JP2007052935A - Nonaqueous electrolyte battery - Google Patents

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JP2007052935A JP2005235468A JP2005235468A JP2007052935A JP 2007052935 A JP2007052935 A JP 2007052935A JP 2005235468 A JP2005235468 A JP 2005235468A JP 2005235468 A JP2005235468 A JP 2005235468A JP 2007052935 A JP2007052935 A JP 2007052935A
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Hideki Nakai
秀樹 中井
Naoko Yamakawa
直子 山川
Ryosuke Takagi
良介 高木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte battery in which elevation of an open circuit voltage in storing can be suppressed. <P>SOLUTION: The nonaqueous electrolyte battery 1 has a positive electrode 2 having a positive electrode active material containing iron disulfide, a negative electrode 4, a negative electrode cap 5 to house the negative electrode 5, a separator 6 interposed between the positive electrode 2 and the negative electrode 4, a gasket 7, and an unillustrated nonaqueous electrolytic solution. A surface layer of the average thickness of less than 1,000 nm is provided on the positive electrode 2. By this, the elevation of the open circuit voltage in the storing can be suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、非水電解質電池、例えば、二硫化鉄を含有するものを正極活物質とする正極と、リチウムを負極活物質とする負極と、有機溶媒に電解質を溶解してなる電解液とを備え、例えば、1.9V以下の放電電圧で使用するリチウム/二硫化鉄一次電池に関する。   The present invention relates to a nonaqueous electrolyte battery, for example, a positive electrode having a positive electrode active material containing iron disulfide, a negative electrode having lithium as a negative electrode active material, and an electrolytic solution obtained by dissolving an electrolyte in an organic solvent. For example, the present invention relates to a lithium / iron disulfide primary battery used at a discharge voltage of 1.9 V or less.

近年、小型電子機器の発展に伴い、その電源として、軽量かつ高エネルギー密度を有する非水電解質電池の開発が進められている。非水電解質電池としては、例えば、有機溶媒に電解質を溶解してなる非水電解液を用いたリチウム一次電池が挙げられる。   In recent years, along with the development of small electronic devices, development of non-aqueous electrolyte batteries having light weight and high energy density as power sources has been promoted. Examples of the non-aqueous electrolyte battery include a lithium primary battery using a non-aqueous electrolyte solution obtained by dissolving an electrolyte in an organic solvent.

リチウム一次電池としては、例えば正極活物質として、二硫化鉄(FeS2)等の金属硫化物、二酸化マンガン(MnO2)等の金属酸化物、負極活物質にリチウムを用いたものが提案されている。(特許文献1参照) As a lithium primary battery, for example, as a positive electrode active material, a metal sulfide such as iron disulfide (FeS 2 ), a metal oxide such as manganese dioxide (MnO 2 ), or a negative electrode active material using lithium is proposed. Yes. (See Patent Document 1)

特許第3060109号公報Japanese Patent No. 3060109

中でも、リチウム/二硫化鉄一次電池は、正極活物質として、二硫化鉄が含有され、負極活物質として、リチウムを用いており、高い電池容量を実現でき、さらに負荷特性、低温特性等の電池特性も優れた電池である。   Among them, the lithium / iron disulfide primary battery contains iron disulfide as a positive electrode active material, uses lithium as a negative electrode active material, can realize a high battery capacity, and further has a load characteristic, a low temperature characteristic, and the like. It is a battery with excellent characteristics.

正極活物質中の二硫化鉄は、他の一次電池の正極活物質である酸化マンガン、亜鉛等よりも高い理論容量を示すため、リチウム/二硫化鉄一次電池は、高い電池容量を実現できる。   Since iron disulfide in the positive electrode active material shows higher theoretical capacity than manganese oxide, zinc, etc., which are the positive electrode active materials of other primary batteries, the lithium / iron disulfide primary battery can realize a high battery capacity.

リチウム/二硫化鉄一次電池は、初期の回路電圧が1.7V〜1.8Vであり、平均放電電圧が1.3V〜1.6V程度である。したがって、リチウム/二硫化鉄一次電池は、約1.5Vの一次電池を電源として用いる機器において、その電池の代替として使用可能であり、例えば酸化銅/リチウム一次電池等の1.5V程度の電圧の一次電池と互換性を有する。   The lithium / iron disulfide primary battery has an initial circuit voltage of 1.7V to 1.8V and an average discharge voltage of about 1.3V to 1.6V. Therefore, the lithium / iron disulfide primary battery can be used as an alternative to the battery in a device using a primary battery of about 1.5V as a power source. For example, a voltage of about 1.5V such as a copper oxide / lithium primary battery Compatible with primary batteries.

しかしながら、リチウム/二硫化鉄一次電池では、例えば機器に取り付けた状態で、長期間、機器の電源を入れずに使用しなかった場合、開回路電圧が上昇して2Vを超えてしまうことがある。   However, in a lithium / iron disulfide primary battery, for example, when the device is not used without being turned on for a long time in a state where it is attached to the device, the open circuit voltage may increase and exceed 2V. .

開回路電圧が上昇した状態で機器に電源を入れると、高い電圧状態で放電されるため、使用機器側の保護回路が働いて、電源が入らず機器が使用できなくなる。つまり、他の1.5V級一次電池と互換性が失われる問題があった。   If the device is turned on when the open circuit voltage is raised, the device is discharged at a high voltage state, so that the protection circuit on the device side is activated and the device cannot be used without turning on the power. That is, there is a problem that compatibility with other 1.5V class primary batteries is lost.

したがって、この発明の目的は、保存時の開回路電圧の上昇を抑制できる非水電解質電池を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a nonaqueous electrolyte battery that can suppress an increase in open circuit voltage during storage.

本願発明者等は、長年、非水電解質電池の開回路電圧の上昇を抑制するために鋭意検討を続けてきた。その結果、正極上に二硫化鉄酸化物からなる平均厚さ1000nm未満の表面層を有することで、保存時の開回路電圧の上昇を抑制できることを知見し、本発明を完成させるに至った。   The inventors of the present application have made extensive studies for many years in order to suppress an increase in the open circuit voltage of a nonaqueous electrolyte battery. As a result, it has been found that an increase in open circuit voltage during storage can be suppressed by having a surface layer made of iron disulfide oxide having an average thickness of less than 1000 nm on the positive electrode, and the present invention has been completed.

すなわち、上述した課題を解決するために、この発明は、
二硫化鉄を含む正極活物質を有する正極と、
負極活物質を有する負極と、
電解質塩を有する非水電解質とを備え、
正極上に二硫化鉄酸化物からなる平均厚さ1000nm未満の表面層を有することを特徴とする非水電解質電池である。
That is, in order to solve the above-described problem, the present invention
A positive electrode having a positive electrode active material comprising iron disulfide;
A negative electrode having a negative electrode active material;
A non-aqueous electrolyte having an electrolyte salt,
A nonaqueous electrolyte battery having a surface layer having an average thickness of less than 1000 nm made of iron disulfide oxide on a positive electrode.

この発明では、二硫化鉄酸化物は、典型的には、三酸化二鉄(Fe23)である。二硫化鉄酸化物は、典型的には、四酸化三鉄(Fe34)である。二硫化鉄酸化物は、典型的には、酸化鉄(FeO)である。二硫化鉄酸化物は、典型的には、水酸化第一鉄(Fe(OH)2)である。二硫化鉄酸化物は、水酸化第二鉄(Fe(OH)3)である。 In this invention, the iron disulfide oxide is typically ferric trioxide (Fe 2 O 3 ). The iron disulfide oxide is typically triiron tetroxide (Fe 3 O 4 ). The iron disulfide oxide is typically iron oxide (FeO). The iron disulfide oxide is typically ferrous hydroxide (Fe (OH) 2 ). The iron disulfide oxide is ferric hydroxide (Fe (OH) 3 ).

この発明では、二硫化鉄酸化物からなる表面層の厚さは、典型的には、平均厚さが100nm未満であることが好ましい。二硫化鉄酸化物からなる表面層の厚さは、典型的には、平均厚さが10nm未満であることがより好ましい。   In the present invention, the thickness of the surface layer made of iron disulfide oxide typically has an average thickness of preferably less than 100 nm. The thickness of the surface layer made of iron disulfide oxide is typically more preferably an average thickness of less than 10 nm.

この発明では、二硫化鉄酸化物からなる表面層の厚さは、典型的には、平均厚さの±50%以内の範囲であることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the thickness of the surface layer made of iron disulfide oxide is typically within a range of ± 50% of the average thickness.

この発明は、
二硫化鉄を含む正極活物質を有する正極と、
負極活物質を有する負極と、
電解質塩を有する非水電解質とを備え、
正極活物質の表面における硫酸鉄層の被覆率が50%以下であることを特徴とする
非水電解質電池である。
This invention
A positive electrode having a positive electrode active material comprising iron disulfide;
A negative electrode having a negative electrode active material;
A non-aqueous electrolyte having an electrolyte salt,
The nonaqueous electrolyte battery is characterized in that the coverage of the iron sulfate layer on the surface of the positive electrode active material is 50% or less.

この発明では、硫酸鉄層は、典型的には、硫酸鉄(III)(Fe2(SO43)である。硫酸鉄は、典型的には、硫酸鉄(II)(FeSO4)である。 In this invention, the iron sulfate layer is typically iron (III) sulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 ). The iron sulfate is typically iron (II) sulfate (FeSO 4 ).

この発明は、
二硫化鉄を含む正極活物質を有する正極と、
負極活物質を有する負極と、
電解質塩を有する非水電解質とを備え、
正極活物質の表面における硫酸鉄層の被覆率が50%以下とされ、正極上に二硫化鉄酸化物からなる平均厚さ1000nmの表面層を有することを特徴とする非水電解質電池である。
This invention
A positive electrode having a positive electrode active material comprising iron disulfide;
A negative electrode having a negative electrode active material;
A non-aqueous electrolyte having an electrolyte salt,
The nonaqueous electrolyte battery is characterized in that the coverage of the iron sulfate layer on the surface of the positive electrode active material is 50% or less, and the surface layer made of iron disulfide oxide has an average thickness of 1000 nm on the positive electrode.

この発明によれば、保存時の開回路電圧の上昇を抑制できる効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that an increase in open circuit voltage during storage can be suppressed.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、この発明の一実施形態による非水電解質電池の一例を示す。この電池は、例えば、コイン型の形状のリチウム/二硫化鉄一次電池であり、例えば、小型機器の電源として用いられる。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a nonaqueous electrolyte battery according to an embodiment of the present invention. This battery is, for example, a coin-shaped lithium / iron disulfide primary battery, and is used, for example, as a power source for small devices.

図1に示すように、非水電解質電池1は、正極2と、正極2を収容する正極缶3と、負極4と、負極4を収容する負極蓋5と、正極2と、負極4との間に介在させるセパレータ6と、ガスケット7と、図示しない非水電解液とを有する。   As shown in FIG. 1, the nonaqueous electrolyte battery 1 includes a positive electrode 2, a positive electrode can 3 that accommodates the positive electrode 2, a negative electrode 4, a negative electrode lid 5 that accommodates the negative electrode 4, a positive electrode 2, and a negative electrode 4. A separator 6 interposed therebetween, a gasket 7, and a non-aqueous electrolyte (not shown) are included.

非水電解質電池1は、正極缶3と、負極蓋5との間にガスケット7を介して、正極缶3をかしめることにより、正極2、負極4、セパレータ6、非水電解液が、正極缶3と、負極蓋5とによって封入された構造とされる。   In the nonaqueous electrolyte battery 1, the positive electrode can 3, the negative electrode 4, the separator 6, and the nonaqueous electrolyte solution are positive electrode 2 by caulking the positive electrode can 3 with a gasket 7 between the positive electrode can 3 and the negative electrode lid 5. The structure is enclosed by the can 3 and the negative electrode lid 5.

[正極2]
正極2は、正極集電体2a上に正極活物質を含有する正極合剤層が形成されてなる。正極集電体2aとしては、例えばアルミニウム(Al)等の薄状金属、網状金属等を用いることができる。
[Positive electrode 2]
The positive electrode 2 is formed by forming a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material on a positive electrode current collector 2a. As the positive electrode current collector 2a, for example, a thin metal such as aluminum (Al), a net-like metal, or the like can be used.

正極合剤層は、例えば、正極活物質と、導電剤と、結着剤、炭酸カリウム(K2CO3)とからなる。導電剤としては、例えばグラファイト、カーボンブラック等を用いることができる。結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVdF)等を用いることができる。 The positive electrode mixture layer includes, for example, a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and potassium carbonate (K 2 CO 3 ). As the conductive agent, for example, graphite, carbon black or the like can be used. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF) can be used.

正極活物質である二硫化鉄としては、例えば主に自然界に存在する黄鉄鉱を粉砕したものを用いることができる。さらに、例えば化学合成により生成されたものを用いることができる。二硫化鉄を化学合成によって生成する方法としては、例えば、塩化第一鉄(FeCl2)を硫化水素(H2S)中で焼成する方法等を挙げることができる。 As iron disulfide which is a positive electrode active material, for example, a material obtained by pulverizing pyrite mainly existing in nature can be used. Furthermore, for example, those generated by chemical synthesis can be used. Examples of the method for producing iron disulfide by chemical synthesis include a method of firing ferrous chloride (FeCl 2 ) in hydrogen sulfide (H 2 S).

正極2上には、例えば二硫化鉄酸化物からなる平均厚さ1000nm未満の表面層を有する。これにより、長期保存時の開回路電圧の上昇を抑制できる。表面層の平均厚さが1000nm未満であると、二硫化鉄との混成電位を抑えることができるため、開回路電圧の上昇を抑制できる。   On the positive electrode 2, for example, a surface layer made of iron disulfide oxide and having an average thickness of less than 1000 nm is provided. Thereby, the raise of the open circuit voltage at the time of long-term storage can be suppressed. If the average thickness of the surface layer is less than 1000 nm, the mixed potential with iron disulfide can be suppressed, and thus an increase in open circuit voltage can be suppressed.

表面層を形成する二硫化鉄酸化物としては、例えば、三酸化二鉄(Fe23)、四酸化三鉄(Fe34)、酸化鉄(FeO)、水酸化第一鉄(Fe(OH)2)、水酸化第二鉄(Fe(OH)3)等を挙げることができる。 Examples of the iron disulfide oxide forming the surface layer include, for example, ferric trioxide (Fe 2 O 3 ), triiron tetroxide (Fe 3 O 4 ), iron oxide (FeO), and ferrous hydroxide (Fe (OH) 2 ), ferric hydroxide (Fe (OH) 3 ) and the like.

また、表面層の平均厚さは、長期保存時の開回路電圧の上昇をより抑制できる点から、100nm未満が好ましい。さらに、表面層の平均厚さは、二硫化鉄のみの電位となることができ、長期保存時の開回路電圧の上昇を著しく抑制できる点から、10nm未満がより好ましい。   Further, the average thickness of the surface layer is preferably less than 100 nm from the viewpoint that the increase in open circuit voltage during long-term storage can be further suppressed. Furthermore, the average thickness of the surface layer is preferably less than 10 nm from the viewpoint that the potential of only iron disulfide can be obtained and an increase in open circuit voltage during long-term storage can be remarkably suppressed.

さらに、表面層の厚さは、局所的な電位の上昇を抑制できる点から、表面層の平均厚さの50%未満が好ましい。なお、表面層の平均厚さは、X線光電子分光法(XPS)により規定できる。   Furthermore, the thickness of the surface layer is preferably less than 50% of the average thickness of the surface layer from the viewpoint of suppressing a local potential increase. The average thickness of the surface layer can be defined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

例えば、正極上の表面層の平均厚さは、例えば、正極活物質である二硫化鉄を所定条件下で焼成処理し、正極活物質表面に被覆される硫酸鉄層の被覆率を抑えて、1000nm未満に抑えることができる。また、例えば、分解されにくい電解液系を用いることによっても、表面層の平均厚さを1000nmに抑えることができる。   For example, the average thickness of the surface layer on the positive electrode is obtained by, for example, firing iron disulfide, which is a positive electrode active material, under predetermined conditions, and suppressing the coverage of the iron sulfate layer coated on the positive electrode active material surface, It can be suppressed to less than 1000 nm. For example, the average thickness of the surface layer can be suppressed to 1000 nm by using an electrolyte system that is not easily decomposed.

例えば、正極活物質に被覆される硫酸鉄層の被覆率を抑える場合は、正極活物質である二硫化鉄の表面に被覆率50%以下の硫酸鉄層を有することによって、正極表面層の厚さを1000nm未満に抑えることができ、これにより、非水電解質電池1の開回路電圧の上昇を抑制できる。   For example, when suppressing the coverage of the iron sulfate layer coated with the positive electrode active material, the thickness of the positive electrode surface layer is obtained by having an iron sulfate layer with a coverage of 50% or less on the surface of iron disulfide that is the positive electrode active material. Therefore, the increase in the open circuit voltage of the nonaqueous electrolyte battery 1 can be suppressed.

正極活物質層表面において、被覆率50%以下の硫酸鉄層を有すると、保存時、硫酸鉄が電解液中に溶解して、酸素源となる量を抑制でき、二硫化鉄との間で再び酸化鉄などの二硫化鉄酸化物を生成する副反応を抑えることができる。硫酸鉄としては、例えば、硫酸鉄(III)(Fe2(SO43)、硫酸鉄(II)(FeSO4)を挙げることができる。 When the surface of the positive electrode active material layer has an iron sulfate layer with a coverage of 50% or less, during storage, the iron sulfate can be dissolved in the electrolyte and the amount of oxygen source can be suppressed. Again, side reactions that produce iron disulfide oxides such as iron oxide can be suppressed. Examples of iron sulfate include iron (III) sulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 ) and iron (II) sulfate (FeSO 4 ).

一方、例えば、硫酸鉄層の被覆率が50%を超えると、保存時、硫酸鉄が電解液中に溶解し、酸素源となる量が多くなり、二硫化鉄との間で再び酸化鉄などの二硫化鉄酸化物を生成する副反応が進行する。この二硫化鉄酸化物層が厚くなると、二硫化鉄との混成電位が生じ、開回路電圧が上昇する。   On the other hand, for example, when the coverage of the iron sulfate layer exceeds 50%, during storage, the iron sulfate dissolves in the electrolyte, and the amount of oxygen source increases, so that iron oxide and the like again with iron disulfide. The side reaction that produces the iron disulfide oxide proceeds. When this iron disulfide oxide layer becomes thick, a mixed potential with iron disulfide is generated, and the open circuit voltage rises.

硫酸鉄層の被覆率は、電解液中に溶解する酸素源となる量をより少なくすることができ、長期保存時の開回路電圧の上昇をより抑えることができる点から、15%以下が好ましい。   The coverage of the iron sulfate layer is preferably 15% or less from the viewpoint that the amount of an oxygen source dissolved in the electrolytic solution can be reduced and the increase in open circuit voltage during long-term storage can be further suppressed. .

なお、硫酸鉄層の被覆率は、正極活物資表面をX線光電子分光法(XPS)によって、測定されるS2pスペクトルにおいて、161eV〜164eV領域のピークI(A)と167eV〜170eV領域のピークI(B)との比I(B)/I(A)×100から算出することにより規定できる。   Note that the coverage of the iron sulfate layer is determined by the peak I (A) in the 161 eV to 164 eV region and the peak I in the 167 eV to 170 eV region in the S2p spectrum measured on the positive electrode active material surface by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). It can be defined by calculating from the ratio I (B) / I (A) × 100 with (B).

正極缶3は、正極2を収納する底の浅い皿状に形成されており、例えば正極2が収納される内側から、例えばアルミニウム(Al)、ステンレス(SUS)、ニッケル(Ni)等が厚み方向に順次積層された構成となっており、非水電解質二次電池の外部正極となる。   The positive electrode can 3 is formed in a shallow dish shape that accommodates the positive electrode 2. For example, aluminum (Al), stainless steel (SUS), nickel (Ni), and the like from the inner side where the positive electrode 2 is accommodated in the thickness direction. Are sequentially stacked, and serve as the external positive electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery.

[負極4]
負極4は、負極集電体4a上に負極活物質を含有する負極活物質層4bが形成されている。負極集電体4aは、集電体として、例えば、銅等の薄状金属や網状金属等を用いる。負極活物質層4bは、例えば、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)等の軽金属、軽金属の合金等が用いられる。
[Negative electrode 4]
In the negative electrode 4, a negative electrode active material layer 4b containing a negative electrode active material is formed on a negative electrode current collector 4a. The negative electrode current collector 4a uses, for example, a thin metal such as copper or a net-like metal as a current collector. For the negative electrode active material layer 4b, for example, a light metal such as lithium (Li), sodium (Na), or potassium (K), a light metal alloy, or the like is used.

リチウム等の軽金属と合金を形成可能とする金属としては、例えばB、Si、As等の半導体も含め、Mg、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Cd、Ag、Zn、Hf、Zr、Y等を用いることができる。   Examples of metals that can form alloys with light metals such as lithium include Mg, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, and Cd, including semiconductors such as B, Si, and As. , Ag, Zn, Hf, Zr, Y, or the like can be used.

また、リチウムと合金形成を可能とする金属の合金化合物は、上述したリチウムと合金を形成可能とする金属元素をMとしたとき、化学式MsM´tLiu(M´は、Li或いはM以外の1つ以上の金属元素である。sは0より大きい数値である。tおよびuは0以上の数値である。)で表される。 In addition, an alloy compound of a metal capable of forming an alloy with lithium is represented by the chemical formula M s M ′ t Li u (M ′ is Li or M, where M is a metal element capable of forming an alloy with lithium described above). And s is a numerical value greater than 0. t and u are numerical values greater than or equal to 0.)

合金化合物としては、例えば、Li−Al、Li−Al−M1(M1は、2A族,3B族,4B族、遷移金属元素のうち1つ以上から形成される)等を挙げることができる。M1としては、AlSb、CuMgSb等を挙げることができる。   Examples of the alloy compound include Li-Al, Li-Al-M1 (M1 is formed from one or more of 2A group, 3B group, 4B group, and transition metal element). Examples of M1 include AlSb and CuMgSb.

負極蓋5は、負極4を収容する底の浅い皿状に形成されており、例えばステンレスや鉄等の導電性金属の表面にニッケルめっきが施された板材等からなり、非水電解質電池1の外部負極となる。   The negative electrode lid 5 is formed in a shallow dish shape that accommodates the negative electrode 4, and is made of, for example, a plate material in which a surface of a conductive metal such as stainless steel or iron is plated with nickel, and the like. External negative electrode.

[セパレータ6]
セパレータ6は、正極2と負極4とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止すると共に、非水電解液中のリチウムイオン等を通過させるものである。セパレータ6は、孔の平均粒径が5μm以下程度の微小な孔を多数有する樹脂からなる微多孔性膜である。
[Separator 6]
The separator 6 separates the positive electrode 2 and the negative electrode 4, prevents a short circuit of current due to contact between both electrodes, and allows lithium ions or the like in the nonaqueous electrolytic solution to pass therethrough. The separator 6 is a microporous film made of a resin having a large number of minute holes having an average particle diameter of holes of about 5 μm or less.

樹脂としては、例えば、オレフィン系ポリマー、プロピレン系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ナイロン、ガラス繊維、アルミナ繊維等を用いることができる。特に、例えば、ポリプロピレンやポリオレフィンは、短絡防止効果に優れ、シャットダウン効果による電池の安全性向上が可能な点から、セパレータ6として好ましい。   As the resin, for example, olefin polymer, propylene polymer, cellulose polymer, polyimide, nylon, glass fiber, alumina fiber and the like can be used. In particular, for example, polypropylene or polyolefin is preferable as the separator 6 because it has an excellent short-circuit prevention effect and can improve battery safety due to a shutdown effect.

ガスケット7は、例えば、ポリプロピレン等の絶縁性樹脂により構成されており、正極缶3と負極蓋5とを絶縁すると共に、表面にアスファルト等が塗布されることで密閉状態となった電池内部の気密性を保ち、非水電解液の漏液を防止する。   The gasket 7 is made of, for example, an insulating resin such as polypropylene. The gasket 7 insulates the positive electrode can 3 and the negative electrode lid 5 and seals the airtightness inside the battery that is sealed by applying asphalt or the like to the surface. To prevent leakage of non-aqueous electrolyte.

[電解液]
非水電解液は、有機溶媒と電解質塩とを適宜組み合わせて調製される。有機溶媒としては、非水電解液系の電池に使用されているものであればいずれも用いることができ、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γーブチロラクトン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、ジプロピルカーボネート等を挙げることができる。
[Electrolyte]
The nonaqueous electrolytic solution is prepared by appropriately combining an organic solvent and an electrolyte salt. Any organic solvent may be used as long as it is used in a non-aqueous electrolyte battery. For example, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethyl. Examples include ethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile, dipropyl carbonate, and the like.

電解質塩としては、非水電解液系の電池に用いられるものであればいずれも用いることができる。具体的には、例えば、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、ヨウ化リチウム(LiI)等のうちいずれか一種又は複数種を混合したものを用いることができる。特に、例えば、LiPF6は、高いイオン導電性が得られ、充放電サイクル特性を向上できる点から好ましい。 Any electrolyte salt can be used as long as it is used for a non-aqueous electrolyte battery. Specifically, for example, lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), Any one or a mixture of lithium iodide (LiI) and the like can be used. In particular, for example, LiPF 6 is preferable in that high ionic conductivity is obtained and charge / discharge cycle characteristics can be improved.

次に、この発明の一実施形態による非水電解質電池1の製造方法について説明する。例えば、この発明の一実施形態による非水電解質電池1は、以下のように製造できる。   Next, a method for manufacturing the nonaqueous electrolyte battery 1 according to one embodiment of the present invention will be described. For example, the nonaqueous electrolyte battery 1 according to one embodiment of the present invention can be manufactured as follows.

まず、正極2を作製する。二硫化鉄からなる正極活物質と、導電材と、結着剤とを含有する正極合剤塗布液を調製する。次に、この正極合剤塗布液を、正極集電体2aとなる例えばアルミニウム箔等の金属箔上に、均一に塗布し、乾燥することによって、正極合剤層2bを形成する。次に、正極集電体2a及び正極合剤層2bを所定の形状に一括して切り抜く。以上により正極2を作製する。   First, the positive electrode 2 is produced. A positive electrode mixture coating solution containing a positive electrode active material made of iron disulfide, a conductive material, and a binder is prepared. Next, the positive electrode mixture coating solution 2b is formed by uniformly applying this positive electrode mixture coating solution onto a metal foil such as an aluminum foil that becomes the positive electrode current collector 2a and drying it. Next, the positive electrode current collector 2a and the positive electrode mixture layer 2b are collectively cut into a predetermined shape. The positive electrode 2 is produced by the above.

次に、負極4を作製する。リチウムからなる負極活物質を負極集電体4aとなる銅箔等の金属箔上に均一に塗布し、乾燥させた負極活物質層4bを形成する。次に、負極集電体4a及び負極活物質層4bを一括して切り抜く。以上により、負極4を作製する。なお、負極4は、上述した負極集電体4aを用いずに、リチウムを所定の形状に打ち抜いて、負極蓋5に圧着して作製するようにしてもよい。   Next, the negative electrode 4 is produced. A negative electrode active material layer 4b is formed by uniformly applying a negative electrode active material made of lithium onto a metal foil such as a copper foil to be the negative electrode current collector 4a. Next, the negative electrode current collector 4a and the negative electrode active material layer 4b are collectively cut out. In this way, the negative electrode 4 is produced. The negative electrode 4 may be manufactured by punching lithium into a predetermined shape and pressing the negative electrode lid 5 without using the negative electrode current collector 4a described above.

次に、正極2を正極缶3に収容する。負極4を負極蓋5に収容する。この際、正極2と負極4との間に多孔質膜からなるセパレータ6を介して、正極2と負極4とを対向するように配置する。その後、調製した非水電解液を正極缶3及び負極蓋5内に注液する。   Next, the positive electrode 2 is accommodated in the positive electrode can 3. The negative electrode 4 is accommodated in the negative electrode lid 5. At this time, the positive electrode 2 and the negative electrode 4 are arranged to face each other with a separator 6 made of a porous film between the positive electrode 2 and the negative electrode 4. Thereafter, the prepared nonaqueous electrolytic solution is poured into the positive electrode can 3 and the negative electrode lid 5.

次に、表面にアスファルト等が塗布されたガスケット7を正極缶3と負極蓋5との間に設け、正極缶3をかしめ封口する。以上により、正極2、セパレータ6、負極4と順次積層された構造のコイン型の非水電解質電池1が作製される。   Next, a gasket 7 having a surface coated with asphalt or the like is provided between the positive electrode can 3 and the negative electrode lid 5, and the positive electrode can 3 is caulked and sealed. Thus, the coin-type non-aqueous electrolyte battery 1 having a structure in which the positive electrode 2, the separator 6, and the negative electrode 4 are sequentially stacked is manufactured.

この発明の一実施形態による非水電解質電池1によると、正極2の表面に二硫化鉄酸化物からなる厚さ1000nm未満の層が存在することによって、機器に取り付けた状態で、長期間電源を入れずに使用しなかった場合でも、開回路電圧の上昇を抑制できる。   According to the nonaqueous electrolyte battery 1 according to the embodiment of the present invention, the layer of less than 1000 nm made of iron disulfide oxide is present on the surface of the positive electrode 2, so that the power source can be turned on for a long time in a state of being attached to the device. Even when it is not used without being inserted, the increase in the open circuit voltage can be suppressed.

さらに、長期保存時の開回路電圧の上昇を抑制できるので、長期保存後に機器の電源を入れた場合でも、良好な電気接続を保持できる。さらに、長期保存時の開回路電圧の上昇を抑制できるので、放電容量の低下を抑制できる。   Furthermore, since an increase in open circuit voltage during long-term storage can be suppressed, good electrical connection can be maintained even when the device is turned on after long-term storage. Furthermore, since an increase in open circuit voltage during long-term storage can be suppressed, a decrease in discharge capacity can be suppressed.

さらに、非水電解質電池1に用いる正極において、正極活物質の硫酸鉄層の被覆率を50%以下とすることによって、正極2の表面の二硫化鉄酸化物からなる層の厚さを抑制できるので、長期保存時の開回路電圧の上昇を抑制できる。   Furthermore, in the positive electrode used for the nonaqueous electrolyte battery 1, the thickness of the iron disulfide oxide layer on the surface of the positive electrode 2 can be suppressed by setting the coverage of the iron sulfate layer of the positive electrode active material to 50% or less. Therefore, an increase in open circuit voltage during long-term storage can be suppressed.

すなわち、硫酸鉄層の被覆率を50%以下とする正極活物質を用いることによって、長期間保存可能な電池を作製する上で、より優れた特性を有する高品質な非水電解質電池1を作製することができる。   That is, by using a positive electrode active material having a coverage of an iron sulfate layer of 50% or less, a high-quality non-aqueous electrolyte battery 1 having superior characteristics is produced in producing a battery that can be stored for a long period of time. can do.

以下、実施例によりこの発明を具体的に説明するが、この発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

はじめに、正極活物質とする二硫化鉄を振動ミルにて十分に粉砕及び混合を行い下記表1に示すガス雰囲気下で焼成処理を行った。表1は、実施例1〜実施例6および比較例1〜比較例3のリチウム/二硫化鉄一次電池に用いた二硫化鉄の処理条件を示す。   First, iron disulfide as a positive electrode active material was sufficiently pulverized and mixed in a vibration mill, and fired in a gas atmosphere shown in Table 1 below. Table 1 shows the treatment conditions for iron disulfide used in the lithium / iron disulfide primary batteries of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3.

Figure 2007052935
Figure 2007052935

次に、以上のようにして作製した実施例1〜実施例6および比較例1〜比較例3の被覆率を測定した。その手順は以下の通りである。   Next, the coverage of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 produced as described above was measured. The procedure is as follows.

正極活物質粉末試料をインジウム(In)箔上に固定した。この試料をX線光電子分光法(XPS)によって分析を行う。スペクトルのエネルギー補正にはC1sピークを用いる。通常本正極活物質は導電性が高く、X線照射による帯電はほとんど生じない。サンプルのC1sスペクトルを測定し、波形解析を行い、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置を284.5eVとする。波形解析には市販のソフトウェアを用いればよい。   The positive electrode active material powder sample was fixed on an indium (In) foil. This sample is analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The C1s peak is used for spectrum energy correction. Usually, the positive electrode active material has high conductivity, and charging by X-ray irradiation hardly occurs. The C1s spectrum of the sample is measured, waveform analysis is performed, and the position of the main peak existing on the lowest binding energy side is set to 284.5 eV. Commercially available software may be used for waveform analysis.

硫酸鉄層の被覆率を算出するためにS2pピークの解析を行った。S2pピークの解析は次のように行った。S2pピークは161eV〜164eV領域に現れる活物質二硫化鉄に由来するピークと、167eV〜170eV領域に存在する硫酸鉄に由来するピークに分離できる。ただし、ここではピーク高さを比較すればよいので、ピーク分離を正確に行う必要はない。バックグラウンドの引き方は、Shirley(シャーリー)法を用いるのが望ましい。バックグラウンドを差し引いた後、161eV〜164eV領域と167eV〜170eV領域のピーク極大を求め、比較した。161eV〜164eV領域のピーク強度をI(A)、167eV〜170eV領域のピーク強度をI(B)とし、I(B)/I(A)×100の値を算出した。この値を正極活物質の硫酸鉄層の被覆率とした。   In order to calculate the coverage of the iron sulfate layer, the S2p peak was analyzed. Analysis of the S2p peak was performed as follows. The S2p peak can be separated into a peak derived from the active material iron disulfide appearing in the 161 eV to 164 eV region and a peak derived from iron sulfate existing in the 167 eV to 170 eV region. However, since peak heights need only be compared here, it is not necessary to accurately perform peak separation. The background is preferably drawn using the Shirley method. After subtracting the background, the peak maximums in the 161 eV to 164 eV region and the 167 eV to 170 eV region were determined and compared. The peak intensity in the 161 eV to 164 eV region was I (A), the peak intensity in the 167 eV to 170 eV region was I (B), and a value of I (B) / I (A) × 100 was calculated. This value was defined as the coverage of the iron sulfate layer of the positive electrode active material.

以上のようにして測定した実施例1〜実施例6および比較例1〜比較例3の硫酸鉄層の被覆率を下記表2に示す。   Table 2 below shows the coverage of the iron sulfate layers of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 measured as described above.

Figure 2007052935
Figure 2007052935

次に、表2に示す被覆率の二硫化鉄を正極活物質として用いた実施例1〜実施例6および比較例1〜比較例3のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。   Next, lithium / iron disulfide primary batteries of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 using iron disulfide having the coverage shown in Table 2 as the positive electrode active material were prepared.

<実施例1>
まず、表1に示す条件で焼成処理した硫酸鉄層の被覆率が50%の二硫化鉄95重量%と、導電剤としての炭素粉末(ケッチェンブラック)1重量%と、結着剤としてのPVdF(ポリフッ化ビニリデン)4重量%とを混合し、N−メチル−ピロリドン(NMP)に分散させてなる正極合剤塗布液を調製した。
<Example 1>
First, 95% by weight of iron disulfide having a coverage of 50% of the iron sulfate layer fired under the conditions shown in Table 1, 1% by weight of carbon powder (Ketjen Black) as a conductive agent, and as a binder A positive electrode mixture coating solution prepared by mixing 4% by weight of PVdF (polyvinylidene fluoride) and dispersing in N-methyl-pyrrolidone (NMP) was prepared.

次に、正極合剤塗布液を120℃の温度で2時間乾燥させて、N−メチル−ピロリドンを揮発させ、その後、乳鉢を用いて粉砕し、正極合剤を生成した。   Next, the positive electrode mixture coating solution was dried at a temperature of 120 ° C. for 2 hours to volatilize N-methyl-pyrrolidone, and then pulverized using a mortar to produce a positive electrode mixture.

次に、正極合剤を、正極集電体となる厚み30μmのアルミニウム箔上に均一に塗布して、乾燥することによって、正極合剤層を形成し、その後、正極集電体及び正極合剤層を直径15.5mm、厚み250μmの円盤状に一括して打ち抜いた。   Next, the positive electrode mixture is uniformly coated on an aluminum foil having a thickness of 30 μm serving as a positive electrode current collector and dried to form a positive electrode mixture layer. Thereafter, the positive electrode current collector and the positive electrode mixture are formed. The layers were collectively punched into a disk shape having a diameter of 15.5 mm and a thickness of 250 μm.

次に、打ち抜いた正極集電体および正極合剤層を、容器内側からアルミニウム、ステンレス、ニッケルの順番で、積層して形成した正極缶に収容した。   Next, the punched positive electrode current collector and positive electrode mixture layer were accommodated in a positive electrode can formed by laminating aluminum, stainless steel, and nickel in this order from the inside of the container.

次に、Li金属を直径15.5mm、厚み800μmの円盤状に打ち抜き、容器内側から、ステンレス、ニッケルの順で積層して形成した負極蓋に打ち抜いたLi金属を圧着して負極を作製した。   Next, Li metal was punched into a disk shape having a diameter of 15.5 mm and a thickness of 800 μm, and the Li metal punched out from the inner side of the container to a negative electrode lid formed by laminating stainless steel and nickel in this order was pressed to produce a negative electrode.

次に、1,3−ジオキソラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)とを体積比2:1で混合して作製した溶媒に、ヨウ化リチウムを濃度1mol/lとなるように添加して、非水電解液を調整した。   Next, in a solvent prepared by mixing 1,3-dioxolane (DOL) and 1,2-dimethoxyethane (DME) at a volume ratio of 2: 1, lithium iodide is adjusted to a concentration of 1 mol / l. The nonaqueous electrolyte solution was prepared by adding.

次に、正極と負極との間に、厚み25μmのポリエチレンからなるセパレータを積層配置して、正極缶および負極蓋内に非水電解液を注入し、ポリプロピレンからなるガスケットを正極缶と負極蓋との間に介して、正極缶をかしめて封口した。以上のようにして、実施例1の直径20mm、厚み1.6mmのコイン型のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。   Next, a separator made of polyethylene having a thickness of 25 μm is laminated between the positive electrode and the negative electrode, a nonaqueous electrolyte is injected into the positive electrode can and the negative electrode lid, and a gasket made of polypropylene is attached to the positive electrode can and the negative electrode lid. The positive electrode can was caulked and sealed between. As described above, the coin-type lithium / iron disulfide primary battery of Example 1 having a diameter of 20 mm and a thickness of 1.6 mm was produced.

<実施例2〜実施例6、比較例1〜比較例3>
正極活物質としての二硫化鉄を表1に示す条件で、焼成処理を行い、表2に示す被覆率の二硫化鉄を正極活物質として用いたこと以外は、すべて、実施例1と同様にして、実施例2〜実施例6および比較例1〜比較例3のリチウム/二硫化鉄一次電池を作製した。
<Example 2 to Example 6, Comparative Example 1 to Comparative Example 3>
Except that iron disulfide as the positive electrode active material was baked under the conditions shown in Table 1 and iron disulfide having the coverage shown in Table 2 was used as the positive electrode active material, everything was the same as in Example 1. Thus, lithium / iron disulfide primary batteries of Examples 2 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 were produced.

次に、以上のようにして作製した実施例1〜実施例6および比較例1〜比較例3のリチウム/二硫化鉄一次電池について、正極上の二硫化鉄酸化物からなる表面層である二硫化鉄酸化層の平均厚さを測定した。その手順は以下の通りである。   Next, the lithium / iron disulfide primary batteries of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 manufactured as described above are two surface layers made of iron disulfide oxide on the positive electrode. The average thickness of the iron sulfide oxide layer was measured. The procedure is as follows.

正極試料は電池を解体後に、ジメチルカーボネートで洗浄を行う。これは表面に存在する、揮発性の低い溶媒成分と電解質塩を除去するためである。サンプリングは可能な限り、不活性雰囲気下で行うことが望ましい。この正極試料をX線光電子分光法(XPS)によって分析を行う。スペクトルのエネルギー補正にはC1sピークを用いる。通常、この正極試料は、導電性が高く、X線照射による帯電はほとんど生じない。   The positive electrode sample is washed with dimethyl carbonate after disassembling the battery. This is to remove the low-volatile solvent component and electrolyte salt present on the surface. It is desirable to perform sampling in an inert atmosphere as much as possible. This positive electrode sample is analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The C1s peak is used for spectrum energy correction. Usually, this positive electrode sample has high conductivity, and charging due to X-ray irradiation hardly occurs.

二硫化鉄酸化物を定性するためにFe2pピークの解析を行った。Fe2pピークの解析は次のように行った。Fe2pピークは、705eV〜708eV領域に現れる正極活物質である二硫化鉄に由来するピークと、709eV〜712eV領域に存在する二硫化鉄酸化物に由来するピークとに分離できる。ただし、ここではピーク高さを比較すればよいので、ピーク分離を正確に行う必要はない。バックグラウンドの引き方は、Shirley(シャーリー)法を用いるのが望ましい。バックグラウンドを差し引いた後、705eV〜708eV領域と709eV〜712eV領域のピーク極大を求め比較する。705eV〜708eV領域のピーク強度をI(A)、709eV〜712eV領域のピーク強度をI(B)とし、I(A)/I(B)の値を算出する。   In order to qualify the iron disulfide oxide, the Fe2p peak was analyzed. The Fe2p peak was analyzed as follows. The Fe2p peak can be separated into a peak derived from iron disulfide, which is a positive electrode active material appearing in the 705 eV to 708 eV region, and a peak derived from iron disulfide oxide existing in the 709 eV to 712 eV region. However, since peak heights need only be compared here, it is not necessary to accurately perform peak separation. The background is preferably drawn using the Shirley method. After subtracting the background, the peak maximums in the 705 eV to 708 eV region and the 709 eV to 712 eV region are obtained and compared. The peak intensity in the 705 eV to 708 eV region is I (A), the peak intensity in the 709 eV to 712 eV region is I (B), and the value of I (A) / I (B) is calculated.

二硫化鉄酸化層の厚さは、以下のように測定した。加速電圧1kV、角度(光電子の取り出し角であって、試料面から測定した角度)45度、分析器の取込立体角±20度、エッチングレート約7.7nm/min(SiO2換算)の条件でアルゴンイオンによるエッチングを用いた。このとき、I(A)/I(B)の値が0.9以上となるときの最表面からのエッチング深さを、二硫化鉄酸化層の厚さとした。そして、正極上の任意の5ヵ所を測定して得られた値の平均値を平均厚さとした。 The thickness of the iron disulfide oxide layer was measured as follows. Conditions of accelerating voltage 1 kV, angle (photoelectron extraction angle, measured from the sample surface) 45 degrees, analyzer solid angle of capture ± 20 degrees, etching rate about 7.7 nm / min (SiO 2 conversion) Etching with argon ions was used. At this time, the etching depth from the outermost surface when the value of I (A) / I (B) was 0.9 or more was defined as the thickness of the iron disulfide oxide layer. And the average value of the value obtained by measuring arbitrary five places on a positive electrode was made into average thickness.

以上のようにして測定した実施例1〜実施例6および比較例1〜比較例3の二硫化鉄酸化層の平均厚さを下記表3に示す。   Table 3 below shows the average thicknesses of the iron disulfide oxide layers of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 measured as described above.

Figure 2007052935
Figure 2007052935

次に、実施例1〜実施例6および比較例1〜比較例3のリチウム/二硫化鉄一次電池を60℃で300時間保存した後、開回路電圧を測定した。なお、開回路電圧は、各電池を60℃で保存し、この保存中の電圧を測定した。   Next, the lithium / iron disulfide primary batteries of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 were stored at 60 ° C. for 300 hours, and then the open circuit voltage was measured. As for the open circuit voltage, each battery was stored at 60 ° C., and the voltage during the storage was measured.

さらに、実施例1〜実施例6および比較例1〜比較例3のリチウム/二硫化鉄一次電池について、1mAの定電流で10時間(10mAh)の予備放電を行って、電池容量の10%程度を放電させて電位を降下させた後、60℃で300時間保存し、その後、開回路電圧を測定した。なお、開回路電圧は、各電池を60℃で保存し、この保存中の電圧を測定した。測定結果を下記表4に示す。   Further, the lithium / iron disulfide primary batteries of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 were subjected to preliminary discharge for 10 hours (10 mAh) at a constant current of 1 mA, and about 10% of the battery capacity. Was discharged to lower the potential and then stored at 60 ° C. for 300 hours, and then the open circuit voltage was measured. As for the open circuit voltage, each battery was stored at 60 ° C., and the voltage during the storage was measured. The measurement results are shown in Table 4 below.

Figure 2007052935
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正極活物質の被覆率の検討
以上の測定結果に基づき、まず、正極活物質の硫酸鉄層の被覆率の好ましい範囲の検討を行った。表2に示すように、実施例1〜実施例6では、正極活物質の硫酸鉄層の被覆率が50%以下である。一方、比較例1〜比較例3では、正極活物質の硫酸鉄層の被覆率が50%を超える。
Examination of Coverage of Positive Electrode Active Material Based on the above measurement results, first, a preferred range of the coverage of the iron sulfate layer of the positive electrode active material was examined. As shown in Table 2, in Examples 1 to 6, the coverage of the iron sulfate layer of the positive electrode active material is 50% or less. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, the coverage of the iron sulfate layer of the positive electrode active material exceeds 50%.

表4に示すように、実施例1〜実施例6では、比較例1〜比較例3に対して、開回路電圧が低く、長期保存時の開回路電圧の上昇が抑制されていることがわかる。したがって、正極活物質の硫酸鉄層の被覆率を50%以下とすることで、保存時の開回路電圧の上昇を抑制できることがわかった。   As shown in Table 4, in Examples 1 to 6, the open circuit voltage is lower than that of Comparative Examples 1 to 3, and the increase in the open circuit voltage during long-term storage is suppressed. . Therefore, it was found that an increase in open circuit voltage during storage can be suppressed by setting the coverage of the iron sulfate layer of the positive electrode active material to 50% or less.

正極活物質の硫酸鉄層の被覆率を50%以下とすると、開回路電圧の上昇を抑制できるのは、保存時、硫酸鉄が電解液中に溶解し、酸素源となる量を抑制でき、二硫化鉄との間で再び酸化鉄など二硫化鉄酸化物を生成する副反応を抑制し、正極上に形成される二硫化鉄酸化物からなる表面層の厚さを抑えることができるためである。   When the coverage of the iron sulfate layer of the positive electrode active material is 50% or less, the increase in the open circuit voltage can be suppressed, during storage, the iron sulfate can be dissolved in the electrolyte and the amount of oxygen source can be suppressed. This is because side reactions that generate iron disulfide oxide such as iron oxide again with iron disulfide can be suppressed, and the thickness of the surface layer made of iron disulfide oxide formed on the positive electrode can be suppressed. is there.

さらに、表2及び表4に示すように、予備放電後の電池においても、正極活物質の硫酸鉄層の被覆率を50%以下とすることによって、電池の開回路電圧の上昇を抑制できることがわかる。   Furthermore, as shown in Tables 2 and 4, even in the battery after the preliminary discharge, the increase in the open circuit voltage of the battery can be suppressed by setting the coverage of the iron sulfate layer of the positive electrode active material to 50% or less. Recognize.

さらに、実施例5の電池は、表4に示すように、予備放電無しの開回路電圧が1.79Vと、予備放電有りの開回路電圧が1.81Vと、比較例1〜比較例3に比べて、著しく開回路電圧の上昇が抑制されている。表2より、実施例5の電池の正極活物質の硫酸鉄層の被覆率は、13%である。   Further, as shown in Table 4, the battery of Example 5 has an open circuit voltage without preliminary discharge of 1.79 V, an open circuit voltage with preliminary discharge of 1.81 V, and in Comparative Examples 1 to 3. In comparison, the increase in open circuit voltage is significantly suppressed. From Table 2, the coverage of the iron sulfate layer of the positive electrode active material of the battery of Example 5 is 13%.

さらに、実施例6の電池は、表4に示すように、予備放電無しの開回路電圧が1.73Vと、予備放電有りの開回路電圧が1.72Vと、比較例1〜比較例3に比べて、より著しく開回路電圧の上昇が抑制されている。表2より、実施例6の電池の正極活物質の硫酸鉄層の被覆率は、5%である。   Further, as shown in Table 4, the battery of Example 6 has an open circuit voltage without preliminary discharge of 1.73 V, an open circuit voltage with preliminary discharge of 1.72 V, and in Comparative Examples 1 to 3. In comparison, the increase in the open circuit voltage is more significantly suppressed. From Table 2, the coverage of the iron sulfate layer of the positive electrode active material of the battery of Example 6 is 5%.

したがって、著しく開回路電圧を抑制できる点から、正極活物質の硫酸鉄層の被覆率は、15%以下がより好ましいことがわかった。   Therefore, it was found that the coverage of the iron sulfate layer of the positive electrode active material is more preferably 15% or less from the viewpoint that the open circuit voltage can be remarkably suppressed.

表面層の厚さの検討
次に、正極上の二硫化鉄酸化層の厚さの好ましい範囲の検討を行った。表3に示すように、実施例1〜実施例6では、正極上の二硫化鉄酸化層の平均厚さが1000nm未満である。一方、比較例1〜比較例3は、正極上の二硫化鉄酸化層の平均厚さが1000nm以上である。
Study of thickness of the surface layer was then examined in the thickness of the preferred range of the positive electrode of iron disulfide oxide layer. As shown in Table 3, in Examples 1 to 6, the average thickness of the iron disulfide oxide layer on the positive electrode is less than 1000 nm. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, the average thickness of the iron disulfide oxide layer on the positive electrode is 1000 nm or more.

表4に示すように、実施例1〜実施例6では、比較例1〜比較例3に対して、開回路電圧が低く、保存時の開回路電圧の上昇が抑制されていることがわかる。したがって、正極上に平均厚さ1000nm未満の二硫化鉄酸化層を有することで、長期保存時の開回路電圧の上昇を抑制できることがわかった。   As shown in Table 4, it can be seen that in Examples 1 to 6, the open circuit voltage is lower than in Comparative Examples 1 to 3, and the increase in the open circuit voltage during storage is suppressed. Therefore, it was found that an increase in open circuit voltage during long-term storage can be suppressed by having an iron disulfide oxide layer having an average thickness of less than 1000 nm on the positive electrode.

正極上に平均厚さ1000nm未満の二硫化鉄酸化層を有することによって、開回路電圧の上昇を抑制できるのは、さらなる電解液の分解反応を抑え、二硫化鉄との混成電位が顕著に起こらないためである。   By having an iron disulfide oxide layer having an average thickness of less than 1000 nm on the positive electrode, the increase in the open circuit voltage can be suppressed because the decomposition reaction of the electrolyte is further suppressed and the mixed potential with iron disulfide is remarkably generated. This is because there is not.

さらに、表3及び表4に示すように、予備放電後の電池においても、正極上に平均厚さ1000nm未満の二硫化鉄酸化層を有することによって、二硫化鉄との混成電位が顕著に起こらないので、電池の開回路電圧の上昇を抑制できることがわかる。   Furthermore, as shown in Tables 3 and 4, even in the battery after the preliminary discharge, the mixed potential with iron disulfide remarkably occurs by having the iron disulfide oxide layer having an average thickness of less than 1000 nm on the positive electrode. Therefore, it can be seen that an increase in the open circuit voltage of the battery can be suppressed.

さらに、実施例5の電池は、表4に示すように、予備放電無しの開回路電圧が1.79Vと、予備放電有りの開回路電圧が1.81Vと、比較例1〜比較例3に比べて、著しく開回路電圧の上昇が抑制されている。表3より、実施例5の電池の二硫化鉄酸化層の平均厚さは、94nmである。   Further, as shown in Table 4, the battery of Example 5 has an open circuit voltage without preliminary discharge of 1.79 V, an open circuit voltage with preliminary discharge of 1.81 V, and in Comparative Examples 1 to 3. In comparison, the increase in open circuit voltage is significantly suppressed. From Table 3, the average thickness of the iron disulfide oxide layer of the battery of Example 5 is 94 nm.

さらに、実施例6の電池は、表4に示すように、予備放電無しの開回路電圧が1.73Vと、予備放電有りの開回路電圧が1.72Vと、比較例1〜比較例3に比べて、より著しく開回路電圧の上昇が抑制されている。表3より、実施例6の電池の二硫化鉄酸化層の平均厚さは、8nmである。   Further, as shown in Table 4, the battery of Example 6 has an open circuit voltage without preliminary discharge of 1.73 V, an open circuit voltage with preliminary discharge of 1.72 V, and in Comparative Examples 1 to 3. In comparison, the increase in the open circuit voltage is more significantly suppressed. From Table 3, the average thickness of the iron disulfide oxide layer of the battery of Example 6 is 8 nm.

したがって、著しく開回路電圧の上昇を抑制できる点から、正極上の二硫化鉄酸化層の平均厚さは、100nm未満が好ましいことがわかった。また、より著しく開回路電圧の上昇を抑制できる点から、正極上の二硫化鉄酸化層の平均厚さは、10nm未満がより好ましいことがわかった。   Therefore, it was found that the average thickness of the iron disulfide oxide layer on the positive electrode is preferably less than 100 nm from the viewpoint that the increase in open circuit voltage can be remarkably suppressed. Further, it was found that the average thickness of the iron disulfide oxide layer on the positive electrode is more preferably less than 10 nm from the viewpoint that the increase in open circuit voltage can be suppressed more remarkably.

さらに、被覆率の検討および正極上の二硫化鉄酸化層の厚さの検討の結果、正極活物質の硫酸鉄層の被覆率を50%以下とすることで、正極上の二硫化鉄酸化層の平均厚さを1000nm未満に抑えることができ、これにより、開回路電圧の上昇を抑制できることがわかった。   Further, as a result of the examination of the coverage ratio and the thickness of the iron disulfide oxide layer on the positive electrode, the iron disulfide oxide layer on the positive electrode is formed by setting the coverage ratio of the iron sulfate layer of the positive electrode active material to 50% or less. It has been found that the average thickness of the film can be suppressed to less than 1000 nm, thereby suppressing an increase in open circuit voltage.

この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments of the present invention, and various modifications and applications are possible without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上述の一実施形態では、コイン型の非水電解質電池1を用いて説明したが、これに限定されることなく、この発明は、例えば、円筒型、角型の電池等、種々の形状や大きさの非水電解質電池にも適用可能である。   For example, in the above-described embodiment, the coin-type non-aqueous electrolyte battery 1 has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention can be applied to various shapes such as a cylindrical battery and a square battery. The present invention can also be applied to non-aqueous electrolyte batteries having a large size.

また、非水電解質電池は、非水電解液の代わりに電解質塩を含有させた固体電解質、や非水溶媒と電解質塩とからなるマトリックスを有機高分子に含浸させてゲル状としたゲル状電解質を用いることができる。   The nonaqueous electrolyte battery is a gel electrolyte in which a solid electrolyte containing an electrolyte salt instead of a nonaqueous electrolyte or a matrix made of a nonaqueous solvent and an electrolyte salt is impregnated with an organic polymer. Can be used.

さらに、上述の一実施形態では、一次電池である非水電解質電池の例により説明したが、これに限定されず、非水電解質電池であれば二次電池にも適用可能である。   Furthermore, in the above-described embodiment, the example of the non-aqueous electrolyte battery that is a primary battery has been described. However, the present invention is not limited to this, and any non-aqueous electrolyte battery can be applied to a secondary battery.

この発明の一実施形態によるコイン型の非水電解質電池の内部構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal structure of the coin-type nonaqueous electrolyte battery by one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・非水電解質電池
2・・・正極
2a・・・正極集電体
2b・・・正極合剤層
3・・・正極缶
4・・・負極
4a・・・負極集電体
4b・・・負極活物質層
5・・・負極蓋
6・・・セパレータ
7・・・ガスケット

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Nonaqueous electrolyte battery 2 ... Positive electrode 2a ... Positive electrode collector 2b ... Positive electrode mixture layer 3 ... Positive electrode can 4 ... Negative electrode 4a ... Negative electrode collector 4b ..Negative electrode active material layer 5 ... Negative electrode lid 6 ... Separator 7 ... Gasket

Claims (14)

二硫化鉄を含む正極活物質を有する正極と、
負極活物質を有する負極と、
電解質塩を有する非水電解質とを備え、
上記正極上に二硫化鉄酸化物からなる平均厚さ1000nm未満の表面層を有することを特徴とする非水電解質電池。
A positive electrode having a positive electrode active material comprising iron disulfide;
A negative electrode having a negative electrode active material;
A non-aqueous electrolyte having an electrolyte salt,
A nonaqueous electrolyte battery comprising a surface layer having an average thickness of less than 1000 nm made of iron disulfide oxide on the positive electrode.
請求項1において、
上記二硫化鉄酸化物は、三酸化二鉄であることを特徴とする非水電解質電池。
In claim 1,
The non-aqueous electrolyte battery, wherein the iron disulfide oxide is ferric trioxide.
請求項1において、
上記二硫化鉄酸化物は、四酸化三鉄であることを特徴とする非水電解質電池。
In claim 1,
The non-aqueous electrolyte battery, wherein the iron disulfide oxide is triiron tetraoxide.
請求項1において、
上記二硫化鉄酸化物は、酸化鉄であることを特徴とする非水電解質電池。
In claim 1,
The non-aqueous electrolyte battery, wherein the iron disulfide oxide is iron oxide.
請求項1において、
上記二硫化鉄酸化物は、水酸化鉄第一鉄であることを特徴とする非水電解質電池。
In claim 1,
The nonaqueous electrolyte battery, wherein the iron disulfide oxide is ferrous hydroxide.
請求項1において、
上記二硫化鉄酸化物は、水酸化第二鉄であることを特徴とする非水電解質電池。
In claim 1,
The non-aqueous electrolyte battery, wherein the iron disulfide oxide is ferric hydroxide.
請求項1において、
上記表面層の平均厚さが、100nm未満であることを特徴とする非水電解質電池。
In claim 1,
The non-aqueous electrolyte battery, wherein an average thickness of the surface layer is less than 100 nm.
請求項1において、
上記表面層の平均厚さが、10nm未満であることを特徴とする非水電解質電池。
In claim 1,
The nonaqueous electrolyte battery, wherein the surface layer has an average thickness of less than 10 nm.
請求項1において、
上記表面層の厚さは、上記平均厚さの±50%以内の範囲であることを特徴とする非水電解質電池。
In claim 1,
The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the thickness of the surface layer is within a range of ± 50% of the average thickness.
二硫化鉄を含む正極活物質を有する正極と、
負極活物質を有する負極と、
電解質塩を有する非水電解質とを備え、
上記正極活物質の表面における硫酸鉄層の被覆率が50%以下であることを特徴とする
非水電解質電池。
A positive electrode having a positive electrode active material comprising iron disulfide;
A negative electrode having a negative electrode active material;
A non-aqueous electrolyte having an electrolyte salt,
A nonaqueous electrolyte battery, wherein the coverage of the iron sulfate layer on the surface of the positive electrode active material is 50% or less.
請求項10において、
上記硫酸鉄は、硫酸鉄(III)であることを特徴とする非水電解質電池。
In claim 10,
The non-aqueous electrolyte battery, wherein the iron sulfate is iron (III) sulfate.
請求項10において、
上記硫酸鉄は、硫酸鉄(II)であることを特徴とする非水電解質電池。
In claim 10,
The non-aqueous electrolyte battery, wherein the iron sulfate is iron (II) sulfate.
請求項10において、
上記硫酸鉄層の被覆率は、15%以下であることを特徴とする非水電解質電池。
In claim 10,
The non-aqueous electrolyte battery, wherein the iron sulfate layer has a coverage of 15% or less.
二硫化鉄を含む正極活物質を有する正極と、
負極活物質を有する負極と、
電解質塩を有する非水電解質とを備え、
上記正極活物質の表面における硫酸鉄層の被覆率が50%以下とされ、上記正極上に二硫化鉄酸化物からなる平均厚さ1000nmの表面層を有することを特徴とする非水電解質電池。

A positive electrode having a positive electrode active material comprising iron disulfide;
A negative electrode having a negative electrode active material;
A non-aqueous electrolyte having an electrolyte salt,
A nonaqueous electrolyte battery characterized in that the coverage of the iron sulfate layer on the surface of the positive electrode active material is 50% or less, and a surface layer having an average thickness of 1000 nm made of iron disulfide oxide is formed on the positive electrode.

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