JP2006351242A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery of a high capacity showing an excellent charge/discharge cycle characteristics even under a high-temperature environment, in case nickel-containing lithium complex oxide is used. <P>SOLUTION: In the nonaqueous electrolyte secondary battery provided with a cathode containing nickel-containing lithium complex oxide as a cathode active material, an anode with a material capable of storing and releasing lithium as an active material, a separator intercalated between the cathode and the anode, and nonaqueous solution, the nonaqueous electrolytic solution contains organic acid of 20 ppm or more and 100 ppm or less. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、非水電解液二次電池に関し、より詳しくは非水電解液が改良された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 more particularly to a non-aqueous electrolyte secondary battery with an improved non-aqueous electrolyte.

近年、非水電解液二次電池の分野においては、高電圧、高エネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池の研究が盛んである。
現在、市販されているリチウムイオン二次電池の大半において、高い充放電電圧を示すLiCoO2が正極活物質として用いられている。一方で、さらなる高容量化に対する要望は強く、LiCoO2に代わる、より高容量の正極活物質についての研究開発が盛んに行われている。その中でも、ニッケルを主成分とするニッケル含有リチウム複合酸化物(例えば、LiNiO2)の研究が精力的に行われ、一部は既に商品化されている。
In recent years, in the field of non-aqueous electrolyte secondary batteries, research on lithium ion secondary batteries having high voltage and high energy density has been active.
Currently, LiCoO 2 exhibiting a high charge / discharge voltage is used as the positive electrode active material in most of the commercially available lithium ion secondary batteries. On the other hand, there is a strong demand for higher capacity, and research and development has been actively conducted on a positive electrode active material having a higher capacity in place of LiCoO 2 . Among them, research on nickel-containing lithium composite oxide (for example, LiNiO 2 ) whose main component is nickel has been vigorously conducted, and some of them have already been commercialized.

また、リチウムイオン二次電池については、高容量化以外に、高信頼性化および高寿命化も望まれている。しかしながら、概して、LiNiO2のようなニッケル含有リチウム複合酸化物は、サイクル特性および保存特性がLiCoO2に比べ格段に悪いため、未だ市場を占有するに至っていない。よって、ニッケル含有リチウム複合酸化物の特性を改善すべく、それらの改良が活発に行われている。例えば、高温環境下におけるガス発生を抑制して保存特性を向上させるために、ニッケル含有リチウム複合酸化物を水洗処理することが提案されている(特許文献1参照)。前記水洗処理により、ニッケル含有リチウム複合酸化物中に生成する炭酸リチウムや硫酸リチウムが除去される。 In addition to increasing the capacity of lithium ion secondary batteries, higher reliability and longer life are also desired. However, in general, nickel-containing lithium composite oxides such as LiNiO 2 have not yet occupied the market because their cycle characteristics and storage characteristics are much worse than LiCoO 2 . Therefore, in order to improve the characteristics of the nickel-containing lithium composite oxide, such improvements have been actively made. For example, in order to suppress the gas generation in a high temperature environment and improve the storage characteristics, it has been proposed to wash the nickel-containing lithium composite oxide with water (see Patent Document 1). By the water washing treatment, lithium carbonate and lithium sulfate generated in the nickel-containing lithium composite oxide are removed.

また、非水電解液二次電池に用いられる非水電解液としては、非水溶媒に溶質を溶解させたものが一般的である。非水溶媒としては、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステルなどが用いられる。溶質としては、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)などが用いられている。 Moreover, as a non-aqueous electrolyte used for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a solution obtained by dissolving a solute in a non-aqueous solvent is generally used. As the non-aqueous solvent, cyclic carbonates, chain carbonates, cyclic carboxylic acid esters, and the like are used. As the solute, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), or the like is used.

一方で、電池特性を向上させる目的で、正極活物質、負極活物質および電解質に、種々の添加剤を混合することが試みられている。例えば、リチウム金属系負極を用いる場合に、充放電サイクル特性を向上させるために、非水電解液にフッ化水素を20ppm〜400ppm添加することが提案されている(特許文献2参照)。非水電解液にフッ化水素を添加することにより、リチウム金属系負極の表面に均一な被膜が形成されて、リチウムデンドライトの生成が抑制される。
特開2003−017054号公報 特開平07−302613号公報
On the other hand, for the purpose of improving battery characteristics, attempts have been made to mix various additives into the positive electrode active material, the negative electrode active material, and the electrolyte. For example, in the case of using a lithium metal-based negative electrode, it has been proposed to add 20 ppm to 400 ppm of hydrogen fluoride to a nonaqueous electrolytic solution in order to improve charge / discharge cycle characteristics (see Patent Document 2). By adding hydrogen fluoride to the non-aqueous electrolyte, a uniform film is formed on the surface of the lithium metal-based negative electrode, and generation of lithium dendrite is suppressed.
JP 2003-017054 A Japanese Patent Laid-Open No. 07-302613

しかしながら、特許文献1のようなニッケル含有リチウム複合酸化物を正極活物質として用いた電池の場合、特に高温環境下で、非水電解液と正極活物質との副反応が激しく起こり、十分なサイクル特性は得られていない。   However, in the case of a battery using a nickel-containing lithium composite oxide as disclosed in Patent Document 1 as a positive electrode active material, a side reaction between the nonaqueous electrolyte and the positive electrode active material occurs violently, particularly in a high temperature environment, and a sufficient cycle Characteristics have not been obtained.

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、ニッケル含有リチウム複合酸化物を正極活物質として用いた場合に、高温環境下においても、良好な充放電サイクル特性を示す高容量タイプの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 when nickel-containing lithium composite oxide is used as a positive electrode active material, it has a high capacity exhibiting good charge / discharge cycle characteristics even in a high temperature environment. An object is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery of the type.

本発明者らは前記問題に対する原因を究明し、さらに検討を重ねた結果、電解液中の十分な量の有機酸が、ニッケルを含有したリチウム複合酸化物の正極活物質に対して、特に有効に作用し、電解液と正極活物質との副反応を顕著に抑制できることを見出した。
つまり、本発明は、正極活物質としてニッケル含有リチウム複合酸化物を含む正極と、リチウムの吸蔵および放出が可能な負極と、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータと、20ppm以上100ppm以下の有機酸を含む非水電解液とを具備する非水電解液二次電池に関する。ここで、有機酸とは、その共役塩基が含まれる場合には、有機酸とその共役塩基とを表す。
As a result of investigating the cause for the above problem and further studying, the present inventors have found that a sufficient amount of organic acid in the electrolytic solution is particularly effective for the positive electrode active material of the lithium composite oxide containing nickel. It was found that the side reaction between the electrolytic solution and the positive electrode active material can be remarkably suppressed.
That is, the present invention includes a positive electrode containing nickel-containing lithium composite oxide as a positive electrode active material, a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and 20 ppm to 100 ppm. The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a non-aqueous electrolyte solution containing any organic acid. Here, the organic acid represents the organic acid and the conjugate base when the conjugate base is included.

上記非水電解液二次電池において、非水電解液は、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiPF5(CF3)、LiPF5(C25)、LiPF3(C253、LiBF3(CF3)、LiBF3(C25)、およびLiBF2(C252よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。 In the non-aqueous electrolyte secondary batteries, non-aqueous electrolyte, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiPF 5 (CF 3), LiPF 5 (C 2 F 5), LiPF 3 (C 2 F 5 ) 3 , LiBF 3 (CF 3 ), LiBF 3 (C 2 F 5 ), and LiBF 2 (C 2 F 5 ) 2 are preferably included.

上記非水電解液二次電池において、有機酸は炭素酸を含むことが好ましい。また、炭素酸は、ジメドン、トリアセチルメタン、アセチルアセトン、シクロペンタジエン、および1,3-ジオキソランよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。   In the non-aqueous electrolyte secondary battery, the organic acid preferably includes a carbon acid. The carbon acid preferably contains at least one selected from the group consisting of dimedone, triacetylmethane, acetylacetone, cyclopentadiene, and 1,3-dioxolane.

上記非水電解液二次電池において、ニッケル含有リチウム複合酸化物は、以下の式:
LiNix1-x-yy2
(MはCoおよびMnのうちの少なくとも1種であり、LはAl、Sr、Y、Zr、Ta、Mg、Ti、Zn、B、Ca、Cr、Si、Ga、Sn、P、V、Sb、Nb、Mo、WおよびFeよりなる群から選ばれる少なくとも1種であり、0.1≦x≦1.0、0≦y≦0.1)
で表されることが好ましい。
In the non-aqueous electrolyte secondary battery, the nickel-containing lithium composite oxide has the following formula:
LiNi x M 1-xy L y O 2
(M is at least one of Co and Mn, and L is Al, Sr, Y, Zr, Ta, Mg, Ti, Zn, B, Ca, Cr, Si, Ga, Sn, P, V, Sb. , Nb, Mo, W and Fe, at least one selected from the group consisting of 0.1 ≦ x ≦ 1.0, 0 ≦ y ≦ 0.1)
It is preferable to be represented by

非水電解液が最初から多量のHFを含む場合、その大部分が負極での被膜形成反応に消費され、負極の被膜が厚くなり過ぎるために、充放電反応が阻害されることがある。また、大部分のHFが負極で先に消費されてしまうと、正極上に被膜が形成されにくくなることもある。一方、本発明においては、20ppm以上100ppm以下の有機酸を含む非水電解液を用いることにより、例えば、高温保存後に非水電解液にHFが生成され、正極上に不活性な被膜が形成される。これにより、ニッケル含有リチウム複合酸化物を正極活物質として用いた場合においても、高温環境下における非水電解液と正極活物質との副反応によるサイクル特性の劣化を回避することができる。さらに、非水電解液が最初から多量のHFを含んではいないため、負極の被膜が厚くなりすぎたり、また正極上に被膜が形成されにくくなるということをさらに低減することができる。このため、良好な特性を有する非水電解液二次電池を実現することができる。   When the non-aqueous electrolyte contains a large amount of HF from the beginning, most of it is consumed in the film formation reaction at the negative electrode, and the film on the negative electrode becomes too thick, which may inhibit the charge / discharge reaction. In addition, if most of the HF is consumed first in the negative electrode, it may be difficult to form a film on the positive electrode. On the other hand, in the present invention, by using a non-aqueous electrolyte containing an organic acid of 20 ppm or more and 100 ppm or less, for example, HF is generated in the non-aqueous electrolyte after high temperature storage, and an inactive film is formed on the positive electrode. The Thereby, even when nickel-containing lithium composite oxide is used as the positive electrode active material, it is possible to avoid deterioration of cycle characteristics due to a side reaction between the nonaqueous electrolytic solution and the positive electrode active material in a high temperature environment. Furthermore, since the non-aqueous electrolyte does not contain a large amount of HF from the beginning, it can be further reduced that the coating film of the negative electrode becomes too thick or the coating film is hardly formed on the positive electrode. For this reason, the nonaqueous electrolyte secondary battery which has a favorable characteristic is realizable.

以下、本発明を実施するための最良の形態について詳述する。
図1に、本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池を示す。
図1の非水電解液二次電池は、電池ケース18、および電池ケース内に収容された発電要素を含む。発電要素は、極板群および非水電解液(図示せず)を含む。
極板群は、正極板11、負極板12、正極板と負極板との間に配置されたセパレータ13を含み、正極板11と負極板12とをセパレータ13を介して渦巻状に捲回して作製される。
正極板11からは正極リード14が引き出され、正極端子を兼ねる封口板19の裏面に接続されている。また、負極板12からは負極リード15が引き出され、電池ケース18の底部に接続されている。極板群の上部には上部絶縁板16が設けられ、極板群の下部には下部絶縁板17が設けられている。
電池ケース18の開口端部をガスケット20を介して封口板19にかしめつけることにより、電池ケース18が密封されている。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail.
FIG. 1 shows a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention.
The nonaqueous electrolyte secondary battery in FIG. 1 includes a battery case 18 and a power generation element housed in the battery case. The power generation element includes an electrode plate group and a non-aqueous electrolyte (not shown).
The electrode plate group includes a positive electrode plate 11, a negative electrode plate 12, and a separator 13 disposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and the positive electrode plate 11 and the negative electrode plate 12 are wound in a spiral shape via the separator 13. Produced.
A positive electrode lead 14 is drawn from the positive electrode plate 11 and connected to the back surface of the sealing plate 19 that also serves as a positive electrode terminal. A negative electrode lead 15 is drawn out from the negative electrode plate 12 and connected to the bottom of the battery case 18. An upper insulating plate 16 is provided above the electrode plate group, and a lower insulating plate 17 is provided below the electrode plate group.
The battery case 18 is sealed by caulking the opening end of the battery case 18 to the sealing plate 19 via the gasket 20.

本発明において、正極活物質としては、ニッケル含有リチウム複合酸化物が用いられる。その中でも、LiNix1-x-yy2(MはCoおよびMnのうちの少なくとも1種であり、LはAl、Sr、Y、Zr、Ta、Mg、Ti、Zn、B、Ca、Cr、Si、Ga、Sn、P、V、Sb、Nb、Mo、WおよびFeよりなる群から選ばれる少なくとも1種であり、0.1≦x≦1.0、0≦y≦0.1)を用いることが好ましい。上記のように、元素Lが含まれる場合には、結晶構造が安定し、その電池特性が良化するためである。
また、前記式中xは、0.3≦x≦0.9の範囲がより好ましく、0.7≦x≦0.9の範囲が最も好ましい。
In the present invention, a nickel-containing lithium composite oxide is used as the positive electrode active material. Among them, LiNi x M 1-xy L y O 2 (M is at least one of Co and Mn, L is Al, Sr, Y, Zr, Ta, Mg, Ti, Zn, B, Ca, It is at least one selected from the group consisting of Cr, Si, Ga, Sn, P, V, Sb, Nb, Mo, W and Fe, and 0.1 ≦ x ≦ 1.0, 0 ≦ y ≦ 0.1 ) Is preferably used. As described above, when the element L is included, the crystal structure is stabilized and the battery characteristics are improved.
In the above formula, x is more preferably in the range of 0.3 ≦ x ≦ 0.9, and most preferably in the range of 0.7 ≦ x ≦ 0.9.

yは、LがAl、Sr、Y、Zr、Ta、Mg、Ti、Zn、B、Ca、Cr、Si、Ga、Sn、P、V、Sb、Nb、Mo、W、およびFeのいずれであっても0.1を超えると、正極活物質表面上への不活性被膜の生成が不十分となり、高温でのサイクル特性が若干ながら低下することがある。このため、yは、0.1以下であることが好ましく、0.05以下であることがさらに好ましく、0.01〜0.05が特に好ましい。   y is any of L, Al, Sr, Y, Zr, Ta, Mg, Ti, Zn, B, Ca, Cr, Si, Ga, Sn, P, V, Sb, Nb, Mo, W, and Fe Even if it exceeds 0.1, the generation of the inert film on the surface of the positive electrode active material becomes insufficient, and the cycle characteristics at high temperature may be slightly lowered. For this reason, y is preferably 0.1 or less, more preferably 0.05 or less, and particularly preferably 0.01 to 0.05.

負極活物質としては、例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛など)、人造黒鉛などの黒鉛類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類、炭素繊維、金属繊維、合金、リチウム金属、錫化合物、珪化物、窒化物などを用いることができる。   Examples of the negative electrode active material include graphite such as natural graphite (such as flake graphite) and artificial graphite, carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black, and carbon fiber. Metal fibers, alloys, lithium metals, tin compounds, silicides, nitrides, and the like can be used.

正極用結着剤および負極用結着剤としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体などが用いられる。   Examples of the positive electrode binder and the negative electrode binder include polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), fluorine, and the like. Vinylidene chloride-hexafluoropropylene copolymer and the like are used.

電極に含ませる導電剤には、例えば、黒鉛類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類、炭素繊維、金属繊維などが用いられる。   Examples of the conductive agent included in the electrode include graphites, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, and other carbon blacks, carbon fibers, and metal fibers.

正極用集電体には、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、チタンなどからなるシート箔が用いられる。また、負極用集電体には、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、銅などからなるシート箔が用いられる。正極用集電体および負極用集電体の厚さは、特に限定されないが、1〜500μmであることが好ましい。   For the positive electrode current collector, for example, a sheet foil made of stainless steel, aluminum, titanium, or the like is used. For the negative electrode current collector, for example, a sheet foil made of stainless steel, nickel, copper, or the like is used. The thicknesses of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are not particularly limited, but are preferably 1 to 500 μm.

セパレータとしては、大きなイオン透過度を持ち、所定の機械的強度を持ち、絶縁性を有する微多孔性薄膜を用いることができる。このようなセパレータとしては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのオレフィン系ポリマーあるいはガラス繊維などからなるシート、不織布、織布などが挙げられる。また、セパレータの厚さは、一般的には、10〜300μmであることが好ましい。   As the separator, a microporous thin film having a large ion permeability, a predetermined mechanical strength, and an insulating property can be used. Examples of such separators include sheets made of olefin polymers such as polypropylene and polyethylene, glass fibers, nonwoven fabrics, and woven fabrics. The thickness of the separator is generally preferably 10 to 300 μm.

非水電解液は、非水溶媒とその非水溶媒に溶解された溶質を含む。非水溶媒として、例えば、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステルなどが用いられる。ここで、環状炭酸エステルとしては、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)などが挙げられる。鎖状炭酸エステルとしては、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)などが挙げられる。また、環状カルボン酸エステルとしては、γ−ブチロラクトン(GBL)、γ−バレロラクトン(GVL)などが挙げられる。   The nonaqueous electrolytic solution includes a nonaqueous solvent and a solute dissolved in the nonaqueous solvent. As the non-aqueous solvent, for example, a cyclic carbonate, a chain carbonate, a cyclic carboxylic acid ester or the like is used. Here, examples of the cyclic carbonate include propylene carbonate (PC) and ethylene carbonate (EC). Examples of the chain carbonate include diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC). Examples of the cyclic carboxylic acid ester include γ-butyrolactone (GBL) and γ-valerolactone (GVL).

非水溶媒に溶解する溶質としては、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAlCl4、LiSbF6、LiSCN、LiCF3SO3、LiCF3CO2、Li(CF3SO22、LiAsF6、LiB10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランリチウム、ビス(1,2−ベンゼンジオレート(2−)−O,O’)ほう酸リチウム、ビス(2,3−ナフタレンジオレート(2−)−O,O’)ほう酸リチウム、ビス(2,2’−ビフェニルジオレート(2−)−O,O’)ほう酸リチウム、ビス(5−フルオロ−2−オレート−1−ベンゼンスルホン酸−O,O’)ほう酸リチウム等のほう酸塩類、ビステトラフルオロメタンスルホン酸イミドリチウム((CF3SO22NLi)、テトラフルオロメタンスルホン酸ノナフルオロブタンスルホン酸イミドリチウム(LiN(CF3SO2)(C49SO2))、ビスペンタフルオロエタンスルホン酸イミドリチウム((C25SO22NLi)等のイミド塩類等を含んでいてもよい。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。 Solutes dissolved in the non-aqueous solvent include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiAlCl 4 , LiSbF 6 , LiSCN, LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 , LiAsF 6 , LiB. 10 Cl 10 , lower aliphatic lithium carboxylate, LiCl, LiBr, LiI, chloroborane lithium, bis (1,2-benzenediolate (2-)-O, O ′) lithium borate, bis (2,3-naphthalene) Dioleate (2-)-O, O ′) lithium borate, bis (2,2′-biphenyldiolate (2-)-O, O ′) lithium borate, bis (5-fluoro-2-oleate-1- Borates such as benzenesulfonic acid-O, O ′) lithium borate, lithium bistetrafluoromethanesulfonate imidolithium ((CF 3 SO 2 ) 2 NLi), Tet Nonfluorofluorosulfonic acid nonafluorobutane imide lithium (LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 )), lithium bispentafluoroethane sulfonate imide ((C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi) It may contain imide salts such as. These may be used alone or in combination of two or more.

本発明の非水電解液二次電池において、非水電解液には、20ppm以上100ppm以下の有機酸が含まれる。有機酸としては、例えば、カルボン酸、炭素酸のようなブレンステッド酸等を用いることができる。   In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the non-aqueous electrolyte contains 20 ppm or more and 100 ppm or less of an organic acid. Examples of organic acids that can be used include Bronsted acids such as carboxylic acids and carbon acids.

カルボン酸としては、ギ酸、酢酸、安息香酸、マロン酸、シュウ酸、マレイン酸、フマル酸等が挙げられる。
炭素酸としては、ジメドン、トリアセチルメタン、アセチルアセトン、シクロペンタジエン、1,3-ジオキソラン、ニトロエタン、ジニトロエタン、アセト酢酸エチルなどが挙げられる。
また、上記有機酸としては、プロトンを放出することができるため、フェノール等を用いることもできる。
また、非水電解液は、上記のような有機酸を単独で含んでいてもよいし、2つ以上を組み合わせて含んでいてもよい。
Examples of the carboxylic acid include formic acid, acetic acid, benzoic acid, malonic acid, oxalic acid, maleic acid, fumaric acid and the like.
Examples of the carbon acid include dimedone, triacetylmethane, acetylacetone, cyclopentadiene, 1,3-dioxolane, nitroethane, dinitroethane, and ethyl acetoacetate.
In addition, as the organic acid, phenol or the like can be used because protons can be released.
Moreover, the non-aqueous electrolyte may contain the above organic acids independently, and may contain it in combination of 2 or more.

正極活物質であるニッケル含有リチウム複合酸化物の表面には、合成原料である水酸化リチウム(LiOH)や酸化リチウム(Li2O)などのリチウム化合物が多く存在している。これは、ニッケル含有リチウム複合酸化物を合成する際、粒子成長を促進させるために、合成原料であるリチウム化合物をやや過剰に加えるからである。 Many lithium compounds such as lithium hydroxide (LiOH) and lithium oxide (Li 2 O), which are synthetic raw materials, are present on the surface of the nickel-containing lithium composite oxide that is the positive electrode active material. This is because, when synthesizing the nickel-containing lithium composite oxide, a lithium compound as a synthesis raw material is slightly excessively added in order to promote particle growth.

例えば、ブレンステッド酸のような有機酸をHAとして表した場合、HAは、以下の式(1)および式(2)に示されるように、正極活物質表面のリチウム化合物と反応して、水分を生じる。なお、有機酸は、プロトンが脱離した後においても耐酸化性が高く、分解しにくいという利点がある。
LiOH + HA →LiA + H2O (式1)
Li2O + 2HA → 2LiA + H2O (式2)
For example, when an organic acid such as Bronsted acid is expressed as HA, HA reacts with a lithium compound on the surface of the positive electrode active material as shown in the following formulas (1) and (2), and moisture Produce. An organic acid has an advantage that it has high oxidation resistance even after protons are eliminated and is not easily decomposed.
LiOH + HA → LiA + H 2 O (Formula 1)
Li 2 O + 2HA → 2LiA + H 2 O (Formula 2)

また、非水電解液は、上記溶質の中でも、水と反応して、HFを放出することができるものを含むことが好ましい。このようなものとしては、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiPF5(CF3)、LiPF5(C25)、LiPF3(C253、LiBF3(CF3)、LiBF3(C25)、LiBF2(C252などが挙げられる。それらの溶質は、単独で用いてもよいし、2つ以上を組み合わせて用いてもよい。 Moreover, it is preferable that a non-aqueous electrolyte contains what can react with water and can discharge | release HF among the said solutes. As such, LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiPF 5 (CF 3 ), LiPF 5 (C 2 F 5 ), LiPF 3 (C 2 F 5 ) 3 , LiBF 3 (CF 3 ), LiBF 3 (C 2 F 5 ), LiBF 2 (C 2 F 5 ) 2 and the like. These solutes may be used alone or in combination of two or more.

例えば、非水電解液がLiPF6を含む場合、上記のようにして新たに生じた水分により、以下の式(3)に示されるように、非水電解液中のLiPF6が加水分解されて、フッ化水素(HF)が生成される。
LiPF6 →Li+ + PF6 -
PF6 - + H2O → POF3 + 2HF + F- (式3)
For example, non-aqueous if electrolyte solution containing LiPF 6, the water newly generated in the above manner, as shown in the following equation (3), LiPF 6 in the nonaqueous electrolytic solution is hydrolyzed Hydrogen fluoride (HF) is produced.
LiPF 6 → Li + + PF 6
PF 6 + H 2 O → POF 3 + 2HF + F (Formula 3)

特に、高温環境下では、以下の式(4)に示されるような反応も加わり、HFの生成量はより大きくなる。
LiPF6 → PF5 + LiF
PF5 + H2O → POF3 + 2HF (式4)
In particular, in a high temperature environment, a reaction as shown in the following formula (4) is also added, and the amount of HF generated becomes larger.
LiPF 6 → PF 5 + LiF
PF 5 + H 2 O → POF 3 + 2HF (Formula 4)

非水電解液中にHFが存在すると、HFと正極活物質表面のリチウム化合物とが反応し、不活性なフッ化リチウム被膜(LiF)を形成する。このLiF被膜により、高温下においても、非水電解液と正極活物質との副反応が抑制され、サイクル特性を向上させることが可能となる。   When HF is present in the non-aqueous electrolyte, HF reacts with the lithium compound on the surface of the positive electrode active material to form an inactive lithium fluoride coating (LiF). With this LiF coating, side reactions between the non-aqueous electrolyte and the positive electrode active material are suppressed even at high temperatures, and the cycle characteristics can be improved.

非水電解液に含まれる有機酸の濃度は、20ppm以上100ppm以下である。有機酸の濃度が20ppm未満であると、正極上への被膜生成によるサイクル特性の向上の効果が十分に得られないことがある。有機酸の濃度が100ppmを超えると、被膜が厚くなり、充放電反応が阻害されることがある。   The concentration of the organic acid contained in the non-aqueous electrolyte is 20 ppm or more and 100 ppm or less. If the concentration of the organic acid is less than 20 ppm, the effect of improving the cycle characteristics due to the formation of a film on the positive electrode may not be sufficiently obtained. When the concentration of the organic acid exceeds 100 ppm, the coating becomes thick and the charge / discharge reaction may be inhibited.

また、上記有機酸の中でも、炭素酸を用いることが好ましい。炭素酸は、特に正極が充電状態かつ高温状態においてプロトンを放出でき、また、炭素酸がプロトンを放出してできる共役塩基は、電気化学的に安定であり、共役塩基自体が酸化されにくいからである。ここで、炭素酸とは、多重結合を有さない炭素に結合しているある程度強い酸性を示す水素を有する化合物をいう。つまり、炭素酸とは、炭素原子に結合した水素原子がプロトンとして抜けやすい化合物である。   Among the above organic acids, it is preferable to use a carbon acid. Carbon acid is capable of releasing protons, particularly when the positive electrode is charged and at a high temperature, and a conjugate base formed by releasing a proton from carbon acid is electrochemically stable and the conjugate base itself is not easily oxidized. is there. Here, the carbon acid refers to a compound having hydrogen that has a certain degree of strong acidity and is bonded to carbon having no multiple bond. That is, a carbon acid is a compound in which a hydrogen atom bonded to a carbon atom is easily removed as a proton.

上記のような炭素酸の中でも、水のpKa値15.7以下のpKa値を有する炭素酸が好ましい。特に、炭素酸は、ジメドン、トリアセチルメタン、アセチルアセトン、シクロペンタジエン、および1,3-ジオキソランよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。これらの炭素酸がプロトンを放出してできる共役塩基は更に電気化学的に安定であり、共役塩基自体が非常に酸化されにくいからである。   Among the above carbon acids, a carbon acid having a pKa value of 15.7 or less of water is preferable. In particular, the carbon acid preferably contains at least one selected from the group consisting of dimedone, triacetylmethane, acetylacetone, cyclopentadiene, and 1,3-dioxolane. This is because conjugate bases formed by releasing protons from these carbon acids are more electrochemically stable, and the conjugate bases themselves are very difficult to oxidize.

このように、非水電解液が有機酸を含むことにより、例えば、高温保存した後に非水電解液中にHFを生成させることができる。
非水電解液が最初から多量のHFを含む場合、その大部分が負極での被膜形成反応に消費され、負極の被膜が厚くなり過ぎるために、充放電反応が阻害されることがある。また、大部分のHFが負極で先に消費されてしまうと、正極上に被膜が形成されにくくなることもある。しかしながら、本発明においては、非水電解液が最初から多量のHFを含んではいないため、負極の被膜が厚くなりすぎたり、また正極上に被膜が形成されにくくなるということをさらに低減することができる。
As described above, when the non-aqueous electrolyte contains an organic acid, for example, HF can be generated in the non-aqueous electrolyte after being stored at a high temperature.
When the non-aqueous electrolyte contains a large amount of HF from the beginning, most of it is consumed in the film formation reaction at the negative electrode, and the film on the negative electrode becomes too thick, which may inhibit the charge / discharge reaction. In addition, if most of the HF is consumed first in the negative electrode, it may be difficult to form a film on the positive electrode. However, in the present invention, since the non-aqueous electrolyte does not contain a large amount of HF from the beginning, it is possible to further reduce that the coating film of the negative electrode becomes too thick or the coating film is hardly formed on the positive electrode. it can.

また、非水電解液中には、炭素−炭素不飽和結合を少なくとも一つ有する環状炭酸エステルを含有させることが好ましい。負極上で分解してリチウムイオン伝導性の高い被膜を形成し、充放電効率が高くなるからである。
炭素−炭素不飽和結合を少なくとも1つ有する環状炭酸エステルとしては、例えば、ビニレンカーボネート(VC)、3−メチルビニレンカーボネート、3,4−ジメチルビニレンカーボネート、3−エチルビニレンカーボネート、3,4−ジエチルビニレンカーボネート、3−プロピルビニレンカーボネート、3,4−ジプロピルビニレンカーボネート、3−フェニルビニレンカーボネート、3,4−ジフェニルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、ジビニルエチレンカーボネート等が挙げられる。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良い。これらのうちでは、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、およびジビニルエチレンカーボネートよりなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。なお、上記化合物は、その水素原子の一部がフッ素原子で置換されていてもよい。
Moreover, it is preferable that the non-aqueous electrolyte contains a cyclic carbonate having at least one carbon-carbon unsaturated bond. It is because it decomposes | disassembles on a negative electrode and forms a film with high lithium ion conductivity, and charge / discharge efficiency becomes high.
Examples of the cyclic carbonate having at least one carbon-carbon unsaturated bond include vinylene carbonate (VC), 3-methyl vinylene carbonate, 3,4-dimethyl vinylene carbonate, 3-ethyl vinylene carbonate, 3,4-diethyl. Examples include vinylene carbonate, 3-propyl vinylene carbonate, 3,4-dipropyl vinylene carbonate, 3-phenyl vinylene carbonate, 3,4-diphenyl vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate (VEC), and divinyl ethylene carbonate. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, at least one selected from the group consisting of vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, and divinyl ethylene carbonate is preferable. In the above compound, part of the hydrogen atoms may be substituted with fluorine atoms.

さらに、非水電解液には、過充電時に分解して電極上に被膜を形成し、電池を不活性化する公知のベンゼン誘導体を含有させてもよい。前記ベンゼン誘導体としては、フェニル基および前記フェニル基に隣接する環状化合物基を有するものが好ましい。前記環状化合物基としては、フェニル基、環状エーテル基、環状エステル基、シクロアルキル基、フェノキシ基などが好ましい。ベンゼン誘導体の具体例としては、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、ジフェニルエーテルなどが挙げられる。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。ただし、ベンゼン誘導体の含有率は、非水溶媒全体の10体積%以下であることが好ましい。   Further, the non-aqueous electrolyte may contain a known benzene derivative that decomposes during overcharge to form a film on the electrode and inactivate the battery. As the benzene derivative, those having a phenyl group and a cyclic compound group adjacent to the phenyl group are preferable. As the cyclic compound group, a phenyl group, a cyclic ether group, a cyclic ester group, a cycloalkyl group, a phenoxy group, and the like are preferable. Specific examples of the benzene derivative include cyclohexylbenzene, biphenyl, diphenyl ether and the like. These may be used alone or in combination of two or more. However, it is preferable that the content rate of a benzene derivative is 10 volume% or less of the whole non-aqueous solvent.

以下、実施例に基づいて、本発明をより詳細に説明する。   Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated in detail.

(i)非水電解液の調製
ECとEMCとの混合溶媒(体積比1:4)に、1.0mol/Lの濃度でLiPF6を溶解した。得られた溶液に、有機酸であるジメドンを初期濃度50ppmとなるように添加して、非水電解液を調製した。
(I) Preparation of non-aqueous electrolyte LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of EC and EMC (volume ratio 1: 4) at a concentration of 1.0 mol / L. Dimedone, which is an organic acid, was added to the obtained solution so as to have an initial concentration of 50 ppm to prepare a nonaqueous electrolytic solution.

(ii)正極板の作製
正極活物質(LiNi0.8Co0.22)粉末85重量部と、導電剤であるアセチレンブラック10重量部と、結着剤であるPVDF5重量部とを混合し、混合物を得た。その混合物を、脱水N−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させて、スラリー状の正極合剤を調製した。この正極合剤を、アルミニウム箔からなる正極集電体上に塗布した。次いで、それを乾燥し、圧延して、正極板を得た。
(Ii) Preparation of positive electrode plate 85 parts by weight of a positive electrode active material (LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 ) powder, 10 parts by weight of acetylene black as a conductive agent, and 5 parts by weight of PVDF as a binder are mixed, and the mixture is prepared. Obtained. The mixture was dispersed in dehydrated N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to prepare a slurry positive electrode mixture. This positive electrode mixture was applied onto a positive electrode current collector made of an aluminum foil. Next, it was dried and rolled to obtain a positive electrode plate.

(iii)負極板の作製
人造黒鉛粉末75重量部と、導電剤であるアセチレンブラック20重量部と、結着剤であるPVDF5重量部とを混合し、混合物を得た。その混合物を脱水NMPに分散させて、スラリー状の負極合剤を調製した。この負極合剤を銅箔からなる負極集電体上に塗布した。次いで、それを乾燥し、圧延して、負極板を得た。
(Iii) Production of Negative Electrode Plate 75 parts by weight of artificial graphite powder, 20 parts by weight of acetylene black as a conductive agent, and 5 parts by weight of PVDF as a binder were mixed to obtain a mixture. The mixture was dispersed in dehydrated NMP to prepare a slurry-like negative electrode mixture. This negative electrode mixture was applied onto a negative electrode current collector made of copper foil. Next, it was dried and rolled to obtain a negative electrode plate.

図1に示す円筒型電池を作製した。
正極板11及び負極板12とを、セパレータ13を介して渦巻状に捲回して、極板群を作製した。次いで、その極板群を、ニッケルメッキした鉄製電池ケース18内に収納した。正極板11からはアルミニウム製正極リード14を引き出して、正極端子を兼ねる封口板19の裏面に接続した。また、負極板12からはニッケル製負極リード15を引き出して、電池ケース18の底部に接続した。極板群の上部には絶縁板16を、下部には絶縁板17をそれぞれ設けた。そして、上記のようにして作製した非水電解液を、所定量、電池ケース18内に注液した。次いで、電池ケース18の開口端部を、ガスケット20を介して封口板19にかしめつけて、電池ケース18の開口部を密封して、非水電解液二次電池を作製した。得られた電池を電池1とした。
A cylindrical battery shown in FIG. 1 was produced.
The positive electrode plate 11 and the negative electrode plate 12 were wound in a spiral shape via the separator 13 to produce an electrode plate group. Subsequently, the electrode plate group was housed in a nickel-plated iron battery case 18. An aluminum positive electrode lead 14 was pulled out from the positive electrode plate 11 and connected to the back surface of the sealing plate 19 that also served as a positive electrode terminal. Further, a nickel negative electrode lead 15 was pulled out from the negative electrode plate 12 and connected to the bottom of the battery case 18. An insulating plate 16 is provided above the electrode plate group, and an insulating plate 17 is provided below the electrode plate group. Then, a predetermined amount of the non-aqueous electrolyte prepared as described above was injected into the battery case 18. Next, the opening end of the battery case 18 was caulked to the sealing plate 19 via the gasket 20, and the opening of the battery case 18 was sealed to produce a non-aqueous electrolyte secondary battery. The obtained battery was designated as battery 1.

(v)初期(調製直後)の非水電解液に含まれる遊離酸濃度の測定
調製直後に非水電解液に含まれる遊離酸の量を、中和滴定法により測定した。
氷水(約100gの氷+約150gのイオン交換水)に、調製後の非水電解液を20g加え、混合物を得た。その混合物にブロームチモールブルーを指示薬として加え、その混合物を0.1mol/lのNaOH溶液で滴定して、遊離酸濃度を求めた。なお、このとき、非水電解液にはHFはほとんど生成されていないと考えられるため、得られた遊離酸濃度は、有機酸の濃度とみなすことができる。
(V) Measurement of free acid concentration contained in non-aqueous electrolyte at initial stage (immediately after preparation) The amount of free acid contained in the non-aqueous electrolyte immediately after preparation was measured by a neutralization titration method.
20 g of the prepared non-aqueous electrolyte was added to ice water (about 100 g of ice + about 150 g of ion-exchanged water) to obtain a mixture. Bromothymol blue was added to the mixture as an indicator, and the mixture was titrated with a 0.1 mol / l NaOH solution to determine the free acid concentration. At this time, since it is considered that almost no HF is generated in the nonaqueous electrolytic solution, the obtained free acid concentration can be regarded as the concentration of the organic acid.

(vi)充電状態で高温保存された後に非水電解液に含まれる遊離酸濃度(充電保存後の遊離酸濃度)の測定
充電状態で高温保存された後の非水電解液に含まれる遊離酸の量を、pH測定法により測定した。
製造した電池を、最大電流1050mA、上限電圧4.2Vで、2時間30分間の定電流−定電圧充電を用いて、満充電状態まで充電した。ここで、満充電状態とは、公称容量まで充電された状態をいう。
10分の休止後、45℃環境下で1時間保存した。保存後の電池に穴を開け、遠心分離操作(5000rpm/10min)により、電池から非水電解液を採取した。その採取した非水電解液1gを、氷水(10g)に加え、混合物を得た。その混合物のpHをpHメーターで測定した。
(Vi) Measurement of free acid concentration (free acid concentration after charge storage) after being stored at high temperature in a charged state Free acid included in nonaqueous electrolyte solution after being stored at high temperature in a charged state The amount of was measured by the pH measurement method.
The manufactured battery was charged to a fully charged state using constant current-constant voltage charging for 2 hours and 30 minutes at a maximum current of 1050 mA and an upper limit voltage of 4.2 V. Here, the fully charged state means a state where the battery is charged to the nominal capacity.
After a 10-minute rest, it was stored in a 45 ° C. environment for 1 hour. A hole was made in the battery after storage, and a non-aqueous electrolyte was collected from the battery by a centrifugal separation operation (5000 rpm / 10 min). 1 g of the collected non-aqueous electrolyte was added to ice water (10 g) to obtain a mixture. The pH of the mixture was measured with a pH meter.

中和滴定法により所定の濃度(例えば、10ppm、100ppm、1000ppm)になるようにHF水溶液を調製し、種々の濃度のHF水溶液のpHをpHメーターで測定して、pH−遊離酸濃度検量線を作成した。この検量線を用い、充電保存後の非水電解液に含まれるプロトン(つまり、遊離酸)の濃度を求めた。この場合、非水電解液は、有機酸の他にHF等を遊離酸として含むため、上記pH測定により、それらの遊離酸の全量が求められる。   An aqueous HF solution is prepared to have a predetermined concentration (for example, 10 ppm, 100 ppm, 1000 ppm) by a neutralization titration method, pH of various aqueous HF solutions is measured with a pH meter, and a pH-free acid concentration calibration curve It was created. Using this calibration curve, the concentration of protons (that is, free acids) contained in the non-aqueous electrolyte after storage was determined. In this case, since the non-aqueous electrolyte contains HF or the like as a free acid in addition to the organic acid, the total amount of the free acid is determined by the pH measurement.

(vii)電池の評価
製造した電池に対して、電池の充放電サイクルを45℃で繰り返し、3サイクル目の放電容量を100%とみなして、500サイクルを経過した電池の容量維持率を算出し、サイクル維持率とした。結果を表1に示す。
ここで、充放電条件として、最大電流1050mA、上限電圧4.2Vで、2時間30分の定電流・定電圧充電を行い、10分の休止後、放電電流1500mA、放電終止電圧3.0Vで定電流放電を行い、10分の休止を行った。
(Vii) Battery Evaluation For the manufactured battery, the charge / discharge cycle of the battery was repeated at 45 ° C., the discharge capacity at the third cycle was regarded as 100%, and the capacity retention rate of the battery after 500 cycles was calculated. The cycle maintenance rate was used. The results are shown in Table 1.
Here, as charging / discharging conditions, a constant current / constant voltage charging is performed for 2 hours and 30 minutes at a maximum current of 1050 mA and an upper limit voltage of 4.2 V, and after a pause of 10 minutes, a discharge current is 1500 mA and a discharge end voltage is 3.0 V. A constant current discharge was performed and a pause of 10 minutes was performed.

比較例1Comparative Example 1

非水電解液にジメドンを添加しなかったこと以外は、実施例1と同様して非水電解液二次電池を作製した。得られた電池を比較電池2とした。
初期および充電保存後に非水電解液に含まれる遊離酸濃度を、実施例1と同様にして求めた。また、比較電池2を用い、上記実施例1と同じ条件で充放電サイクルを行った。得られた結果を表1に示す。
A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that dimedone was not added to the non-aqueous electrolyte. The obtained battery was designated as comparative battery 2.
The free acid concentration contained in the nonaqueous electrolyte solution was determined in the same manner as in Example 1 after initial storage and after storage. Moreover, the charge / discharge cycle was performed on the same conditions as the said Example 1 using the comparative battery 2. FIG. The obtained results are shown in Table 1.

比較例2Comparative Example 2

LiNi0.8Co0.22の代わりに、コバルト酸リチウム(LiCoO2)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。得られた電池を比較電池3とした。
初期および充電保存後に非水電解液に含まれる遊離酸濃度を、実施例1と同様にして求めた。また、比較電池3を用い、上記実施例1と同じ条件で充放電サイクルを行った。得られた結果を表1に示す。
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that lithium cobaltate (LiCoO 2 ) was used instead of LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 . The obtained battery was designated as comparative battery 3.
The free acid concentration contained in the nonaqueous electrolyte solution was determined in the same manner as in Example 1 after initial storage and after storage. Moreover, the charge / discharge cycle was performed on the same conditions as the said Example 1 using the comparative battery 3. FIG. The obtained results are shown in Table 1.

比較例3Comparative Example 3

非水電解液に有機酸を含ませず、正極活物質としてコバルト酸リチウムを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池を作製した。得られた電池を比較電池4とした。
初期および充電保存後に非水電解液に含まれる遊離酸濃度を、実施例1と同様にして求めた。また、比較電池4を用い、上記実施例1と同じ条件で充放電サイクルを行った。得られた結果を表1に示す。
A non-aqueous electrolyte secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the non-aqueous electrolyte did not contain an organic acid and lithium cobaltate was used as the positive electrode active material. The obtained battery was designated as comparative battery 4.
The free acid concentration contained in the nonaqueous electrolyte solution was determined in the same manner as in Example 1 after initial storage and after storage. Moreover, the charge / discharge cycle was performed on the same conditions as the said Example 1 using the comparative battery 4. FIG. The obtained results are shown in Table 1.

比較例4Comparative Example 4

有機酸であるジメドンの代わりに、非水電解液にフッ化水素を添加したこと以外、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。得られた電池を比較電池5とした。
初期および充電保存後に非水電解液に含まれる遊離酸濃度を、実施例1と同様にして求めた。また、比較電池5を用い、上記実施例1と同じ条件で充放電サイクルを行った。得られた結果を表1に示す。
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that hydrogen fluoride was added to the nonaqueous electrolyte instead of dimedone, which is an organic acid. The obtained battery was designated as comparative battery 5.
The free acid concentration contained in the nonaqueous electrolyte solution was determined in the same manner as in Example 1 after initial storage and after storage. Moreover, the charge / discharge cycle was performed on the same conditions as the said Example 1 using the comparative battery 5. FIG. The obtained results are shown in Table 1.

Figure 2006351242
Figure 2006351242

表1に示されるように、ニッケル含有リチウム複合酸化物を正極活物質に用い、非水電解液がジメドンを含む電池1の場合のみ、サイクル特性が向上していることがわかる。これは、ニッケル含有リチウム複合酸化物表面のリチウム化合物と、非水電解液中の十分量のHFが反応し、正極上に保護被膜が形成されたためと推察される。   As shown in Table 1, it can be seen that the cycle characteristics are improved only in the case of the battery 1 in which the nickel-containing lithium composite oxide is used as the positive electrode active material and the non-aqueous electrolyte contains dimedone. This is presumably because a protective film was formed on the positive electrode by the reaction between the lithium compound on the surface of the nickel-containing lithium composite oxide and a sufficient amount of HF in the non-aqueous electrolyte.

非水電解液に、ジメドンを、表2に示されるような初期濃度で添加したこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池を作製した。得られた電池を、それぞれ電池5〜11とした。ここで、電池5は、比較電池である。
電池5〜11を用い、充電保存後の遊離酸濃度を、実施例1と同様にして求めた。また、電池5〜11を用い、上記実施例1と同じ条件で充放電サイクルを行った。得られた結果を表2に示す。
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that dimedone was added to the nonaqueous electrolyte at an initial concentration as shown in Table 2. The obtained batteries were designated as batteries 5 to 11, respectively. Here, the battery 5 is a comparative battery.
Using batteries 5 to 11, the free acid concentration after charge storage was determined in the same manner as in Example 1. Moreover, the charge / discharge cycle was performed on the same conditions as the said Example 1 using the batteries 5-11. The obtained results are shown in Table 2.

Figure 2006351242
Figure 2006351242

表2に示されるように、充電保存後の非水電解液に含まれる遊離酸濃度が20ppm未満である場合、また遊離酸濃度が100ppmより大きい場合には、サイクル特性を向上させる効果が十分に得られていないことがわかる。遊離酸濃度が20ppm未満では被膜形成が十分に生じず、遊離酸濃度が100ppmを超えると、被膜が厚くなり、充放電反応が阻害されるためと考えられる。よって、非水電解液に含まれる遊離酸濃度は、20ppm以上100ppm以下が好ましい。   As shown in Table 2, when the concentration of the free acid contained in the non-aqueous electrolyte after charge storage is less than 20 ppm, and when the free acid concentration is greater than 100 ppm, the effect of improving the cycle characteristics is sufficient. It turns out that it is not obtained. If the free acid concentration is less than 20 ppm, film formation does not occur sufficiently. If the free acid concentration exceeds 100 ppm, the coating becomes thick and the charge / discharge reaction is inhibited. Therefore, the free acid concentration contained in the nonaqueous electrolytic solution is preferably 20 ppm or more and 100 ppm or less.

有機酸として表3に示す化合物を、非水電解液の1重量%を占めるように添加したこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池を作製した。得られた電池を、それぞれ電池12〜26とした。
初期および充電保存後に非水電解液に含まれる遊離酸濃度を、実施例1と同様にして求めた。また、電池12〜26を用い、上記実施例1と同じ条件で充放電サイクルを行った。得られた結果を表3に示す。
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the compound shown in Table 3 was added as an organic acid so as to occupy 1% by weight of the nonaqueous electrolyte. The obtained batteries were designated as batteries 12 to 26, respectively.
The free acid concentration contained in the nonaqueous electrolyte solution was determined in the same manner as in Example 1 after initial storage and after storage. Moreover, the charging / discharging cycle was performed on the same conditions as the said Example 1 using the batteries 12-26. The obtained results are shown in Table 3.

Figure 2006351242
Figure 2006351242

ニッケル含有リチウム複合酸化物を正極活物質に用い、表3に示す種々の有機酸が非水電解液に含有されている電池12〜26は、いずれも高温サイクル特性に優れていることがわかる。これは、表3に示す化合物が、特に正極が充電状態でありかつ高温状態において、上記式に示されるように、水分を放出し、その水分によりLiPF6が分解されてHFが生成し、正極上に保護被膜が形成されたためと推察される。 It can be seen that the batteries 12 to 26 in which the nickel-containing lithium composite oxide is used as the positive electrode active material and various organic acids shown in Table 3 are contained in the nonaqueous electrolytic solution are all excellent in high-temperature cycle characteristics. This is because the compounds shown in Table 3 release moisture as shown in the above formula, particularly when the positive electrode is in a charged state and at a high temperature, and LiPF 6 is decomposed by the moisture to produce HF. This is probably because a protective coating was formed on the top.

また、表3に示す化合物の中でも、炭素酸を含む電池20〜26が、高温サイクル特性に優れていた。これは、炭素酸がプロトンを放出してできる共役塩基は電気化学的に安定であり、共役塩基自体が酸化されにくいからであると考えられる。   Moreover, among the compounds shown in Table 3, the batteries 20 to 26 containing carbon acid were excellent in high temperature cycle characteristics. This is presumably because the conjugate base formed by releasing protons from the carbon acid is electrochemically stable and the conjugate base itself is not easily oxidized.

また、なかでも、ジメドン、トリアセチルメタン、アセチルアセトン、シクロペンタジエン、または1,3-ジオキソランを含む電池22〜26が、特にサイクル特性に優れていることがわかる。これは、これらの炭素酸がプロトンを放出してできる共役塩基は、更に電気化学的に安定であり、共役塩基自体が非常に酸化されにくいためであると考えられる。   In particular, it can be seen that the batteries 22 to 26 containing dimedone, triacetylmethane, acetylacetone, cyclopentadiene, or 1,3-dioxolane are particularly excellent in cycle characteristics. This is thought to be because conjugate bases formed by releasing protons from these carbon acids are more electrochemically stable and the conjugate bases themselves are very difficult to oxidize.

非水電解液中に表4および5に示されるような初期濃度でジメドンを添加し、LiPF6の濃度を1.0mol/Lとし、正極活物質として表4および表5に示す物質を用いたこと以外、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池を作製した。得られた電池を、それぞれ電池27〜62とした。
電池27〜62の、初期および充電保存後に非水電解液に含まれる遊離酸濃度を、実施例1と同様にして求めた。また、電池27〜62を用い、上記実施例1と同じ条件で充放電サイクルを行った。得られた結果を表4および5に示す。
Dimedone was added to the non-aqueous electrolyte at an initial concentration as shown in Tables 4 and 5, the concentration of LiPF 6 was 1.0 mol / L, and the materials shown in Tables 4 and 5 were used as the positive electrode active material. Except for this, a non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1. The obtained batteries were designated as batteries 27 to 62, respectively.
The free acid concentration contained in the non-aqueous electrolyte was determined in the same manner as in Example 1 for the batteries 27 to 62 at the initial stage and after storage under charge. Moreover, the charge / discharge cycle was performed on the same conditions as the said Example 1 using the batteries 27-62. The results obtained are shown in Tables 4 and 5.

Figure 2006351242
Figure 2006351242

Figure 2006351242
Figure 2006351242

表4および5に示されるように、一般式LiNix1-x-yy2(MはCoおよびMnのうちの少なくとも1種であり、LはAl、Sr、Y、Zr、Ta、Mg、Ti、Zn、B、Ca、Cr、Si、Ga、Sn、P、V、Sb、Nb、Mo、W、およびFeよりなる群から選ばれる少なくとも1種であり、0.1≦x≦1.0、0≦y≦0.1)で表される正極活物質と、有機酸を含む非水電解液とを組み合わせて用いることにより、高温サイクル特性に優れた電池を得られることがわかる。
また、表4の結果から、正極活物質中のNi含有量は、0.1≦x≦0.9であることが好ましく、特に0.3≦x≦0.9であることがさらに好ましく、0.7≦x≦0.9であることが最も好ましいことがわかる。
As shown in Table 4 and 5, the general formula LiNi x M 1-xy L y O 2 (M is at least one of Co and Mn, L is Al, Sr, Y, Zr, Ta, Mg , Ti, Zn, B, Ca, Cr, Si, Ga, Sn, P, V, Sb, Nb, Mo, W, and Fe, and at least 0.1 ≦ x ≦ 1 0.0, 0 ≦ y ≦ 0.1) and a non-aqueous electrolyte containing an organic acid are used in combination to obtain a battery having excellent high-temperature cycle characteristics.
Further, from the results of Table 4, the Ni content in the positive electrode active material is preferably 0.1 ≦ x ≦ 0.9, more preferably 0.3 ≦ x ≦ 0.9, It can be seen that 0.7 ≦ x ≦ 0.9 is most preferable.

本発明の非水電解液二次電池は、高容量でかつ長寿命であるため、小型携帯機器用電源等として有用である。   Since the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a high capacity and a long life, it is useful as a power source for small portable devices.

本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池を概略的に示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view schematically showing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 正極板
12 負極板
13 セパレータ
14 正極リード
15 負極リード
16 上部絶縁板
17 下部絶縁板
18 電池ケース
19 封口板
20 ガスケット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Positive electrode plate 12 Negative electrode plate 13 Separator 14 Positive electrode lead 15 Negative electrode lead 16 Upper insulating plate 17 Lower insulating plate 18 Battery case 19 Sealing plate 20 Gasket

Claims (5)

正極活物質としてニッケル含有リチウム複合酸化物を含む正極と、リチウムの吸蔵および放出が可能な負極と、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータと、非水電解液とを具備する非水電解液二次電池であって、
前記非水電解液が、20ppm以上100ppm以下の有機酸を含む非水電解液二次電池。
A non-aqueous solution comprising a positive electrode including a nickel-containing lithium composite oxide as a positive electrode active material, a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a non-aqueous electrolyte An electrolyte secondary battery,
The non-aqueous electrolyte secondary battery in which the non-aqueous electrolyte contains 20 ppm or more and 100 ppm or less of an organic acid.
前記非水電解液がLiPF6を含む請求項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 non-aqueous electrolyte contains LiPF 6 . 前記有機酸が炭素酸を含む請求項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 organic acid includes a carbon acid. 前記炭素酸が、ジメドン、トリアセチルメタン、アセチルアセトン、シクロペンタジエン、および1,3-ジオキソランよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む請求項3記載の非水電解液二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 3, wherein the carbon acid includes at least one selected from the group consisting of dimedone, triacetylmethane, acetylacetone, cyclopentadiene, and 1,3-dioxolane. 前記ニッケル含有リチウム複合酸化物が、以下の式:
LiNix1-x-yy2
(MはCoおよびMnのうちの少なくとも1種であり、LはAl、Sr、Y、Zr、Ta、Mg、Ti、Zn、B、Ca、Cr、Si、Ga、Sn、P、V、Sb、Nb、Mo、WおよびFeよりなる群から選ばれる少なくとも1種であり、0.1≦x≦1.0、0≦y≦0.1)
で表される請求項1記載の非水電解液二次電池。
The nickel-containing lithium composite oxide has the following formula:
LiNi x M 1-xy L y O 2
(M is at least one of Co and Mn, and L is Al, Sr, Y, Zr, Ta, Mg, Ti, Zn, B, Ca, Cr, Si, Ga, Sn, P, V, Sb. , Nb, Mo, W and Fe, at least one selected from the group consisting of 0.1 ≦ x ≦ 1.0, 0 ≦ y ≦ 0.1)
The nonaqueous electrolyte secondary battery of Claim 1 represented by these.
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