as a terminal group preferably contains at least one selected from the group consisting of aramid and polyamideimide. This is because aramid and polyamideimide are soluble in polar organic solvents, so that they are easy to form, and the porous film made of these has extremely high holding power and heat resistance for the non-aqueous electrolyte.

また、上記耐熱性樹脂は、ガラス転移点、融点、および化学変化を伴う熱分解開始温度が十分高いこと、より具体的には、高熱下での機械的強度が高いことが好ましい。
例えば、上記耐熱性樹脂は、アメリカ材料試験協会の試験法ASTM−D648、つまり1.82MPaでの荷重たわみ温度測定にて求められる熱変形温度が260℃以上であることが望ましい。この熱変形温度が高いほど、熱収縮などが生じた際も、セパレータの形状を維持することができるからである。熱変形温度が260℃以上の場合、電池過熱時の蓄熱により電池温度がさらに上昇した場合(通常180℃程度)でも、十分に高い熱安定性を発揮することができる。
The heat-resistant resin preferably has a glass transition point, a melting point, and a thermal decomposition starting temperature accompanied by a chemical change, and more specifically, a high mechanical strength under high heat.
For example, it is desirable that the heat-resistant resin has a heat distortion temperature of 260 ° C. or higher which is obtained by a test method ASTM-D648 of the American Society for Testing Materials, that is, a load deflection temperature measurement at 1.82 MPa. This is because the higher the heat distortion temperature, the more the shape of the separator can be maintained even when heat shrinkage occurs. When the heat distortion temperature is 260 ° C. or higher, sufficiently high thermal stability can be exhibited even when the battery temperature further rises due to heat storage during battery overheating (usually about 180 ° C.).

セパレータに含まれる塩素の量は、セパレータ1gあたり、300〜3000μgであることが好ましい。所定の重量の耐熱性樹脂に含まれる塩素の量は、耐熱性樹脂の重合度に影響を受ける。塩素量が少なすぎると、耐熱性樹脂の重合度が高くなりすぎ、その柔軟性が低下する。このため、耐熱性樹脂の加工性が低下する。塩素量が大きいと、耐熱性樹脂の重合度が小さく、耐熱性樹脂の熱変形温度が低下する。よって、塩素の量が上記範囲にあることにより、耐熱性樹脂の機能が十分に果たされると考えられる。   The amount of chlorine contained in the separator is preferably 300 to 3000 μg per 1 g of the separator. The amount of chlorine contained in a predetermined weight of the heat resistant resin is affected by the degree of polymerization of the heat resistant resin. If the amount of chlorine is too small, the degree of polymerization of the heat-resistant resin becomes too high, and the flexibility is lowered. For this reason, the workability of heat resistant resin falls. When the amount of chlorine is large, the degree of polymerization of the heat resistant resin is small, and the heat distortion temperature of the heat resistant resin is lowered. Therefore, it is considered that the function of the heat resistant resin is sufficiently performed when the amount of chlorine is in the above range.

本発明においては、上記耐熱性樹脂を含む多孔質膜をセパレータとして用いてよい。また、セパレータは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンを含む多孔質膜と、上記耐熱性樹脂を含む多孔質膜とが積層した積層膜であってもよい。さらには、セパレータは、ポリオレフィンを含む多孔質膜と、その上に形成された、上記耐熱性樹脂およびフィラーを含む多孔質層を有する積層物であってもよい。   In the present invention, a porous film containing the above heat-resistant resin may be used as a separator. The separator may be a laminated film in which, for example, a porous film containing a polyolefin such as polyethylene or polypropylene and a porous film containing the heat resistant resin are laminated. Furthermore, the separator may be a laminate having a porous film containing polyolefin and a porous layer formed on the porous film containing the heat-resistant resin and filler.

例えば、上記耐熱性樹脂を含む多孔質膜は、以下のようにして作製することができる。
まず、上記耐熱性樹脂を、N−メチルピロリドンなどの極性溶媒に溶解する。得られた溶液を、ガラス板、ステンレス板などの基材上に塗布し、乾燥する。得られた多孔質膜を基材から剥離する。このようにして、上記耐熱性樹脂を含む多孔質膜を得ることができる。
For example, the porous film containing the heat resistant resin can be produced as follows.
First, the heat resistant resin is dissolved in a polar solvent such as N-methylpyrrolidone. The obtained solution is applied on a substrate such as a glass plate or a stainless plate and dried. The obtained porous membrane is peeled from the substrate. In this way, a porous film containing the heat resistant resin can be obtained.

ポリオレフィンを含む多孔質膜と上記耐熱性樹脂を含む多孔質膜を積層した積層膜は、上記耐熱性樹脂を、極性溶媒に溶解し、その溶液を、ポリオレフィンを含む多孔質膜上に塗布し、乾燥することにより作製することができる。   A laminated film obtained by laminating a porous film containing polyolefin and a porous film containing the heat resistant resin is obtained by dissolving the heat resistant resin in a polar solvent, and applying the solution onto the porous film containing polyolefin. It can be produced by drying.

ポリオレフィンを含む多孔質膜と、その上に形成された、上記耐熱性樹脂およびフィラーを含む多孔質層とを有する積層物は、以下のようにして作製することができる。
上記耐熱性樹脂を、極性溶媒に溶解するとともに、その溶液にフィラーを添加する。得られた混合物を、ポリオレフィンを含む多孔質膜上に塗布し、乾燥する。こうして、ポリオレフィンを含む多孔質膜と、その上に形成された、上記耐熱性樹脂およびフィラーを含む多孔質層を有する積層物を得ることができる。
A laminate having a porous film containing polyolefin and a porous layer containing the heat resistant resin and filler formed thereon can be produced as follows.
The heat resistant resin is dissolved in a polar solvent, and a filler is added to the solution. The obtained mixture is applied onto a porous membrane containing polyolefin and dried. Thus, it is possible to obtain a laminate having a porous film containing polyolefin and a porous layer formed on the porous film containing the heat-resistant resin and filler.

用いられるフィラーは、非水電解液による浸漬や活物質の酸化還元電位下においても、電池特性に悪影響を及ぼさないように、化学的に安定であり、高純度であることが好ましい。このようなフィラーには、例えば、無機酸化物フィラーが挙げられる。無機酸化物フィラーには、例えば、アルミナ、ゼオライト、窒化珪素、炭化珪素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、二酸化ケイ素などの無機多孔質材料が含まれる。   The filler used is preferably chemically stable and highly pure so as not to adversely affect the battery characteristics even when immersed in a non-aqueous electrolyte or under the oxidation-reduction potential of the active material. Examples of such a filler include inorganic oxide fillers. Examples of the inorganic oxide filler include inorganic porous materials such as alumina, zeolite, silicon nitride, silicon carbide, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, zinc oxide, and silicon dioxide.

上記のうちでも、耐熱性がより高いため、ポリオレフィンを含む多孔質膜と、その上に形成された、上記耐熱性樹脂およびフィラーを含む多孔質層とを有する積層物をセパレータとして用いることが好ましい。   Among these, since the heat resistance is higher, it is preferable to use a laminate having a porous film containing polyolefin and a porous layer containing the porous film containing the heat-resistant resin and filler formed thereon as a separator. .

セパレータが、ポリオレフィンを含む多孔質膜と、耐熱性樹脂およびフィラーを含む多孔質層とを有する積層物である場合、耐熱性樹脂層およびフィラーを含む多孔質層の厚みは、特に限定されないが、内部短絡の防止による安全性の確保と電池容量のバランスから、1〜20μmが好ましく、2〜10μmであることがより好ましい。その厚みが1μm未満の場合、高温環境下において、耐熱性樹脂およびフィラーを含む多孔質層は、ポリオレフィンを含む多孔質層の熱収縮を抑止する効果が小さくなる。その厚みが20μmを超える場合、耐熱性樹脂およびフィラーを含む多孔質層は、その空隙率が比較的低くなり、そのイオン伝導性が低下する。このため、インピーダンスが上昇し、電池の充放電特性が多少低下することがある。   When the separator is a laminate having a porous film containing polyolefin and a porous layer containing a heat resistant resin and a filler, the thickness of the porous layer containing the heat resistant resin layer and the filler is not particularly limited, 1-20 micrometers is preferable from the ensuring of safety | security by prevention of an internal short circuit, and the balance of battery capacity, and it is more preferable that it is 2-10 micrometers. When the thickness is less than 1 μm, the porous layer containing the heat-resistant resin and the filler becomes less effective in suppressing heat shrinkage of the porous layer containing polyolefin in a high temperature environment. When the thickness exceeds 20 μm, the porosity of the porous layer containing the heat resistant resin and the filler is relatively low, and the ionic conductivity is lowered. For this reason, an impedance rises and the charging / discharging characteristic of a battery may fall a little.

イオン伝導性を確保する観点から、耐熱性樹脂およびフィラーを含む多孔質層の空隙率は、20〜70%であることが好ましい。この空隙率は、耐熱性樹脂およびフィラーを含む混合物の塗布速度や乾燥条件(温度および風量)、ならびにフィラーの粒径や形状などを調節することにより、制御することができる。   From the viewpoint of ensuring ion conductivity, the porosity of the porous layer containing the heat resistant resin and the filler is preferably 20 to 70%. This porosity can be controlled by adjusting the coating speed and drying conditions (temperature and air volume) of the mixture containing the heat-resistant resin and the filler, the particle size and shape of the filler, and the like.

セパレータが、ポリオレフィンを含む多孔質膜と、その上に形成された、耐熱性樹脂とフィラーを含む多孔質層とを有する場合、セパレータの総厚みは、特に限定されないが、安全性、各種電池特性、および電池設計容量を総合的に勘案すれば、5〜35μmであることが好ましい。   When the separator has a porous film containing polyolefin and a porous layer containing heat-resistant resin and filler formed thereon, the total thickness of the separator is not particularly limited, but safety, various battery characteristics When considering the battery design capacity comprehensively, it is preferably 5 to 35 μm.

ポリオレフィンを含む多孔質膜の細孔の孔径は、イオン伝導性と機械的強度を両立させる観点から、0.01〜10μmであることが好ましい。   The pore diameter of the porous membrane containing polyolefin is preferably 0.01 to 10 μm from the viewpoint of achieving both ion conductivity and mechanical strength.

上記耐熱性樹脂を含むセパレータの場合、内部短絡の防止による安全性の確保と電池容量とのバランスから、セパレータの厚みは5〜20μmが好ましく、10〜20μmであることがより好ましい。耐熱性樹脂を含むセパレータの空隙率は、20〜70%とすることが好ましい。なお、セパレータの空隙率は、耐熱性樹脂溶液の塗布速度や乾燥条件を調節することにより、制御することができる。   In the case of the separator containing the heat resistant resin, the thickness of the separator is preferably 5 to 20 μm, and more preferably 10 to 20 μm, from the viewpoint of ensuring safety by preventing internal short circuit and the battery capacity. The porosity of the separator containing the heat resistant resin is preferably 20 to 70%. The porosity of the separator can be controlled by adjusting the application rate of the heat resistant resin solution and the drying conditions.

次に、正極活物質である、組成中にアルミニウム原子を有するリチウム含有複合酸化物について説明する。
上記のように、高温かつ高電位な環境下において、耐熱性樹脂に、末端基として残存している塩素原子が遊離しても、その塩素原子がアルミニウム原子と優先的に錯体を形成するように、本発明においては、所定量のアルミニウムが含まれるリチウム含有複合酸化物が用いられる。
Next, a lithium-containing composite oxide having an aluminum atom in the composition, which is a positive electrode active material, will be described.
As described above, in a high temperature and high potential environment, even if a chlorine atom remaining as a terminal group is liberated in a heat resistant resin, the chlorine atom preferentially forms a complex with an aluminum atom. In the present invention, a lithium-containing composite oxide containing a predetermined amount of aluminum is used.

このようなリチウム含有複合酸化物の中でも、以下の式:
Lix1-yAly2 (1)
(1≦x≦1.05、0.001≦y≦0.2、MはCo、Ni、Mn、およびMgよりなる群から選ばれる少なくとも1種である。)で表されるリチウム含有複合酸化物を用いることができる。式(1)で表されるリチウム含有複合酸化物は、容量が大きく、かつ高電圧下においても、リチウムイオンの吸蔵および放出が可能であるからである。
Among such lithium-containing composite oxides, the following formula:
Li x M 1-y Al y O 2 (1)
(1 ≦ x ≦ 1.05, 0.001 ≦ y ≦ 0.2, M is at least one selected from the group consisting of Co, Ni, Mn, and Mg.) Can be used. This is because the lithium-containing composite oxide represented by the formula (1) has a large capacity and can occlude and release lithium ions even under a high voltage.

リチウムのモル比xは、1≦x≦1.05でることが望ましい。リチウムのモル比xが1未満の場合、リチウム含有複合酸化物を作製するときの原料混合物において、リチウム塩が少なくなる。このために、得られた生成物に、酸化コバルトなどの電気化学的に不活性な不純物が存在することとなり、電池容量が低下することがある。リチウムのモル比xが1.05を超える場合、原料混合物にリチウム塩が過剰に存在する。このために、生成物においてリチウム塩が不純物として残存し、電池容量が低下することがある。
なお、リチウムのモル比xは、式(1)で表されるリチウム含有複合酸化物の作製直後の値である。ただし、x値は、電池の充放電により、上記x値の範囲を超えて変化する。
The molar ratio x of lithium is preferably 1 ≦ x ≦ 1.05. When the molar ratio x of lithium is less than 1, the lithium salt is reduced in the raw material mixture for producing the lithium-containing composite oxide. For this reason, electrochemically inactive impurities such as cobalt oxide are present in the obtained product, and the battery capacity may be reduced. When the molar ratio x of lithium exceeds 1.05, an excess of lithium salt is present in the raw material mixture. For this reason, lithium salts may remain as impurities in the product, and the battery capacity may be reduced.
Note that the molar ratio x of lithium is a value immediately after the production of the lithium-containing composite oxide represented by the formula (1). However, the x value changes beyond the range of the x value due to charging / discharging of the battery.

アルミニウムのモル比yは0.001≦y≦0.2であることが望ましく、0.005≦y≦0.2であることがさらに望ましい。アルミニウムのモル比yが0.001未満の場合、上述した作用が十分ではなく、十分な改善効果が期待できないことがある。モル比yが0.2を超える場合、充放電反応に寄与する金属原子Mの量が少なくなるので、電池容量が低下することがある。   The molar ratio y of aluminum is preferably 0.001 ≦ y ≦ 0.2, and more preferably 0.005 ≦ y ≦ 0.2. When the molar ratio y of aluminum is less than 0.001, the above-described action is not sufficient, and a sufficient improvement effect may not be expected. When the molar ratio y exceeds 0.2, the amount of the metal atom M contributing to the charge / discharge reaction decreases, and the battery capacity may be reduced.

式(1)で表されるリチウム含有複合酸化物の製造方法は、特に限定されないが、例えば、以下のようにして、作製することができる。
コバルト塩、ニッケル塩、マンガン塩およびマグネシウム塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種の塩と、リチウム塩と、マグネシウム塩とを、所定の割合で混合する。得られた原料混合物を、酸化雰囲気下、高温で焼成することにより、式(1)のリチウム含有複合酸化物を得ることができる。
Although the manufacturing method of the lithium containing complex oxide represented by Formula (1) is not specifically limited, For example, it can produce as follows.
At least one salt selected from the group consisting of a cobalt salt, a nickel salt, a manganese salt, and a magnesium salt, a lithium salt, and a magnesium salt are mixed at a predetermined ratio. The lithium-containing composite oxide of formula (1) can be obtained by firing the obtained raw material mixture at high temperature in an oxidizing atmosphere.

上記式(1)で表されるリチウム含有複合酸化物の中でも、以下の式:
LiaCo1-b-cMgbAlc2 (2)
(1≦a≦1.05、0.005≦b≦0.1、0.001≦c≦0.2)
で表されるリチウム含有複合酸化物を用いることができる。式(2)で表されるリチウム含有複合酸化物は、マグネシウムを含む。マグネシウムが含まれることにより、正極活物質が充放電により膨張および収縮を繰り返したとしても、結晶格子の歪み、その構造破壊、または活物質粒子の割れを抑制することができる。これにより、放電容量の低下が緩和され、サイクル特性が向上する。
Among the lithium-containing composite oxides represented by the above formula (1), the following formula:
Li a Co 1-bc Mg b Al c O 2 (2)
(1 ≦ a ≦ 1.05, 0.005 ≦ b ≦ 0.1, 0.001 ≦ c ≦ 0.2)
A lithium-containing composite oxide represented by the formula can be used. The lithium-containing composite oxide represented by the formula (2) contains magnesium. By including magnesium, even if the positive electrode active material repeatedly expands and contracts due to charge and discharge, distortion of the crystal lattice, structural breakdown thereof, or cracking of the active material particles can be suppressed. As a result, the reduction in discharge capacity is alleviated and the cycle characteristics are improved.

マグネシウムのモル比bは、0.005≦b≦0.1であることが望ましい。モル比bが0.005未満であると、上記効果が得られない場合がある。モル比bが0.1を超えると、電池容量が若干低下することがある。   The molar ratio b of magnesium is preferably 0.005 ≦ b ≦ 0.1. If the molar ratio b is less than 0.005, the above effect may not be obtained. When the molar ratio b exceeds 0.1, the battery capacity may be slightly reduced.

アルミニウムのモル比cは、0.001≦c≦0.2であることが望ましい。モル比cが、0.001未満であると、Alの効果が十分に発揮されない。モル比cが0.2を超えると、充放電反応に寄与する金属原子の量が若干不足する。   The molar ratio c of aluminum is preferably 0.001 ≦ c ≦ 0.2. When the molar ratio c is less than 0.001, the effect of Al is not sufficiently exhibited. When the molar ratio c exceeds 0.2, the amount of metal atoms contributing to the charge / discharge reaction is slightly insufficient.

なお、リチウムのモル比aの好ましい範囲およびその範囲が好ましい理由は、式(1)のリチウム含有複合酸化物の場合と同様である。   The preferable range of the molar ratio a of lithium and the reason why the range is preferable are the same as in the case of the lithium-containing composite oxide of the formula (1).

式(2)で表されるリチウム含有複合酸化物の製造方法は、特に限定されないが、例えば、以下のようにして作製することができる。
リチウム塩と、マグネシウム塩、コバルト塩およびアルミニウム塩を、所定の割合で混合する。得られた原料混合物を、酸化雰囲気下、高温で焼成することにより、式(2)のリチウム含有複合酸化物を得ることができる。
Although the manufacturing method of the lithium containing complex oxide represented by Formula (2) is not specifically limited, For example, it can produce as follows.
A lithium salt, a magnesium salt, a cobalt salt, and an aluminum salt are mixed in a predetermined ratio. The lithium-containing composite oxide of formula (2) can be obtained by firing the obtained raw material mixture at high temperature in an oxidizing atmosphere.

なお、コバルト、マグネシウムおよびアルミニウムよりなる群から選ばれる2種以上の元素を含む複合塩を、複合塩に含まれる元素のそれぞれの塩の代わりに用いてもよい。例えば、コバルト塩、マグネシウム塩およびアルミニウム塩の代わりに、コバルトとマグネシウムとアルミニウムを含む共晶水酸化物またはそれらの共晶酸化物を用いることができる。   In addition, you may use the composite salt containing 2 or more types of elements chosen from the group which consists of cobalt, magnesium, and aluminum instead of each salt of the element contained in composite salt. For example, a eutectic hydroxide containing cobalt, magnesium and aluminum or an eutectic oxide thereof can be used instead of the cobalt salt, the magnesium salt and the aluminum salt.

同様に、以下の式:
LiaNi1-b-cCobAlc2 (3)
(1≦a≦1.05、0.1≦b≦0.35、0.001≦c≦0.2)
で表されるリチウム含有複合酸化物を用いることもできる。LiNiO2ベースの材料は、高容量密度ながら充放電に伴う結晶構造変化が大きく、また構造変化の可逆性が悪いことが知られている。一方、式(3)のリチウム含有複合酸化物は、その組成中に、コバルトおよびアルミニウムをさらに含む。コバルト原子またはアルミニウム原子が、その結晶構造中、特にリチウム拡散層に存在することにより、リチウムがその複合酸化物から脱離するときに、結晶格子の収縮が抑制される。このため、充放電時の構造変化量を小さくすることができる。
また、式(3)のリチウム含有複合酸化物は、LiCoO2ベースの材料に比べて安価であり、特に大型電池用途の正極材料としても有用である。
Similarly, the following formula:
Li a Ni 1-bc Co b Al c O 2 (3)
(1 ≦ a ≦ 1.05, 0.1 ≦ b ≦ 0.35, 0.001 ≦ c ≦ 0.2)
It is also possible to use a lithium-containing composite oxide represented by It is known that a LiNiO 2 based material has a large crystal structure change due to charge / discharge in spite of a high capacity density, and the reversibility of the structure change is poor. On the other hand, the lithium-containing composite oxide of formula (3) further contains cobalt and aluminum in its composition. The presence of cobalt atoms or aluminum atoms in the crystal structure, particularly in the lithium diffusion layer, suppresses the shrinkage of the crystal lattice when lithium is desorbed from the composite oxide. For this reason, the structural change amount at the time of charging / discharging can be made small.
Further, the lithium-containing composite oxide of the formula (3) is less expensive than a LiCoO 2 based material, and is particularly useful as a positive electrode material for large battery applications.

コバルトのモル比bは、0.1≦b≦0.35であることが望ましい。モル比bが0.1未満であると、上述した効果が得られにくい。モル比bが0.35を超えると、電池容量が若干低下する。   The molar ratio b of cobalt is preferably 0.1 ≦ b ≦ 0.35. When the molar ratio b is less than 0.1, it is difficult to obtain the effects described above. When the molar ratio b exceeds 0.35, the battery capacity slightly decreases.

なお、リチウムのモル比aおよびアルミニウムのモル比cの好ましい範囲およびその範囲が好ましい理由については、式(1)のリチウム含有複合酸化物の場合と同様である。   The preferable range of the molar ratio a of lithium and the molar ratio c of aluminum and the reason why the range is preferable are the same as in the case of the lithium-containing composite oxide of the formula (1).

式(3)のリチウム含有複合酸化物は、例えば、以下のようにして作製することができる。
ニッケル塩、コバルト塩およびアルミニウム塩を所定の混合比で水に溶解する。得られた水溶液を中和処理し、共沈によりニッケル−コバルト−アルミニウム三元系複合水酸化物として析出させる。得られた複合水酸化物とリチウム塩とを所定の混合比で混合し、その混合物を焼成することにより、式(3)のリチウム含有複合酸化物を得ることができる。
なお、ニッケル、コバルトおよびアルミニウムよりなる群から選ばれる2種以上の元素を含む複合塩を、複合塩に含まれる元素のそれぞれの塩の代わりに用いてもよい。
The lithium-containing composite oxide represented by the formula (3) can be produced, for example, as follows.
Nickel salt, cobalt salt and aluminum salt are dissolved in water at a predetermined mixing ratio. The obtained aqueous solution is neutralized and precipitated as a nickel-cobalt-aluminum ternary composite hydroxide by coprecipitation. The obtained composite hydroxide and lithium salt are mixed at a predetermined mixing ratio, and the mixture is fired to obtain a lithium-containing composite oxide of the formula (3).
In addition, you may use the composite salt containing 2 or more types of elements chosen from the group which consists of nickel, cobalt, and aluminum instead of each salt of the element contained in composite salt.

さらには、以下の式:
LiaNi1-(b+c+d)MnbCocAld2 (4)
(1≦a≦1.05、0.1≦b≦0.5、0.1≦c≦0.5、0.001≦d≦0.2、0.2≦b+c+d≦0.75)
で表されるリチウム含有複合酸化物を用いることもできる。式(4)で表されるリチウム含有複合酸化物は、安価でありながら、安定した電池特性を維持することができる。
Furthermore, the following formula:
Li a Ni 1- (b + c + d) Mn b Co c Al d O 2 (4)
(1 ≦ a ≦ 1.05, 0.1 ≦ b ≦ 0.5, 0.1 ≦ c ≦ 0.5, 0.001 ≦ d ≦ 0.2, 0.2 ≦ b + c + d ≦ 0.75)
It is also possible to use a lithium-containing composite oxide represented by The lithium-containing composite oxide represented by the formula (4) can maintain stable battery characteristics while being inexpensive.

マンガンのモル比bは、0.1≦b≦0.5であることが望ましい。モル比bが0.1未満であると、複合酸化物に含まれるマンガンの量が少ないため、コストダウンが図りにくい。モル比bが、0.5を超えると、電池容量が若干低下する。   The molar ratio b of manganese is preferably 0.1 ≦ b ≦ 0.5. When the molar ratio b is less than 0.1, the amount of manganese contained in the composite oxide is small, so that it is difficult to reduce the cost. When the molar ratio b exceeds 0.5, the battery capacity slightly decreases.

コバルトのモル比cは、0.1≦c≦0.5であることが望ましい。モル比cが0.1未満であると、複合酸化物の結晶が若干不安定となり、サイクル特性が低下したり、電池の安全性が多少低下したりすることがある。モル比cが0.5を超えると、電池容量が若干低下する。   The molar ratio c of cobalt is preferably 0.1 ≦ c ≦ 0.5. If the molar ratio c is less than 0.1, the complex oxide crystals may be slightly unstable, and the cycle characteristics may be deteriorated or the safety of the battery may be somewhat deteriorated. When the molar ratio c exceeds 0.5, the battery capacity slightly decreases.

また、種々の電池特性がバランスよく発揮されるためには、0.2≦b+c+d≦0.75であることが好ましい。   In order to exhibit various battery characteristics in a balanced manner, it is preferable that 0.2 ≦ b + c + d ≦ 0.75.

なお、リチウムのモル比aおよびアルミニウムのモル比dの好ましい範囲は、式(1)のリチウム含有複合酸化物の場合と同様である。   The preferable ranges of the molar ratio a of lithium and the molar ratio d of aluminum are the same as those of the lithium-containing composite oxide of the formula (1).

式(4)のリチウム含有複合酸化物は、例えば、リチウム塩、ニッケル塩、コバルト塩、マンガン塩、アルミニウム塩などを、所定の混合比で混合し、得られた混合物を、酸化雰囲気下、高温で焼成することにより得ることができる。   The lithium-containing composite oxide of the formula (4) is prepared by mixing, for example, a lithium salt, a nickel salt, a cobalt salt, a manganese salt, an aluminum salt, and the like at a predetermined mixing ratio. It can obtain by baking with.

なお、上記と同様に、ニッケル、コバルト、マンガンおよびアルミニウムよりなる群から選ばれる2種以上の元素を含む複合塩を、複合塩に含まれる元素のそれぞれの塩の代わりに用いてもよい。例えば、ニッケル塩、コバルト塩、マンガン塩、およびアルミニウム塩の代わりに、コバルトとマグネシウムとマンガンとアルミニウムとを含む共晶水酸化物またはそれらの共晶酸化物を用いることができる。   Similarly to the above, a composite salt containing two or more elements selected from the group consisting of nickel, cobalt, manganese, and aluminum may be used in place of each salt of the elements contained in the composite salt. For example, a eutectic hydroxide containing cobalt, magnesium, manganese, and aluminum or an eutectic oxide thereof can be used instead of the nickel salt, cobalt salt, manganese salt, and aluminum salt.

上記リチウム含有複合酸化物の合成に用いられるリチウム塩としては、例えば、炭酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウム、硫酸リチウムおよび酸化リチウムを用いることができる。
マグネシウム塩としては、例えば、酸化マグネシウム、塩基性炭酸マグネシウム、塩化マグネシウム、フッ化マグネシウム、硝酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、蓚酸マグネシウム、硫化マグネシウムおよび水酸化マグネシウムを用いることができる。
コバルト塩としては、例えば、酸化コバルトおよび水酸化コバルトを用いることができる。
アルミニウム塩としては、例えば、水酸化アルミニウム、硝酸アルミニウム、酸化アルミニウム、フッ化アルミニウムおよび硫酸アルミニウムを用いることができる。
ニッケル塩としては、例えば、酸化ニッケルおよび水酸化ニッケルを用いることができる。
マンガン塩としては、例えば、酸化マンガン、水酸化マンガン、炭酸マンガン、硝酸マンガン、硫酸マンガン、フッ化マンガン、塩化マンガンおよびオキシ水酸化マンガンを用いることができる。
As the lithium salt used for the synthesis of the lithium-containing composite oxide, for example, lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium sulfate, and lithium oxide can be used.
Examples of magnesium salts that can be used include magnesium oxide, basic magnesium carbonate, magnesium chloride, magnesium fluoride, magnesium nitrate, magnesium sulfate, magnesium acetate, magnesium oxalate, magnesium sulfide, and magnesium hydroxide.
As the cobalt salt, for example, cobalt oxide and cobalt hydroxide can be used.
As the aluminum salt, for example, aluminum hydroxide, aluminum nitrate, aluminum oxide, aluminum fluoride, and aluminum sulfate can be used.
As the nickel salt, for example, nickel oxide and nickel hydroxide can be used.
As the manganese salt, for example, manganese oxide, manganese hydroxide, manganese carbonate, manganese nitrate, manganese sulfate, manganese fluoride, manganese chloride, and manganese oxyhydroxide can be used.

上記式(1)で表されるリチウム含有複合酸化物においては、それに含まれる複合酸化物を、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いても、本発明の効果を得ることができる。例えば、式(1)〜(4)で表されるリチウム含有複合酸化物のうちの2種以上を含む混合物を、正極活物質として用いることができる。   In the lithium-containing composite oxide represented by the above formula (1), the effect of the present invention can be obtained even if the composite oxide contained therein is used alone or in combination of two or more. . For example, a mixture containing two or more lithium-containing composite oxides represented by formulas (1) to (4) can be used as the positive electrode active material.

組成中にアルミニウム原子を含まないリチウム含有複合酸化物の混合物、例えば、LiaCo1-b2とLiaNi1-(b+c)MnbCoc2との混合物を、正極活物質として用いた場合、充電状態における各複合酸化物の電位は、含まれる遷移金属の価数に由来する。この2種の複合酸化物においては、含まれる遷移金属の種類が異なるので、各複合酸化物の電位が異なる値となる。このため、その混合物においては、電位分布のバラツキが生じやすい。よって、耐熱性樹脂に末端基として含まれる塩素原子が遊離した場合には、正極活物質の主構成元素(Coなどの遷移金属)が非水電解液中に溶出しやすくなる虞がある。さらに、充電電圧が高い場合、正極活物質に含まれる遷移金属は、高電圧環境下では酸化されやすくなり、特に主構成元素(Coなどの遷移金属)が溶出しやすくなる。
しかしながら、本発明で用いられるリチウム含有複合酸化物はAlを含むため、耐熱性樹脂に含まれる塩素原子が非水電解液中に遊離した場合でも、選択的に正極その複合酸化物からAlが選択的に溶出し、他の主構成要素の溶出が抑制される。このため、安全性に優れ、高温保存時の容量低下が抑制される電池を得ることができる。
A mixture of a lithium-containing composite oxide that does not contain an aluminum atom in the composition, for example, a mixture of Li a Co 1-b O 2 and Li a Ni 1- (b + c) Mn b Co c O 2 is used. When used as a substance, the potential of each composite oxide in the charged state is derived from the valence of the transition metal contained. In these two types of composite oxides, since the types of transition metals contained are different, the potentials of the respective composite oxides have different values. For this reason, variations in the potential distribution are likely to occur in the mixture. Therefore, when a chlorine atom contained as a terminal group in the heat-resistant resin is liberated, the main constituent element (transition metal such as Co) of the positive electrode active material may be easily eluted into the non-aqueous electrolyte. Furthermore, when the charging voltage is high, the transition metal contained in the positive electrode active material is likely to be oxidized in a high voltage environment, and the main constituent elements (transition metals such as Co) are likely to elute.
However, since the lithium-containing composite oxide used in the present invention contains Al, even when chlorine atoms contained in the heat-resistant resin are liberated in the nonaqueous electrolyte, Al is selectively selected from the composite oxide of the positive electrode. Elution, and the elution of other main components is suppressed. For this reason, the battery which is excellent in safety | security and the capacity | capacitance fall at the time of high temperature storage is suppressed can be obtained.

次に、正極、負極、および非水電解液について説明する。   Next, the positive electrode, the negative electrode, and the nonaqueous electrolytic solution will be described.

正極は、例えば、正極集電体およびその上に担持された正極合剤層を含んでいてもよい。
正極合剤層は、正極活物質、導電剤、結着剤等を含む。上記のように、正極活物質は、組成中にアルミニウム原子を有するリチウム含有複合酸化物を含む。
The positive electrode may include, for example, a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer supported thereon.
The positive electrode mixture layer includes a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and the like. As described above, the positive electrode active material includes a lithium-containing composite oxide having an aluminum atom in the composition.

正極に用いられる結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、変性アクリロニトリルゴム粒子(例えば、日本ゼオン(株)製のBM−500B)、ならびに結着性および増粘性の両方の特性を有するポリ弗化ビニリデンおよびその変性体が挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、上記ポリテトラフルオロエチレンおよび変性アクリロニトリルゴム粒子は、増粘効果のあるカルボキシメチルセルロース、ポリエチレンオキシド、可溶性変性アクリロニトリルゴム(例えば、日本ゼオン(株)製のBM−720H)と組み合わせて用いてもよい。
Examples of the binder used for the positive electrode include polytetrafluoroethylene, modified acrylonitrile rubber particles (for example, BM-500B manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.), and poly having both binding properties and thickening properties. Examples thereof include vinylidene fluoride and modified products thereof. These may be used alone or in combination of two or more.
The polytetrafluoroethylene and the modified acrylonitrile rubber particles may be used in combination with carboxymethylcellulose, polyethylene oxide, or soluble modified acrylonitrile rubber (for example, BM-720H manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) having a thickening effect. .

導電剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、各種グラファイトを用いることができる。これらは、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   As the conductive agent, acetylene black, ketjen black, and various graphites can be used. These may be used alone or in combination of two or more.

正極と同様に、負極も、負極集電体およびその上に担持された負極合剤層を含んでいてもよい。負極合剤層は、負極活物質を含む。負極合剤層は、必要に応じて、結着剤、導電剤等を含んでいてもよい。   Similar to the positive electrode, the negative electrode may also include a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer carried thereon. The negative electrode mixture layer includes a negative electrode active material. The negative electrode mixture layer may contain a binder, a conductive agent, and the like as necessary.

負極活物質としては、リチウム金属、リチウムと合金化可能な材料、各種天然黒鉛や人造黒鉛、シリサイドなどのシリコン系複合材料、スズ、アルミニウム、亜鉛およびマグネシウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むリチウム合金、ならびに各種合金材料を用いることができる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   The negative electrode active material includes at least one element selected from the group consisting of lithium metal, materials that can be alloyed with lithium, various types of natural graphite, artificial graphite, silicon-based composite materials such as silicide, tin, aluminum, zinc, and magnesium. And various alloy materials can be used. These may be used alone or in combination of two or more.

上記のうちでも、容量を高くする観点からは、例えば、リチウムと合金化可能な物質、リチウム金属、上記リチウム合金よりなる群から選ばれる少なくとも1種を負極活物質として用いることが望ましい。
リチウムと合金化可能な材料としては、シリコンの単体、シリコンの酸化物(例えば、SiOx(0<x<2))、スズの単体、スズの酸化物(例えば、SnO)、Tiなどが挙げられる。
Among these, from the viewpoint of increasing the capacity, for example, at least one selected from the group consisting of a material that can be alloyed with lithium, lithium metal, and the above lithium alloy is preferably used as the negative electrode active material.
Examples of materials that can be alloyed with lithium include silicon simple substance, silicon oxide (eg, SiO x (0 <x <2)), tin simple substance, tin oxide (eg, SnO), and Ti. It is done.

なお、負極合剤層は、負極活物質を集電体に直接蒸着することにより形成してもよい。また、負極活物質と少量の任意成分を含む合剤を集電体に塗布し、乾燥することにより、負極合剤層を形成してもよい。   The negative electrode mixture layer may be formed by directly depositing a negative electrode active material on a current collector. Moreover, you may form a negative mix layer by apply | coating the mixture containing a negative electrode active material and a small amount of arbitrary components to a collector, and drying.

負極で用いられる結着剤としては、正極と同様に、ポリフッ化ビニリデンおよびその変性体をはじめ、各種樹脂材料を用いることができる。
中でも、過充電安全性向上の観点から、例えば、スチレン−ブタジエン共重合体またはその変性体と、カルボキシメチルセルロース等のセルロース系樹脂とを含む水溶性結着剤の混合物を使用することがより好ましい。
As the binder used in the negative electrode, various resin materials such as polyvinylidene fluoride and modified products thereof can be used as in the positive electrode.
Among these, from the viewpoint of improving overcharge safety, it is more preferable to use a mixture of a water-soluble binder containing, for example, a styrene-butadiene copolymer or a modified product thereof and a cellulose resin such as carboxymethylcellulose.

非水電解液は、非水溶媒と、それに溶解した溶質を含む。非水溶媒としては、当該分野で一般的に用いられる溶媒を用いることができる。このような溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、およびエチルメチルカーボネートが挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   The nonaqueous electrolytic solution includes a nonaqueous solvent and a solute dissolved in the nonaqueous solvent. As the non-aqueous solvent, a solvent generally used in this field can be used. Examples of such a solvent include ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. These may be used alone or in combination of two or more.

溶質としては、当該分野で一般的に用いられているリチウム塩を用いることができる。このようなリチウム塩としては、例えば、LiPF6およびLiBF4が挙げられる。このようなリチウム塩は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 As the solute, a lithium salt generally used in this field can be used. Examples of such lithium salts include LiPF 6 and LiBF 4 . Such lithium salt may be used independently and may be used in combination of 2 or more type.

また、非水電解液は、正負極上に良好な皮膜を形成させるために、例えば、ビニレンカーボネート、シクロヘキシルベンゼン、および/またはそれらの変性体を含んでいてもよい。   In addition, the nonaqueous electrolytic solution may contain, for example, vinylene carbonate, cyclohexylbenzene, and / or a modified product thereof in order to form a good film on the positive and negative electrodes.

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these.

(実施例1−1)
(a)正極の作製
硫酸コバルトを0.999mol/Lの濃度で含み、かつ硫酸アルミニウムを0.001mol/Lの濃度で含む水溶液を反応槽に連続供給した。その水溶液のpHが10〜13になるように、反応槽に水酸化ナトリウムを滴下することにより、Co0.999Al0.001(OH)2を合成した。その後、この水酸化物を十分に水洗し、乾燥して、正極活物質の前駆体とした。
(Example 1-1)
(A) Production of positive electrode An aqueous solution containing cobalt sulfate at a concentration of 0.999 mol / L and aluminum sulfate at a concentration of 0.001 mol / L was continuously supplied to the reaction vessel. Co 0.999 Al 0.001 (OH) 2 was synthesized by dropping sodium hydroxide into the reaction vessel so that the pH of the aqueous solution was 10 to 13. Thereafter, the hydroxide was sufficiently washed with water and dried to obtain a positive electrode active material precursor.

得られた前駆体と炭酸リチウムとを、リチウムとコバルトとアルミニウムとのモル比が1.02:0.999:0.001になるように混合した。その混合物を、600℃で10時間仮焼成し、粉砕した。次いで、粉砕された焼成物を、900℃で再度10時間焼成し、粉砕し、分級して、式Li1.02Co0.999Al0.0012で表されるリチウム含有複合酸化物を得た。このリチウム含有複合酸化物を正極活物質1−1とした。 The obtained precursor and lithium carbonate were mixed so that the molar ratio of lithium, cobalt, and aluminum was 1.02: 0.999: 0.001. The mixture was calcined at 600 ° C. for 10 hours and pulverized. Next, the pulverized fired product was fired again at 900 ° C. for 10 hours, pulverized, and classified to obtain a lithium-containing composite oxide represented by the formula Li 1.02 Co 0.999 Al 0.001 O 2 . This lithium-containing composite oxide was designated as a positive electrode active material 1-1.

得られた正極活物質3kgと、正極結着剤であるポリフッ化ビニリデンを12重量%含むN−メチルピロリドン(以下、NMPという)溶液(呉羽化学工業(株)製の#1320(商品名))1kgと、導電剤であるアセチレンブラック90gと、適量のNMPとを、双腕式練合機にて攪拌し、正極合剤塗料を調製した。   N-methylpyrrolidone (hereinafter referred to as NMP) solution containing 3 kg of the obtained positive electrode active material and 12% by weight of polyvinylidene fluoride as a positive electrode binder (# 1320 (trade name) manufactured by Kureha Chemical Industry Co., Ltd.) 1 kg, 90 g of acetylene black as a conductive agent, and an appropriate amount of NMP were stirred with a double-arm kneader to prepare a positive electrode mixture paint.

この塗料を、正極集電体である厚み15μmのアルミニウム箔の両面に塗布した。このとき、正極リードの接続部には、前記塗料は、塗布しなかった。
次いで、塗布した塗料を乾燥し、ローラで圧延して、活物質密度(活物質重量/合剤層体積)が3.3g/cm3の正極合剤層を形成した。正極集電体と正極合剤層との合計の厚みは、160μmとした。
This paint was applied to both surfaces of a 15 μm thick aluminum foil as a positive electrode current collector. At this time, the paint was not applied to the connection portion of the positive electrode lead.
Next, the applied paint was dried and rolled with a roller to form a positive electrode mixture layer having an active material density (active material weight / mixture layer volume) of 3.3 g / cm 3 . The total thickness of the positive electrode current collector and the positive electrode mixture layer was 160 μm.

この後、得られた極板前駆体を、円筒型電池(直径18mm、長さ65mm)の電池ケースに挿入可能な幅にスリットし、正極板を得た。   Thereafter, the obtained electrode plate precursor was slit into a width that could be inserted into a battery case of a cylindrical battery (diameter 18 mm, length 65 mm) to obtain a positive electrode plate.

(b)負極の作製
負極活物質である人造黒鉛3kgと、負極結着剤であるスチレン−ブタジエン共重合体の変性体を40重量%含む水性分散液(日本ゼオン(株)製の「BM−400B(商品名)」)75gと、増粘剤であるカルボキシメチルセルロース30gと、適量の水とを、双腕式練合機にて攪拌し、負極合剤塗料を調製した。得られた塗料を、負極集電体である厚さ10μmの銅箔の両面に、塗布した。このとき、この塗料は、負極リードの接続部には、塗布しなかった。
(B) Production of Negative Electrode An aqueous dispersion containing 3 kg of artificial graphite as a negative electrode active material and 40% by weight of a modified styrene-butadiene copolymer as a negative electrode binder (“BM-” manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) 400B (trade name) ") 75 g, 30 g of carboxymethyl cellulose as a thickener, and an appropriate amount of water were stirred with a double-arm kneader to prepare a negative electrode mixture paint. The obtained coating material was apply | coated on both surfaces of the 10-micrometer-thick copper foil which is a negative electrode collector. At this time, this paint was not applied to the connecting portion of the negative electrode lead.

塗布した塗料を、乾燥し、ローラで圧延して、活物質密度が1.4g/cm3の負極合剤層を形成した。銅箔と負極合剤層との合計の厚みは、180μmに制御した。
この後、得られた極板前駆体を、上述した円筒型電池の電池缶に挿入可能な幅にスリットし、負極板を得た。
The applied paint was dried and rolled with a roller to form a negative electrode mixture layer having an active material density of 1.4 g / cm 3 . The total thickness of the copper foil and the negative electrode mixture layer was controlled to 180 μm.
After that, the obtained electrode plate precursor was slit to a width that can be inserted into the battery can of the cylindrical battery described above to obtain a negative electrode plate.

(c)セパレータの作製
厚み16μmのポリエチレン(PE)製多孔質薄膜と、その上に形成された、耐熱性樹脂であるアラミド樹脂からなる膜を含む積層膜を作製し、この積層膜をセパレータとして用いた。
以下に、上記積層膜の作製方法を示す。
NMP100重量部に、乾燥した無水塩化カルシウム6.5重量部を添加した。この混合物を、反応槽内で80℃に加温して、無水塩化カルシウムをNMPに完全に溶解した。
得られた溶液を常温に戻した後、この溶液にパラフェニレンジアミンを3.2重量部添加し、完全に溶解した。この後、パラフェニレンジアミンを含む溶液を収容した反応槽を、20℃の恒温槽に入れた。20℃に維持しながら、この溶液に、テレフタル酸ジクロライド5.8重量部を、1時間をかけて滴下し、反応させて、ポリパラフェニレンテレフタルアミド(以下、PPTAという)を得た。
その後、PPTAを含む溶液を、20℃の恒温槽内で1時間放置し、反応終了後に、PTAAを含む溶液を真空槽に入れ、減圧下で撹拌しながら、30分間脱気した。
得られた重合液を、さらに塩化カルシウムを添加したNMP溶液にて希釈することにより、PPTA濃度が1.4重量%のPTAAのNMP溶液を調製した。
(C) Production of Separator A laminated film including a porous film made of polyethylene (PE) having a thickness of 16 μm and a film made of an aramid resin, which is a heat-resistant resin, is formed thereon, and this laminated film is used as a separator. Using.
A method for manufacturing the laminated film will be described below.
6.5 parts by weight of dry anhydrous calcium chloride was added to 100 parts by weight of NMP. This mixture was heated to 80 ° C. in a reaction vessel to completely dissolve anhydrous calcium chloride in NMP.
After the obtained solution was returned to room temperature, 3.2 parts by weight of paraphenylenediamine was added to this solution and completely dissolved. Thereafter, the reaction vessel containing the solution containing paraphenylenediamine was placed in a constant temperature bath at 20 ° C. While maintaining at 20 ° C., 5.8 parts by weight of terephthalic acid dichloride was dropped into this solution over 1 hour and reacted to obtain polyparaphenylene terephthalamide (hereinafter referred to as PPTA).
Thereafter, the solution containing PPTA was allowed to stand in a constant temperature bath at 20 ° C. for 1 hour. After completion of the reaction, the solution containing PTAA was placed in a vacuum bath and deaerated for 30 minutes while stirring under reduced pressure.
The obtained polymerization solution was further diluted with an NMP solution to which calcium chloride was added to prepare an NMP solution of PTAA having a PPTA concentration of 1.4% by weight.

このようにして得られたPTAAのNMP溶液を、ポリエチレン製の多孔質薄膜上にドクターブレードにより薄く塗布し、80℃の熱風(風速0.5m/秒)にて乾燥した。この後、得られたPTAA膜を純水で十分に水洗して、塩化カルシウムを除去することにより、この膜を多孔質化し、次いで、再び乾燥した。こうして、ポリエチレン製多孔質薄膜と、その上に形成されたPTAAの多孔質膜を含む積層膜を作製した。
この積層膜の残留塩素量を化学分析にて測定したところ、残留塩素量は、積層膜1gあたり650μgであった。
The NMP solution of PTAA thus obtained was thinly coated on a polyethylene porous thin film with a doctor blade and dried with hot air at 80 ° C. (wind speed 0.5 m / sec). Thereafter, the obtained PTAA membrane was sufficiently washed with pure water to remove calcium chloride, thereby making the membrane porous, and then drying again. Thus, a laminated film including a polyethylene porous thin film and a PTAA porous film formed thereon was produced.
When the amount of residual chlorine in this laminated film was measured by chemical analysis, the amount of residual chlorine was 650 μg per 1 g of laminated film.

(d)非水電解液の調製
エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートとを、体積比2:3:3で混合した混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度で溶解した。この溶液に、ビニレンカーボネートを添加して、非水電解液を調製した。ビニレンカーボネートの量は、非水電解液100重量部あたり3重量部となるようにした。
(D) Preparation of Nonaqueous Electrolytic Solution LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent in which ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 2: 3: 3. Vinylene carbonate was added to this solution to prepare a non-aqueous electrolyte. The amount of vinylene carbonate was 3 parts by weight per 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte.

(e)電池の組立
図1に示されるような円筒型電池を作製した。
上記のようにして得られた正極板および負極板をそれぞれ所定の長さに切断して、正極11および負極12を得た。正極11の正極リード接続部には、正極リード14の一端を接続した。また、負極12の負極リード接続部には、負極リード15の一端を接続した。
正極11と負極12との間にセパレータ13を配し、これらを捲回して、円柱状の電極群を作製した。このとき、PTAA層が正極側に配置されるように、セパレータ13を正極11と負極12との間に配した。なお、電極群の最外周は、セパレータ13で覆われるようにした。
(E) Battery assembly A cylindrical battery as shown in FIG. 1 was produced.
The positive electrode plate and the negative electrode plate obtained as described above were cut into predetermined lengths to obtain the positive electrode 11 and the negative electrode 12. One end of the positive electrode lead 14 was connected to the positive electrode lead connection portion of the positive electrode 11. One end of the negative electrode lead 15 was connected to the negative electrode lead connection portion of the negative electrode 12.
A separator 13 was disposed between the positive electrode 11 and the negative electrode 12, and these were wound to produce a cylindrical electrode group. At this time, the separator 13 was disposed between the positive electrode 11 and the negative electrode 12 so that the PTAA layer was disposed on the positive electrode side. The outermost periphery of the electrode group was covered with the separator 13.

得られた電極群を上部絶縁リング16と下部絶縁リング17で挟み、これらを電池缶18に収容した。次いで、上記非水電解液(図示せず)5gを電池缶18内に注入した。この後、電池缶18内を133Paに減圧し、電極群表面に非水電解液の残渣が確認されなくなるまで放置することにより、電極群に非水電解液を含浸させた。   The obtained electrode group was sandwiched between an upper insulating ring 16 and a lower insulating ring 17 and accommodated in a battery can 18. Next, 5 g of the non-aqueous electrolyte (not shown) was injected into the battery can 18. Thereafter, the inside of the battery can 18 was depressurized to 133 Pa and left until no nonaqueous electrolyte residue was found on the surface of the electrode group, thereby impregnating the electrode group with the nonaqueous electrolyte solution.

次いで、正極リード14の他端を、周縁に絶縁パッキン20が配された電池蓋19の裏面に溶接し、負極リード15の他端を電池缶18の内底面に溶接した。最後に、電池缶18の開口端部を、電池蓋19の絶縁パッキン20にかしめつけて、電池缶18の開口部を塞ぎ、円筒型リチウムイオン二次電池を完成した。得られた電池を、実施例1−1の電池とした。   Next, the other end of the positive electrode lead 14 was welded to the back surface of the battery lid 19 with the insulating packing 20 disposed on the periphery, and the other end of the negative electrode lead 15 was welded to the inner bottom surface of the battery can 18. Finally, the opening end of the battery can 18 was caulked to the insulating packing 20 of the battery lid 19 to close the opening of the battery can 18 to complete a cylindrical lithium ion secondary battery. The obtained battery was designated as the battery of Example 1-1.

(実施例1−2〜1−4)
正極活物質の前駆体を合成するときに、硫酸コバルトと硫酸アルミニウムの濃度比を0.95:0.05、0.80:0.20、または0.75:0.25としたこと以外は、実施例1−1と同様にして、電池を作製した。得られた電池をそれぞれ実施例1−2〜1−4の電池とした。
(Examples 1-2 to 1-4)
When synthesizing the precursor of the positive electrode active material, except that the concentration ratio of cobalt sulfate and aluminum sulfate is 0.95: 0.05, 0.80: 0.20, or 0.75: 0.25. A battery was produced in the same manner as in Example 1-1. The obtained batteries were referred to as Examples 1-2 to 1-4, respectively.

(実施例1−5)
正極活物質の前駆体を合成するときに、さらに硫酸鉄を添加し、硫酸コバルトと硫酸鉄と硫酸アルミニウムの濃度比を0.9:0.05:0.05としたこと以外は、実施例1−1と同様にして、電池を作製した。得られた電池を、実施例1−5の電池とした。
(Example 1-5)
When synthesizing the precursor of the positive electrode active material, iron sulfate was further added, and the concentration ratio of cobalt sulfate, iron sulfate and aluminum sulfate was set to 0.9: 0.05: 0.05. A battery was produced in the same manner as in 1-1. The obtained battery was designated as the battery of Example 1-5.

(実施例1−6〜1−9)
正極活物質を合成するときに、正極活物質の前駆体と炭酸リチウムとを、リチウムとコバルトとアルミニウムとのモル比が0.98:0.95:0.05、1:0.95:0.05、1.05:0.95:0.05、または1.08:0.95:0.05になるように混合したこと以外は、実施例1−2と同様にして、電池を作製した。得られた電池を、実施例1−6〜1−9の電池とした。
(Examples 1-6 to 1-9)
When synthesizing the positive electrode active material, the precursor of the positive electrode active material and lithium carbonate have a molar ratio of lithium, cobalt, and aluminum of 0.98: 0.95: 0.05, 1: 0.95: 0. 0.05, 1.05: 0.95: 0.05, or 1.08: 0.95: 0.05 did. The obtained batteries were referred to as batteries of Examples 1-6 to 1-9.

(実施例1−10)
ポリエチレン製多孔質薄膜上に、PTAA膜の代わりに、ポリアミドイミド樹脂からなる膜を形成した積層膜をセパレータとして用いたこと以外は、実施例1−2と同様にして、電池を作製した。得られた電池を、実施例1−10の電池とした。
(Example 1-10)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1-2, except that a laminated film in which a film made of polyamideimide resin was formed on the polyethylene porous thin film instead of the PTAA film was used as a separator. The obtained battery was referred to as battery of Example 1-10.

以下に、ポリエチレン製の多孔質薄膜と、その上に形成されたポリアミドイミド樹脂からなる膜を含む積層膜の作製方法を示す。
無水トリメリット酸モノクロライドとジアミンとを、室温にてNMPに添加し、混合して、ポリアミド酸のNMP溶液を得た。このNMP溶液を、ポリエチレン製の多孔質薄膜上にドクターブレードにより薄く塗布した。その塗布膜を、80℃の熱風(風速0.5m/秒)にて乾燥して、ポリアミド酸を脱水し、環化させて、ポリアミドイミドに変換した。こうして、ポリエチレン製の多孔質薄膜と、その上に形成されたポリアミドイミド膜とを含む積層膜を作製した。この積層膜の総厚みは20μmであった。
この積層膜の残留塩素量を化学分析にて測定したところ、残留塩素量は、積層膜1gあたり830μgであった。
A method for producing a laminated film including a polyethylene porous thin film and a film made of polyamideimide resin formed thereon will be described below.
Trimellitic anhydride monochloride and diamine were added to NMP at room temperature and mixed to obtain an NMP solution of polyamic acid. The NMP solution was thinly applied onto a polyethylene porous thin film with a doctor blade. The coating film was dried with hot air at 80 ° C. (wind speed 0.5 m / sec) to dehydrate the polyamic acid, cyclize it, and convert it to polyamideimide. Thus, a laminated film including the polyethylene porous thin film and the polyamideimide film formed thereon was produced. The total thickness of this laminated film was 20 μm.
When the amount of residual chlorine in this laminated film was measured by chemical analysis, the amount of residual chlorine was 830 μg per 1 g of laminated film.

(実施例1−11)
セパレータとして、アラミドのみからなる多孔質膜を用いたこと以外は、実施例1−2と同様にして、電池を作製した。得られた電池を、実施例1−11の電池とした。
(Example 1-11)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1-2, except that a porous film made only of aramid was used as the separator. The obtained battery was referred to as battery of Example 1-11.

以下に、アラミドのみからなる多孔質膜の作製方法を示す。
上記のようにして、所定量のアラミド樹脂をNMPに溶解した。次に、そのNMP溶液を、平滑なステンレス鋼板上にドクターブレードを用いて塗布した。得られた塗布膜を、80℃の熱風(風速0.5m/秒)にて乾燥して、アラミドのみからなる多孔質膜を得た。この多孔質膜の厚みは、20μmであった。
この多孔質膜の残留塩素量を化学分析にて測定したところ、残留塩素量は、多孔質膜1gあたり1800μgであった。
Below, the preparation method of the porous film which consists only of aramids is shown.
A predetermined amount of aramid resin was dissolved in NMP as described above. Next, the NMP solution was applied onto a smooth stainless steel plate using a doctor blade. The obtained coating film was dried with hot air at 80 ° C. (wind speed 0.5 m / sec) to obtain a porous film made only of aramid. The thickness of this porous film was 20 μm.
When the amount of residual chlorine in the porous membrane was measured by chemical analysis, the amount of residual chlorine was 1800 μg per 1 g of porous membrane.

(実施例1−12)
ポリエチレン製の多孔質薄膜と、その上に形成されたフィラーとアラミド樹脂を含む層を有する積層物を、セパレータとして用いたこと以外は、実施例1−2と同様にして、電池を作製した。得られた電池を、実施例1−12の電池とした。
(Example 1-12)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1-2, except that a laminate having a polyethylene thin film and a layer containing a filler and an aramid resin formed thereon was used as a separator. The obtained battery was referred to as battery of Example 1-12.

以下に、上記積層物の作製方法を示す。
上記実施例1−1で作製した、アラミド樹脂のNMP溶液に、アルミナ微粒子を添加し、攪拌した。アルミナ微粒子の添加量は、NMP溶液に含まれるアラミド樹脂100重量部あたり200重量部とした。
得られた分散液を、ポリエチレン製の多孔質薄膜上にドクターブレードにより薄く塗布し、塗布膜を80℃の熱風(風速0.5m/秒)にて乾燥した。こうして、ポリエチレン製の多孔質膜と、その上に形成されたフィラーとアラミドと含む層とを有する積層物を得た。
この積層物の残留塩素量を化学分析にて測定したところ、残留塩素量は、セパレータ1gあたり600μgであった。
Below, the preparation methods of the said laminated body are shown.
Alumina fine particles were added to the NMP solution of aramid resin prepared in Example 1-1 and stirred. The amount of alumina fine particles added was 200 parts by weight per 100 parts by weight of the aramid resin contained in the NMP solution.
The obtained dispersion was thinly applied onto a polyethylene porous thin film with a doctor blade, and the coating film was dried with hot air at 80 ° C. (wind speed 0.5 m / sec). In this way, a laminate having a polyethylene porous film and a layer containing filler and aramid formed thereon was obtained.
When the residual chlorine content of this laminate was measured by chemical analysis, the residual chlorine content was 600 μg per 1 g of separator.

(比較例1)
実施例1−1と同様にして、硫酸コバルトのみから水酸化コバルトを合成し、炭酸リチウムと水酸化コバルトを、リチウムとコバルトのモル比が、1.02:1となるように混合して、リチウム含有複合酸化物を合成した。このリチウム含有複合酸化物を正極活物質として用いたこと以外は、実施例1−1と同様にして、電池を作製した。得られた電池を、比較例1の電池とした。
(Comparative Example 1)
In the same manner as in Example 1-1, cobalt hydroxide was synthesized from only cobalt sulfate, and lithium carbonate and cobalt hydroxide were mixed so that the molar ratio of lithium to cobalt was 1.02: 1. A lithium-containing composite oxide was synthesized. A battery was fabricated in the same manner as in Example 1-1 except that this lithium-containing composite oxide was used as the positive electrode active material. The obtained battery was used as the battery of Comparative Example 1.

(比較例2)
セパレータとして、厚みが20μmのポリエチレン製多孔質膜を用いた以外は、実施例1−2と同様にして、電池を作製した。得られた電池を、比較例2の電池とした。
(Comparative Example 2)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1-2, except that a polyethylene porous film having a thickness of 20 μm was used as the separator. The obtained battery was used as the battery of Comparative Example 2.

得られた各電池を、400mAの定電流で電池電池が3Vに低下するまで放電し、その後、1400mAの定電流で、電池電圧が4.2Vとなるまで充電する予備充放電に2回供した。次いで、この充電後の電池を45℃で7日間保存した。保存後の電池について、以下のような評価を行った。   Each of the obtained batteries was discharged at a constant current of 400 mA until the battery battery dropped to 3 V, and then subjected to preliminary charging and discharging twice at a constant current of 1400 mA until the battery voltage reached 4.2 V. . Next, the battery after charging was stored at 45 ° C. for 7 days. The battery after storage was evaluated as follows.

[評価]
(i)放電容量の測定
保存後の電池を、20℃で、4.2Vの定電圧で、電流値が100mAに減少するまで充電し、この後、充電後の電池を、2000mAの定電流で、電池電圧が3Vに低下するまで放電する第1充放電サイクルに1回供した。このときの放電容量を初期放電容量とした。結果を表1に示す。
[Evaluation]
(I) Measurement of discharge capacity The battery after storage was charged at 20 ° C. at a constant voltage of 4.2 V until the current value decreased to 100 mA, and then the battery after charging was charged at a constant current of 2000 mA. The first charge / discharge cycle was discharged once until the battery voltage dropped to 3V. The discharge capacity at this time was defined as the initial discharge capacity. The results are shown in Table 1.

(ii)安全性試験
保存後の電池を、20℃で、4.2Vの定電圧で、電流値が100mAに減少するまで充電した。この後、充電後の電池を、130℃の恒温槽に配置し、電池表面の最高温度を測定した。結果を表1に示す。
(Ii) Safety test The battery after storage was charged at 20 ° C. with a constant voltage of 4.2 V until the current value decreased to 100 mA. Thereafter, the charged battery was placed in a thermostatic bath at 130 ° C., and the maximum temperature on the battery surface was measured. The results are shown in Table 1.

(iii)高温保存特性
まず、上記のようにして、初期放電容量を測定した。この後、電池を、20℃で、4.2Vの定電圧で、電流値が100mAに減少するまで充電した。次いで、充電後の電池を、90℃の恒温槽に配置し、24時間保存した。保存後の電池を、2000mAの定電流で放電し、保存後の放電容量を求めた。初期放電容量に対する保存後の放電容量の比を百分率として表した値を容量回復率とした。結果を表1に示す。
なお、表1には、実施例および比較例で用いた正極活物質の組成およびセパレータの種類も示す。
(Iii) High-temperature storage characteristics First, the initial discharge capacity was measured as described above. Thereafter, the battery was charged at 20 ° C. with a constant voltage of 4.2 V until the current value decreased to 100 mA. Next, the battery after charging was placed in a constant temperature bath at 90 ° C. and stored for 24 hours. The battery after storage was discharged at a constant current of 2000 mA, and the discharge capacity after storage was determined. The value representing the ratio of the discharge capacity after storage to the initial discharge capacity as a percentage was taken as the capacity recovery rate. The results are shown in Table 1.
Table 1 also shows the composition of the positive electrode active material and the type of separator used in the examples and comparative examples.

Figure 2006294597
Figure 2006294597

表2から、セパレータが耐熱性樹脂を含まない比較例2の電池では、電池表面の最高温度が156℃まで上昇していた。よって、セパレータが耐熱性樹脂を含まない場合、電池の安全性が低下することがわかる。
セパレータが耐熱性樹脂を含んでも、正極活物質がアルミニウム原子を含まない場合には、比較例1の結果により、容量回復率が顕著に低下することがわかる。この原因は、耐熱性樹脂に末端基として含まれる塩素基が、高温環境下で非水電解液中に遊離し、正極活物質の主構成元素(比較例1の場合はコバルト)の溶出を促進したためと考えられる。
From Table 2, in the battery of Comparative Example 2 in which the separator did not contain a heat resistant resin, the maximum temperature on the battery surface increased to 156 ° C. Therefore, it can be seen that when the separator does not contain a heat resistant resin, the safety of the battery is lowered.
Even if the separator includes a heat resistant resin, it can be seen that the capacity recovery rate is significantly reduced according to the result of Comparative Example 1 when the positive electrode active material does not include an aluminum atom. This is because the chlorine group contained as a terminal group in the heat-resistant resin is liberated in the non-aqueous electrolyte under a high-temperature environment and promotes the elution of the main constituent element of the positive electrode active material (cobalt in the case of Comparative Example 1). It is thought that it was because.

一方、実施例1−1〜1−12の電池のように、セパレータが耐熱樹脂を含み、かつ組成中にアルミニウム原子を含む正極活物質を用いた場合には、高温環境下の安全性と保存特性とを両立できることがわかる。正極活物質中のアルミニウム原子は、アラミド(あるいはポリアミドイミド)から遊離した塩素と安定な錯イオンを形成するため、正極活物質からアルミニウム原子が選択的に溶出され、正極活物質の他の構成要素の溶出を抑制できたためと考えられる。なお、このような効果は、実施例1−5の電池のように、組成中にコバルトの他に鉄などの金属を含む正極活物質を用いた場合も同様である。   On the other hand, as in the batteries of Examples 1-1 to 1-12, when a positive electrode active material containing a heat-resistant resin and containing aluminum atoms in the composition is used, safety and storage in a high-temperature environment It can be seen that both characteristics can be achieved. Aluminum atoms in the positive electrode active material form stable complex ions with chlorine liberated from aramid (or polyamideimide), so that the aluminum atoms are selectively eluted from the positive electrode active material and other components of the positive electrode active material. This is thought to be due to the suppression of elution. In addition, such an effect is the same also when the positive electrode active material which contains metals, such as iron other than cobalt, in the composition like the battery of Example 1-5.

実施例1−1〜1−4の結果に示されるように、正極活物質に含まれるアルミニウムの量が多くなるほど、電池の最高温度は低くなり、容量回復率は向上する。しかし、実施例1−4に示されるように、アルミニウムの量が多くなりすぎると、正極活物質における主構成元素の割合が低下して、初期放電容量が少なくなる。   As shown in the results of Examples 1-1 to 1-4, as the amount of aluminum contained in the positive electrode active material increases, the maximum temperature of the battery decreases and the capacity recovery rate improves. However, as shown in Example 1-4, when the amount of aluminum is too large, the ratio of the main constituent element in the positive electrode active material is decreased, and the initial discharge capacity is decreased.

また、実施例1−2および1−6〜1−8の結果から、正極活物質に含まれるリチウムの量が少なくても、多くても、初期放電容量が低下することがわかる。正極活物質におけるリチウム量が少ないと、酸化コバルトなどの電池容量に寄与しない不純物が増加し、電池容量が低下すると考えられる。リチウム量が多すぎると、余剰分のリチウムが不純物として正極活物質中に残存し、初期放電容量が低下すると考えられる。   In addition, from the results of Examples 1-2 and 1-6 to 1-8, it can be seen that the initial discharge capacity decreases even if the amount of lithium contained in the positive electrode active material is small or large. If the amount of lithium in the positive electrode active material is small, it is considered that impurities such as cobalt oxide that do not contribute to the battery capacity increase and the battery capacity decreases. If the amount of lithium is too large, it is considered that excess lithium remains as impurities in the positive electrode active material, and the initial discharge capacity decreases.

よって、LixCo1-yAly2で表されるリチウム含有複合酸化物において、1≦x≦1.05であり、0.001≦y≦0.2であることが好ましい。 Therefore, in the lithium-containing composite oxide represented by Li x Co 1-y Al y O 2 , 1 ≦ x ≦ 1.05 and preferably 0.001 ≦ y ≦ 0.2.

さらに、実施例1−10〜1−12の結果から、上記の効果は、セパレータとして、多孔質薄膜と耐熱性樹脂からなる膜を含む積層膜を用いた場合でも、耐熱性樹脂からなる多孔質膜を用いた場合でも、多孔質薄膜と、フィラーおよびアラミド樹脂を含む層を有する積層物を用いた場合でも得られることがわかる。   Furthermore, from the results of Examples 1-10 to 1-12, the effect described above is that, even when a laminated film including a film made of a porous thin film and a heat resistant resin is used as the separator, the porous film made of the heat resistant resin is used. It can be seen that even when a membrane is used, a porous thin film and a laminate having a layer containing a filler and an aramid resin are used.

(実施例2−1〜2−12)
正極活物質の前駆体を合成するときに、さらに硫酸マグネシウムを添加し、硫酸コバルトと硫酸マグネシウムと硫酸アルミニウムの濃度比を、表2に示されるように変化させて、実施例1−1と同様にして、前駆体2−1〜2−12を合成した。また、得られた前駆体2−1〜2−12と、炭酸リチウムとの混合比を、表2に示されるように変化させて、実施例1−1と同様にして、正極活物質2−1〜2−12を合成した。これらの正極活物質を用い、実施例1−1と同様にして、電池を作製した。得られた電池を、それぞれ、実施例2−1〜2−12の電池とした。
(Examples 2-1 to 2-12)
When synthesizing the precursor of the positive electrode active material, magnesium sulfate was further added, and the concentration ratio of cobalt sulfate, magnesium sulfate and aluminum sulfate was changed as shown in Table 2, and the same as in Example 1-1. Thus, precursors 2-1 to 2-12 were synthesized. Further, the mixture ratio of the obtained precursors 2-1 to 2-12 and lithium carbonate was changed as shown in Table 2, and in the same manner as in Example 1-1, the positive electrode active material 2- 1-2-12 were synthesized. Using these positive electrode active materials, a battery was fabricated in the same manner as in Example 1-1. The obtained batteries were referred to as Examples 2-1 to 2-12, respectively.

得られた各電池を、実施例1と同様の予備充放電に2回供した。充電後の電池を、45℃で7日間保存した。保存後の電池について、実施例1と同様にして、初期放電容量、電池表面の最高温度および容量回復率を測定した。結果を表2に示す。   Each of the obtained batteries was subjected to preliminary charge / discharge similar to that in Example 1 twice. The battery after charging was stored at 45 ° C. for 7 days. About the battery after a preservation | save, it carried out similarly to Example 1, and measured the initial stage discharge capacity, the maximum temperature of a battery surface, and a capacity | capacitance recovery rate. The results are shown in Table 2.

(iv)容量維持率
本実施例では、さらに、45℃で7日間保存した後の電池について、容量維持率を測定した。容量維持率は、以下のようにして測定した。保存後の電池に対して、45℃で、上記第1充放電サイクルを200回繰り返した。1サイクル目の放電容量に対する200サイクル目の放電容量の比を百分率値として表した値を容量維持率とした。結果を表2に示す。
(Iv) Capacity Maintenance Rate In this example, the capacity maintenance rate was further measured for the battery after being stored at 45 ° C. for 7 days. The capacity retention rate was measured as follows. The said 1st charging / discharging cycle was repeated 200 times at 45 degreeC with respect to the battery after a preservation | save. A value representing the ratio of the discharge capacity at the 200th cycle to the discharge capacity at the first cycle as a percentage value was defined as a capacity maintenance rate. The results are shown in Table 2.

Figure 2006294597
Figure 2006294597

表2において、各電池の容量維持率は、80%以上となっている。よって、正極活物質がマグネシウムを含むことにより、充放電に伴う、正極活物質の膨張および収縮が緩和されて、放電容量の低下が抑制されることがわかる。   In Table 2, the capacity maintenance rate of each battery is 80% or more. Therefore, it can be seen that when the positive electrode active material contains magnesium, expansion and contraction of the positive electrode active material accompanying charge / discharge are alleviated, and a decrease in discharge capacity is suppressed.

実施例2−2および2−5〜2−8の結果から、正極活物質におけるマグネシウムのモル比bが多くなるほど、容量維持率が向上している。しかし、モル比bが0.001である実施例2−5の場合には、容量維持率が80%であり、十分なサイクル特性が得られない。
また、マグネシウムのモル比bが多くなると、正極活物質における主構成元素の割合が低下し、初期放電容量が小さくなる傾向がある。つまり、モル比bが0.15である実施例2−8の場合には、十分な初期放電容量を得ることができない。
From the results of Examples 2-2 and 2-5 to 2-8, the capacity retention ratio is improved as the molar ratio b of magnesium in the positive electrode active material is increased. However, in Example 2-5 in which the molar ratio b is 0.001, the capacity retention rate is 80%, and sufficient cycle characteristics cannot be obtained.
Moreover, when the molar ratio b of magnesium increases, the ratio of the main constituent element in the positive electrode active material tends to decrease, and the initial discharge capacity tends to decrease. That is, in Example 2-8 in which the molar ratio b is 0.15, a sufficient initial discharge capacity cannot be obtained.

また、実施例2−1〜2−4および実施例2−9〜2−12に示されるように、アルミニウム量およびリチウム量についても、実施例1と同様の傾向がある。   Further, as shown in Examples 2-1 to 2-4 and Examples 2-9 to 2-12, the amounts of aluminum and lithium have the same tendency as in Example 1.

よって、LiaCo1-b-cMgbAlc2で表されるリチウ含有複合酸化物においては、1≦a≦1.05、0.005≦b≦0.1、0.001≦c≦0.2であることが好ましい。 Therefore, in the lithium-containing composite oxide represented by Li a Co 1-bc Mg b Al c O 2 , 1 ≦ a ≦ 1.05, 0.005 ≦ b ≦ 0.1, 0.001 ≦ c ≦ It is preferable that it is 0.2.

(実施例3−1〜12)
正極活物質の前駆体を合成するときに、硫酸ニッケルと硫酸コバルトと硫酸アルミニウムとを用い、これらの濃度比を、表3に示されるように変化させて、実施例1−1と同様にして、前駆体3−1〜3−12を合成した。また、得られた前駆体3−1〜3−12と、炭酸リチウムとの混合比を、表3に示されるように変化させて、実施例1−1と同様にして、正極活物質3−1〜3−12を合成した。これらの正極活物質を用い、実施例1−1と同様にして、電池を作製した。得られた電池を、それぞれ、実施例3−1〜3−12の電池とした。
(Examples 3-1 to 12)
When synthesizing the precursor of the positive electrode active material, nickel sulfate, cobalt sulfate, and aluminum sulfate were used, and the concentration ratio thereof was changed as shown in Table 3, and the same as in Example 1-1. Precursors 3-1 to 3-12 were synthesized. Further, the mixture ratio of the obtained precursors 3-1 to 3-12 and lithium carbonate was changed as shown in Table 3, and in the same manner as in Example 1-1, the positive electrode active material 3- 1-3-12 were synthesized. Using these positive electrode active materials, a battery was fabricated in the same manner as in Example 1-1. The obtained batteries were designated as batteries of Examples 3-1 to 3-12, respectively.

得られた各電池を、実施例1と同様の予備充放電に2回供した。充電後の電池を、45℃で7日間保存した。保存後の電池について、実施例2と同様にして、初期放電容量、電池表面の最高温度、容量回復率および容量維持率を測定した。結果を表3に示す。   Each of the obtained batteries was subjected to preliminary charge / discharge similar to that in Example 1 twice. The battery after charging was stored at 45 ° C. for 7 days. For the battery after storage, the initial discharge capacity, the maximum temperature of the battery surface, the capacity recovery rate, and the capacity retention rate were measured in the same manner as in Example 2. The results are shown in Table 3.

Figure 2006294597
Figure 2006294597

表3の結果から、正極活物質が、ニッケルとコバルトを含み、ニッケルの量が多い場合には、初期放電容量および容量維持率が向上することがわかる。
また、実施例3−5〜3−8の結果からわかるように、正極活物質に含まれるニッケル量が多くなるほど、つまり、コバルトの量が少なくなるほど、初期放電容量が高くなっている。しかし、コバルトのモル比bが0.45である実施例3−8の場合には、十分な初期放電容量が得られない場合がある。
また、コバルトのモル比bが0.005である実施例3−5では、容量維持率が多少低下していた。これは、充放電に伴う、正極活物質の膨張および収縮が十分に緩和されなくなるためであると考えられる。
From the results of Table 3, it can be seen that when the positive electrode active material contains nickel and cobalt and the amount of nickel is large, the initial discharge capacity and the capacity retention rate are improved.
Moreover, as can be seen from the results of Examples 3-5 to 3-8, the initial discharge capacity increases as the amount of nickel contained in the positive electrode active material increases, that is, as the amount of cobalt decreases. However, in Example 3-8 in which the molar ratio b of cobalt is 0.45, a sufficient initial discharge capacity may not be obtained.
Moreover, in Example 3-5 in which the molar ratio b of cobalt is 0.005, the capacity retention rate was somewhat lowered. This is considered to be because the expansion and contraction of the positive electrode active material accompanying charge / discharge are not sufficiently relaxed.

さらに、実施例3−1〜3−4および実施例3−9〜3−12に示されるように、アルミニウム量およびリチウム量についても、実施例1と同様の傾向がある。   Furthermore, as shown in Examples 3-1 to 3-4 and Examples 3-9 to 3-12, the amount of aluminum and the amount of lithium have the same tendency as in Example 1.

よって、LiaNi1-b-cCobAlc2で表されるリチウム含有複合酸化物においては、1≦a≦1.05であり、0.1≦b≦0.35であり、0.001≦c≦0.2であることが好ましい。 Therefore, in the lithium-containing composite oxide represented by Li a Ni 1-bc Co b Al c O 2 , 1 ≦ a ≦ 1.05, 0.1 ≦ b ≦ 0.35, and It is preferable that 001 ≦ c ≦ 0.2.

(実施例4−1〜19)
正極活物質の前駆体を合成するときに、硫酸ニッケルと硫酸マンガンと硫酸コバルトと硫酸アルミニウムとを用い、これらの濃度比を、表4に示されるように変化させて、実施例1−1と同様にして、前駆体4−1〜4−19を合成した。また、得られた前駆体4−1〜4−19と、炭酸リチウムとの混合比を、表4に示されるように変化させて、実施例1−1と同様にして、正極活物質4−1〜4−19を合成した。これらの正極活物質を用い、実施例1−1と同様にして、電池を作製した。得られた電池を、それぞれ、実施例4−1〜4−19の電池とした。
(Examples 4-1 to 19)
When synthesizing the precursor of the positive electrode active material, nickel sulfate, manganese sulfate, cobalt sulfate, and aluminum sulfate were used, and the concentration ratio thereof was changed as shown in Table 4 to obtain Example 1-1. Similarly, precursors 4-1 to 4-19 were synthesized. Further, the mixture ratio of the obtained precursors 4-1 to 4-19 and lithium carbonate was changed as shown in Table 4, and in the same manner as in Example 1-1, the positive electrode active material 4- 1-4-19 were synthesized. Using these positive electrode active materials, a battery was fabricated in the same manner as in Example 1-1. The obtained batteries were referred to as batteries of Examples 4-1 to 4-19, respectively.

得られた電池を、実施例1と同様の予備充放電に2回供した。充電後の電池を、45℃で、7日間保存した。保存後の電池について、実施例1と同様にして、初期放電容量、電池表面の最高温度および容量回復率を測定した。結果を表4に示す。
なお、表4には、b+c+dの値も示す。
The obtained battery was subjected to the same preliminary charging / discharging as in Example 1 twice. The battery after charging was stored at 45 ° C. for 7 days. About the battery after a preservation | save, it carried out similarly to Example 1, and measured the initial stage discharge capacity, the maximum temperature of a battery surface, and a capacity | capacitance recovery rate. The results are shown in Table 4.
Table 4 also shows the value of b + c + d.

Figure 2006294597
Figure 2006294597

正極活物質がニッケルおよびコバルトの他にマンガンを含む場合、安定した電池特性を維持しつつ安価な正極活物質を得ることができる。コストダウンを図るためには一定量以上のマンガンが必要となる。マンガンのモル比bが0.05である実施例4−11の場合には、電池表面の最高温度が高くなり、電池の安全性が多少低下する。マンガンのモル比bが0.6である実施例4−16および4−18では、初期放電容量が少なくなる。   When the positive electrode active material contains manganese in addition to nickel and cobalt, an inexpensive positive electrode active material can be obtained while maintaining stable battery characteristics. In order to reduce costs, a certain amount or more of manganese is required. In the case of Example 4-11 in which the molar ratio b of manganese is 0.05, the maximum temperature on the battery surface becomes high, and the safety of the battery is somewhat lowered. In Examples 4-16 and 4-18 in which the molar ratio b of manganese is 0.6, the initial discharge capacity is reduced.

また、実施例4−11からわかるように、コバルトのモル比cが0.05の場合には、電池表面の最高温度が高くなる。また、コバルトのモル比cが0.6である実施例4−17および4−19では、初期放電容量が少なくなる。   Further, as can be seen from Example 4-11, when the molar ratio c of cobalt is 0.05, the maximum temperature of the battery surface becomes high. In Examples 4-17 and 4-19 in which the molar ratio c of cobalt is 0.6, the initial discharge capacity is reduced.

さらに、実施例4−1〜4−4および実施例4−7〜4−10に示されるように、アルミニウム量およびリチウム量についても、実施例1と同様の傾向がある。   Furthermore, as shown in Examples 4-1 to 4-4 and Examples 4-7 to 4-10, the amounts of aluminum and lithium have the same tendency as in Example 1.

よって、LiaNi1-(b+c+d)MnbCocAld2で表されるリチウム含有複合酸化物においては、1≦a≦1.05であり、0.1≦b≦0.5であり、0.1≦c≦0.5、0.001≦d≦0.2であることが好ましい。 Therefore, in the lithium-containing composite oxide represented by Li a Ni 1- (b + c + d) Mn b Co c Al d O 2 , 1 ≦ a ≦ 1.05, and 0.1 ≦ b ≦ 0.5, and preferably 0.1 ≦ c ≦ 0.5 and 0.001 ≦ d ≦ 0.2.

また、b+c+dが0.85である実施例4−18および4−19では、初期放電容量が少なくなる傾向が見られた。b+c+dが0.15である実施例4−11では、電池表面の最高温度が高くなり、電池の安全性が多少低下する傾向が見られた。よって、0.2≦b+c+d≦0.75であるときに、上記3つの特性のバランスが優れた電池が得られることがわかる。   In Examples 4-18 and 4-19 where b + c + d was 0.85, the initial discharge capacity tended to decrease. In Example 4-11 in which b + c + d was 0.15, the maximum temperature on the battery surface increased, and the safety of the battery tended to decrease somewhat. Therefore, it can be seen that when 0.2 ≦ b + c + d ≦ 0.75, a battery having an excellent balance of the three characteristics can be obtained.

以下の実施例では、複数種のリチウム含有複合酸化物の混合物を正極活物質として用いた場合、正極活物質が高電圧環境下に曝される場合、および負極活物質の種類を変化させた場合について、電池特性の評価を行った。   In the following examples, when a mixture of a plurality of types of lithium-containing composite oxides is used as the positive electrode active material, the positive electrode active material is exposed to a high voltage environment, and the type of the negative electrode active material is changed. The battery characteristics were evaluated.

(実施例5−1)
実施例1−2で用いた正極活物質(Li1.02Co0.95Al0.052)を50重量部と実施例4−2で用いた正極活物質(Li1.01Ni0.32Mn0.32Co0.32Al0.052)を50重量部を混合して得られた粉体を正極活物質5−1とした。この正極活物質を用いたこと以外は、実施例1−1と同様にして、電池を作製した。得られた電池を、実施例5−1の電池とした。
(Example 5-1)
50 parts by weight of the positive electrode active material (Li 1.02 Co 0.95 Al 0.05 O 2 ) used in Example 1-2 and the positive electrode active material (Li 1.01 Ni 0.32 Mn 0.32 Co 0.32 Al 0.05 O 2 ) used in Example 4-2 ) Was mixed with 50 parts by weight to obtain a positive electrode active material 5-1. A battery was fabricated in the same manner as in Example 1-1 except that this positive electrode active material was used. The obtained battery was designated as the battery of Example 5-1.

(実施例5−2)
正極合剤層の活物質密度を3.3g/cm3とし、正極板の厚みを144μmとしたこと以外は、実施例1−2と同様にして、電池を作製した。得られた電池を、実施例5−2の電池とした。
(Example 5-2)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1-2 except that the active material density of the positive electrode mixture layer was 3.3 g / cm 3 and the thickness of the positive electrode plate was 144 μm. The obtained battery was referred to as battery of Example 5-2.

(実施例5−3)
正極合剤層の活物質密度を3.3g/cm3とし、正極板の厚みを144μmとしたこと以外は、実施例4−2と同様にして、電池を作製した。得られた電池を、実施例5−3の電池とした。
(Example 5-3)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 4-2, except that the active material density of the positive electrode mixture layer was 3.3 g / cm 3 and the thickness of the positive electrode plate was 144 μm. The obtained battery was referred to as battery of Example 5-3.

(実施例5−4)
負極活物質であるケイ素(Si)単体粉末(メディアン径10μm)3kgと、結着剤である変性スチレンブタジエンゴム粒子を40重量%含む水分散液(日本ゼオン株式会社製のBM−400B(商品名))750gと、導電剤であるアセチレンブラック600gと、増粘剤であるカルボキシメチルセルロース300gと、分散媒である適量の水とを、双腕式練合機で攪拌し、負極合剤ペーストを調製した。負極合剤ペーストを、厚み10μmの銅箔からなる帯状の負極集電体の両面に塗布した。塗布した負極合剤ペーストを乾燥し、圧延ロールで圧延して、負極板を作製した。この負極板を用いたこと以外は、実施例3−2と同様にして、電池を作製した。得られた電池を、実施例5−4の電池とした。
(Example 5-4)
An aqueous dispersion (BM-400B manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) )) 750 g, 600 g of acetylene black as a conductive agent, 300 g of carboxymethyl cellulose as a thickener, and an appropriate amount of water as a dispersion medium are stirred with a double-arm kneader to prepare a negative electrode mixture paste. did. The negative electrode mixture paste was applied to both surfaces of a strip-shaped negative electrode current collector made of a copper foil having a thickness of 10 μm. The applied negative electrode mixture paste was dried and rolled with a rolling roll to produce a negative electrode plate. A battery was fabricated in the same manner as in Example 3-2 except that this negative electrode plate was used. The obtained battery was referred to as battery of Example 5-4.

(実施例5−5)
ケイ素粉末の代わりに、SiO粉末(メディアン径8μm)を用い、適宜正極および負極の寸法を変更したこと以外は、実施例5−4と同様にして、電池を作製した。得られた電池を、実施例5−5の電池とした。
(Example 5-5)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 5-4, except that SiO powder (median diameter 8 μm) was used instead of silicon powder, and the dimensions of the positive electrode and the negative electrode were changed as appropriate. The obtained battery was referred to as battery of Example 5-5.

(実施例5−6)
真空チャンバー内に水冷ローラを備えた真空蒸着装置を用いて、以下のような負極を作製した。
集電体となる電解Cu箔(古河サーキットフォイル(株)製、厚さ20μm)を、真空蒸着装置内の水冷ローラに貼り付けて固定した。その直下にケイ素(フルウチ化学(株)製、純度99.999%のインゴット)を入れた黒鉛製坩堝を配置した。坩堝とCu箔の間に酸素ガスを導入されるように、真空チャンバー内にノズルを設置した。ノズルからの酸素ガス(日本酸素(株)製、純度99.7%)の流量は、20sccm(1分間に20cm3流れる流量)に設定した。余剰なケイ素の付着を防ぐために、坩堝と水冷ローラとの間に、開口部を有するステンレス鋼製の遮蔽板を配置した。ローラの回転方向において、この開口部の幅は、10mmであった。この遮蔽板の開口部には、蒸発温度に達するまでの蒸発・付着を防ぐために、シャッターを配置した。
(Example 5-6)
The following negative electrode was produced using the vacuum evaporation apparatus provided with the water cooling roller in the vacuum chamber.
Electrolytic Cu foil (made by Furukawa Circuit Foil Co., Ltd., thickness 20 μm) serving as a current collector was attached to a water-cooled roller in a vacuum vapor deposition apparatus and fixed. A graphite crucible containing silicon (manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd., ingot with a purity of 99.999%) was placed immediately below. A nozzle was installed in the vacuum chamber so that oxygen gas was introduced between the crucible and the Cu foil. The flow rate of oxygen gas (manufactured by Nippon Oxygen Co., Ltd., purity 99.7%) from the nozzle was set to 20 sccm (flow rate of 20 cm 3 per minute). In order to prevent excessive silicon from adhering, a stainless steel shielding plate having an opening was disposed between the crucible and the water cooling roller. The width of the opening was 10 mm in the rotation direction of the roller. In order to prevent evaporation and adhesion until the evaporation temperature is reached, a shutter is disposed at the opening of the shielding plate.

電子銃を用いて、ケイ素を集電体上に蒸着させた。電子ビームの加速電圧は−8kVとし、電子ビームのエミッションは150mAとした。
このとき、真空チャンバー内の真空度を1.5x10-1Paとし、水冷ローラを、10cm/分の速度で回転させた。また、水冷ローラの表面温度は、20℃とした。
Silicon was deposited on the current collector using an electron gun. The acceleration voltage of the electron beam was -8 kV, and the emission of the electron beam was 150 mA.
At this time, the degree of vacuum in the vacuum chamber was 1.5 × 10 −1 Pa, and the water-cooled roller was rotated at a speed of 10 cm / min. The surface temperature of the water cooling roller was 20 ° C.

集電体の片面にケイ素と酸素を含む活物質を蒸着した後、他方の面においても、同様にして、活物質を蒸着させた。こうして、集電体の両面に、活物質からなる薄膜を担持した負極を作製した。
負極活物質の組成を元素分析にて定量した。その結果、負極活物質の組成は、SiO0.6であった。
After vapor-depositing an active material containing silicon and oxygen on one side of the current collector, the active material was vapor-deposited in the same manner on the other side. Thus, a negative electrode carrying a thin film made of an active material on both sides of the current collector was produced.
The composition of the negative electrode active material was quantified by elemental analysis. As a result, the composition of the negative electrode active material was SiO 0.6 .

このような負極を用い、適宜正極および負極の寸法を変更したこと以外は、実施例5−4と同様にして、電池を作製した。得られた電池を、実施例5−6の電池とした。   A battery was fabricated in the same manner as in Example 5-4, except that such a negative electrode was used and the dimensions of the positive electrode and the negative electrode were appropriately changed. The obtained battery was referred to as battery of Example 5-6.

実施例5−1、および5−4〜5−6の電池を、実施例1と同様の予備充放電に2回供した。充電後の電池を、45℃で7日間保存した。保存後の電池について、実施例1と同様にして、初期放電容量、電池表面の最高温度および容量回復率を測定した。結果を表5に示す。   The batteries of Examples 5-1 and 5-4 to 5-6 were subjected to the same preliminary charging / discharging as in Example 1 twice. The battery after charging was stored at 45 ° C. for 7 days. About the battery after a preservation | save, it carried out similarly to Example 1, and measured the initial stage discharge capacity, the maximum temperature of a battery surface, and a capacity | capacitance recovery rate. The results are shown in Table 5.

実施例5−2および5−3の電池については、充電終止電圧を4.4Vに変更したこと以外、実施例1と同様の予備充放電に2回供した。充電後の電池を、45℃で7日間保存した。次に、保存後の電池について、以下のような評価を行った。   About the battery of Example 5-2 and 5-3, it used for the preliminary | backup charge / discharge similar to Example 1 twice except having changed the charge end voltage to 4.4V. The battery after charging was stored at 45 ° C. for 7 days. Next, the battery after storage was evaluated as follows.

(v)放電容量の測定
保存後の電池を、20℃で、4.4Vの定電圧で、電流値が100mAに減少するまで充電した。この後、充電後の電池を、2000mAの定電流で、電池電圧が3Vに低下するまで放電し、初期放電容量を求めた。結果を表5に示す。
(V) Measurement of discharge capacity The battery after storage was charged at 20 ° C. with a constant voltage of 4.4 V until the current value decreased to 100 mA. Thereafter, the charged battery was discharged at a constant current of 2000 mA until the battery voltage dropped to 3 V, and the initial discharge capacity was determined. The results are shown in Table 5.

(vi)安全性試験
保存後の電池を、20℃で、4.4Vの定電圧で、電流値が100mAに減少するまで充電した。この後、充電後の電池を、130℃の恒温槽に配置し、電池表面の最高温度を測定した。結果を表5に示す。
(Vi) Safety test The battery after storage was charged at 20 ° C. with a constant voltage of 4.4 V until the current value decreased to 100 mA. Thereafter, the charged battery was placed in a thermostatic bath at 130 ° C., and the maximum temperature on the battery surface was measured. The results are shown in Table 5.

(vii)高温保存特性
まず、上記のようにして、初期放電容量を測定した。この後、電池を、20℃で、4.4Vの定電圧で、電流値が100mAに減少するまで充電した。次いで、充電後の電池を、90℃の恒温槽に配置し、24時間保存した。保存後の電池を、2000mAの定電流で放電し、保存後の放電容量を求めた。初期放電容量に対する保存後の放電容量の比を百分率で表した値を容量回復率とした。結果を表5に示す。
(Vii) High-temperature storage characteristics First, the initial discharge capacity was measured as described above. Thereafter, the battery was charged at 20 ° C. with a constant voltage of 4.4 V until the current value decreased to 100 mA. Next, the battery after charging was placed in a constant temperature bath at 90 ° C. and stored for 24 hours. The battery after storage was discharged at a constant current of 2000 mA, and the discharge capacity after storage was determined. The value representing the ratio of the discharge capacity after storage to the initial discharge capacity as a percentage was taken as the capacity recovery rate. The results are shown in Table 5.

Figure 2006294597
Figure 2006294597

表5に示されるように、いずれの実施例の電池においても、初期放電容量および容量回復率が優れた値を示し、電池表面の最高温度も、それほど高くなかった。よって、2種のリチウム含有複合酸化物を含む混合物を正極活物質として用いる場合(実施例5−1)、正極活物質が高電圧環境下に曝された場合(実施例5−2〜5−3)、および高容量の負極活物質を用いた場合(実施例5−4〜5−6)においても、安全性および高温保存特性に優れた電池が得られることがわかる。   As shown in Table 5, in any of the batteries of Examples, the initial discharge capacity and the capacity recovery rate were excellent, and the maximum temperature on the battery surface was not so high. Therefore, when a mixture containing two types of lithium-containing composite oxide is used as the positive electrode active material (Example 5-1), when the positive electrode active material is exposed to a high voltage environment (Examples 5-2 to 5- 3) and when a high capacity negative electrode active material is used (Examples 5-4 to 5-6), it can be seen that a battery excellent in safety and high-temperature storage characteristics can be obtained.

本発明によれば、正極活物質が適量のアルミニウムを含むため、セパレータに含まれる耐熱性樹脂に末端基として含まれる塩素原子が非水電解液中に遊離したとしても、正極活物質の主構成成分の非水電解液中への溶出を抑制することができる。このため、優れた安全性を有するとともに、高温保存特性を向上させた非水電解液二次電池を提供することができる。このような電池は、例えば、高温環境下でも、優れた電池特性を要求される機器用の電源として用いることができる。   According to the present invention, since the positive electrode active material contains an appropriate amount of aluminum, even if chlorine atoms contained as end groups in the heat-resistant resin contained in the separator are liberated in the non-aqueous electrolyte, the main component of the positive electrode active material Elution of components into the non-aqueous electrolyte can be suppressed. Therefore, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that has excellent safety and improved high-temperature storage characteristics. Such a battery can be used, for example, as a power source for equipment that requires excellent battery characteristics even in a high temperature environment.

実施例で作製した円筒型リチウム二次電池を概略的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows schematically the cylindrical lithium secondary battery produced in the Example.

符号の説明Explanation of symbols

11 正極
12 負極
13 セパレータ
14 正極リード
15 負極リード
16 上部絶縁リング
17 下部絶縁リング
18 電池缶
19 電池蓋
20 絶縁パッキン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Positive electrode 12 Negative electrode 13 Separator 14 Positive electrode lead 15 Negative electrode lead 16 Upper insulating ring 17 Lower insulating ring 18 Battery can 19 Battery cover 20 Insulating packing

Claims (8)

正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、非水電解液と、セパレータとを具備し、
前記セパレータは、末端基として塩素原子を有する耐熱性樹脂を含み、
前記正極活物質は、組成中にアルミニウム原子を有するリチウム含有複合酸化物を含む非水電解液二次電池。
A positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, a non-aqueous electrolyte, and a separator,
The separator includes a heat resistant resin having a chlorine atom as a terminal group,
The positive electrode active material is a non-aqueous electrolyte secondary battery including a lithium-containing composite oxide having an aluminum atom in the composition.
前記耐熱性樹脂が、アラミドおよびポリアミドイミドよりなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項1記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the heat resistant resin includes at least one selected from the group consisting of aramid and polyamideimide. 前記セパレータが、前記耐熱性樹脂を含む膜と、前記耐熱性樹脂を含む膜に積層されたポリオレフィンを含む膜とを有する請求項1記載の非水電解液二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the separator includes a film containing the heat resistant resin and a film containing polyolefin laminated on the film containing the heat resistant resin. 前記セパレータが、ポリオレフィンを含む膜と、前記ポリオレフィンを含む膜の上に形成された前記耐熱性樹脂およびフィラーを含む層とを有する請求項1記載の非水電解液二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the separator includes a film containing polyolefin and a layer containing the heat-resistant resin and filler formed on the film containing polyolefin. 前記リチウム含有複合酸化物が、以下の式:
Lix1-yAly2 (1)
(1≦x≦1.05、0.001≦y≦0.2、Mは、Co、Ni、MnおよびMgよりなる群から選ばれる少なくとも1種である。)で表される請求項1記載の非水電解液二次電池。
The lithium-containing composite oxide has the following formula:
Li x M 1-y Al y O 2 (1)
(1 ≦ x ≦ 1.05, 0.001 ≦ y ≦ 0.2, M is at least one selected from the group consisting of Co, Ni, Mn, and Mg). Non-aqueous electrolyte secondary battery.
前記リチウム含有複合酸化物が、以下の式:
LiaCo1-b-cMgbAlc2 (2)
(1≦a≦1.05、0.005≦b≦0.1、0.001≦c≦0.2)で表される請求項5記載の非水電解液二次電池。
The lithium-containing composite oxide has the following formula:
Li a Co 1-bc Mg b Al c O 2 (2)
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 5, represented by (1 ≦ a ≦ 1.05, 0.005 ≦ b ≦ 0.1, 0.001 ≦ c ≦ 0.2).
前記リチウム含有複合酸化物が、以下の式:
LiaNi1-b-cCobAlc2 (3)
(1≦a≦1.05、0.1≦b≦0.35、0.001≦c≦0.2)で表される請求項5記載の非水電解液二次電池。
The lithium-containing composite oxide has the following formula:
Li a Ni 1-bc Co b Al c O 2 (3)
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 5, represented by (1 ≦ a ≦ 1.05, 0.1 ≦ b ≦ 0.35, 0.001 ≦ c ≦ 0.2).
前記リチウム含有複合酸化物が、以下の式:
LiaNi1-(b+c+d)MnbCocAld2 (4)
(1≦a≦1.05、0.1≦b≦0.5、0.1≦c≦0.5、0.001≦d≦0.2、0.2≦b+c+d≦0.75)で表される請求項5記載の非水電解液二次電池。
The lithium-containing composite oxide has the following formula:
Li a Ni 1- (b + c + d) Mn b Co c Al d O 2 (4)
(1 ≦ a ≦ 1.05, 0.1 ≦ b ≦ 0.5, 0.1 ≦ c ≦ 0.5, 0.001 ≦ d ≦ 0.2, 0.2 ≦ b + c + d ≦ 0.75) The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 5 represented.
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