JP2007200827A - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
Non-aqueous electrolyte secondary battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007200827A JP2007200827A JP2006021145A JP2006021145A JP2007200827A JP 2007200827 A JP2007200827 A JP 2007200827A JP 2006021145 A JP2006021145 A JP 2006021145A JP 2006021145 A JP2006021145 A JP 2006021145A JP 2007200827 A JP2007200827 A JP 2007200827A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- positive electrode
- active material
- electrode active
- battery
- electrode plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Description
本発明は、LiCoO2 を含む正極活物質を用いてなる非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a nonaqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material containing LiCoO 2 .
近年、携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラ等の携帯可能な電子機器の高性能化、小型軽量化が進んでおり、これら電子機器に使用する高エネルギー密度の電池に対する要求が高まっている。このような要求を満たす二次電池として、リチウムイオン電池が挙げられる。 In recent years, portable electronic devices such as mobile phones, notebook personal computers, and video cameras have been improved in performance and reduced in size and weight, and the demand for high energy density batteries used in these electronic devices is increasing. As a secondary battery that satisfies such requirements, a lithium ion battery can be cited.
特許文献1には、Li2 CO3 とCo3 O4 との混合物を、焼成雰囲気中の酸素濃度を5容量%以上に制御し、かつ加熱温度500℃以上の昇温速度を5℃/min以下に設定した状態で、温度600〜1000℃で焼成処理してLiCoO2を得る製造方法の発明が開示されている。この製造方法によれば、Co3 O4 の残存量が少ないLiCoO2が得られ、正極活物質のエネルギー密度が高められる。
特許文献2には、Li2 CO3とCo3 O4 とを、Li/Coのモル比が1〜1.10となる範囲で混合し、焼成して得られ、遊離のCo3O4 が0.5質量%以下であるLiCoO2 を含む正極活物質の発明が開示されている。この発明によれば、Co3O4 の残存量が少ないので、正極活物質のエネルギー密度が高い。
特許文献3には、Li2 CO3とCo3 O4 とを、Li/Coのモル比が0.93〜0.99となる範囲で混合し、焼成して得られるLiCoO2系の正極活物質を含み、CuKα線によるX線回析図において、2θが19度付近に認められるLiCoO2 のピークに対する、37度付近に認められるCo3O4 のピークの強度比Co3 O4 /LiCoO2 が0.005〜0.06である非水電解質二次電池の発明が開示されている。この発明によれば、Al箔の腐食が抑えられ、電池の高温放置特性の低下が抑制される。
特許文献4には、比表面積が35〜50m2 /gであるCo3 O4 とリチウム塩とを原材料とするLiCoO2 を正極活物質とし、LiCoO2の合成完成度が95〜100質量%である非水電解質二次電池の発明が開示されている。この発明によれば、充放電サイクル特性が良好である。
In
しかし、特許文献1の発明においては、Li/Coの仕込比が1より小さい場合には、正極活物質の粒径が小さくなるために、正極板のプレス加工性が低下し、正極板及び電池の高密度化が実現出来ず、また、Li/Coの仕込比が1より大きい場合には、残存するCo3 O4 が極めて少なくなるために、正極の充放電サイクル特性が低下するという問題がある。
特許文献2の発明においては、Co3O4 の残存量が多い場合には、正極活物質の粒径が小さくなるために、正極板のプレス加工性が低下し、正極板及び電池の高密度化が実現出来ず、また、Co3O4 の残存量が少ない場合には、正極の充放電サイクル特性が低下するという問題がある。
However, in the invention of
In the invention of
特許文献3の発明においては、焼成時にCo量を多くしているために、正極活物質の粒成長が抑えられ、正極活物質の粒径が小さくなり、正極板のプレス加工性が低下し、正極板及び電池の高密度化の実現が困難であるという問題がある。
特許文献4の発明においては、Co3O4 の比表面積が35〜50m2 /gと極めて大きいことから、正極板のプレス加工性が低く、正極板及び電池の高密度化の実現が困難であるという問題がある。
In the invention of
In the invention of
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、LiCoO2 を含み、D50%粒径が7μm以上である焼成物を得た後に、Co3 O4 を混合して得られる正極活物質を用いることにより、正極板のプレス加工性が良好であり、正極板及び電池を高密度化することが可能であり、しかも正極の充放電サイクル特性が良好である非水電解質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 such circumstances. A positive electrode active material obtained by mixing Co 3 O 4 after obtaining a fired product containing LiCoO 2 and having a D50% particle size of 7 μm or more is obtained. By using the positive electrode plate, a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the press workability of the positive electrode plate is good, the positive electrode plate and the battery can be densified, and the charge / discharge cycle characteristics of the positive electrode are good is provided. For the purpose.
また、本発明は、Co3 O4を混合した後の正極活物質の総質量に対するCo3 O4 の比率を0.1質量%以上、5質量%以下にすることにより、正極の充放電サイクル特性が良好であり、しかも高温放置特性が良好である非水電解質二次電池を提供することを目的とする。 Further, the present invention, Co 3 O 4 Co 3 O 4 of the ratio 0.1 mass% or more relative to the total weight of the positive electrode active material were mixed by 5 mass% or less, the charge and discharge cycles of the positive electrode An object of the present invention is to provide a nonaqueous electrolyte secondary battery having good characteristics and good high-temperature storage characteristics.
第1発明に係る非水電解質二次電池は、リチウム化合物とコバルト化合物とを焼成して得られるLiCoO2 を含む正極活物質を用いてなる非水電解質二次電池において、前記正極活物質は、焼成により、LiCoO2を含み、体積基準によるD50%粒径が7μm以上である焼成物を得、得られた焼成物にCo3 O4 を混合してなることを特徴とする。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the first invention is a nonaqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material containing LiCoO 2 obtained by firing a lithium compound and a cobalt compound. By firing, a fired product containing LiCoO 2 and having a D50% particle size of 7 μm or more based on volume is obtained, and the obtained fired product is mixed with Co 3 O 4 .
ここで、D50%粒径とは、粒径が小さいものからその体積を積算し、積算した体積が全体の50%となったときの粒径をいう。
本発明においては、LiCoO2 を含む焼成物のD50%粒径が7μm以上であるので、正極活物質の充填性が良好であり、正極板を所定の厚みにプレスする際に、1回のプレス加工で済み、正極板及び電池の高密度化を実現することが出来る。焼成物のD50%粒径が7μm未満である場合は、正極活物質の充填性が不十分であり、正極板のプレス加工性が低い。
本発明において、焼成物を得た後にCo3 O4 を混合するのは、Co3O4 を過剰にして焼成した場合、焼成時にLi2 CO3 が不足するので、正極活物質の粒径を大きくするのが困難であるからである。そして、本発明においてはLiCoO2を含む焼成物を得た後にCo3 O4 を添加して混合し、正極活物質を得るので、正極の充放電サイクル特性が良好である。これは、充電時に、LiCoO2より反応性が高いCo3 O4 が分解するので、LiCoO2 の劣化が抑制されるためと考えられる。
Here, the D50% particle size means the particle size when the volume is integrated from the smallest particle size and the integrated volume is 50% of the total.
In the present invention, since the D50% particle size of the fired product containing LiCoO 2 is 7 μm or more, the filling property of the positive electrode active material is good, and when the positive electrode plate is pressed to a predetermined thickness, one press is performed. Processing is sufficient, and high density of the positive electrode plate and the battery can be realized. When the D50% particle size of the fired product is less than 7 μm, the filling property of the positive electrode active material is insufficient, and the press workability of the positive electrode plate is low.
In the present invention, to mix the Co 3 O 4 after obtaining the fired product, when calcined by an excess of Co 3 O 4, since Li 2 CO 3 is insufficient during firing, the particle diameter of the positive electrode active material This is because it is difficult to enlarge. In the present invention, since a fired product containing LiCoO 2 is obtained and then Co 3 O 4 is added and mixed to obtain a positive electrode active material, the charge / discharge cycle characteristics of the positive electrode are good. This is probably because Co 3 O 4, which has higher reactivity than LiCoO 2 , decomposes at the time of charging, so that deterioration of LiCoO 2 is suppressed.
第2発明に係る非水電解質二次電池は、第1発明において、Co3 O4 を混合した後の正極活物質の総質量に対するCo3O4 の比率が0.1質量%以上、5質量%以下であることを特徴とする。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the second invention, in the first invention, Co 3 O 4 Co 3 ratio of O 4 is 0.1 mass% or more relative to the total weight of the positive electrode active material were mixed, 5 mass % Or less.
本発明においては、正極活物質の総質量に対するCo3 O4 の比率が0.1質量%以上、5質量%以下であるので、正極の充放電サイクル特性が良好であり、かつ電池の高温放置特性も良好である。
正極活物質の総質量に対するCo3 O4 の比率が0.1質量%未満である場合、充放電サイクル特性の改善が不十分である。また、正極活物質の総質量に対するCo3O4 の比率が5質量%を超える場合、電池を高温下に放置した際に正極と電解液との反応等によりガスが多量に発生し、電池が膨れるとともに、電池の容量が著しく低下する。
In the present invention, since the ratio of Co 3 O 4 to the total mass of the positive electrode active material is 0.1% by mass or more and 5% by mass or less, the charge / discharge cycle characteristics of the positive electrode are good and the battery is left at high temperature. The characteristics are also good.
When the ratio of Co 3 O 4 to the total mass of the positive electrode active material is less than 0.1% by mass, the charge / discharge cycle characteristics are not sufficiently improved. Further, when the ratio of Co 3 O 4 to the total mass of the positive electrode active material exceeds 5% by mass, a large amount of gas is generated due to the reaction between the positive electrode and the electrolyte when the battery is left at a high temperature, and the battery is As the battery swells, the battery capacity decreases significantly.
第1発明によれば、正極板のプレス加工性が良好であり、正極板及び電池を高密度化することが可能であり、正極の充放電サイクル特性が良好である。 According to the first invention, the press workability of the positive electrode plate is good, the positive electrode plate and the battery can be densified, and the charge / discharge cycle characteristics of the positive electrode are good.
第2発明によれば、正極の充放電サイクル特性が良好であり、しかも電池の高温放置特性が良好である。 According to the second invention, the charge / discharge cycle characteristics of the positive electrode are good, and the high-temperature storage characteristics of the battery are good.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
本発明の非水電解質二次電池の正極活物質は、リチウム化合物とコバルト化合物とを焼成してLiCoO2 を含み、D50%粒径が7μm以上である焼成物を得、得られた焼成物にCo3O4 を混合してなる。
リチウム化合物としては、例えばLi2 CO3 (炭酸リチウム)、水酸化リチウム、硝酸リチウム等が挙げられる。コバルト化合物としては、例えばCo3O4 (酸化コバルト)、水酸化コバルト、炭酸コバルト、硝酸コバルト等が挙げられる。リチウム化合物としてはLi2 CO3、コバルト化合物としては、Co3 O4 が好ましい。
正極活物質は、微量成分として、例えば、Mg、Al、Ca、Mn、Fe、Ni、Zn、Zr、Sr、Na、F、S等の元素、並びにこれらの酸化物、水酸化物及び塩等を含んでもよい。正極活物質は、LiCoO2 と、Ni、Mn等の他の遷移金属化合物の単独、又はこれらの複合酸化物との混合物であってもよい。
そして、正極活物質粒子のBET比表面積及び粒度分布は、リチウム原料及びコバルト原料の粒子形状等の制御、リチウム原料とコバルト原料との混合比の調整、混合原料の造粒、又はLiCoO2 の焼成条件、他元素の添加等によって制御することが出来る。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
The positive electrode active material of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is obtained by firing a lithium compound and a cobalt compound to obtain a fired product containing LiCoO 2 and having a D50% particle size of 7 μm or more. Co 3 O 4 is mixed.
Examples of the lithium compound include Li 2 CO 3 (lithium carbonate), lithium hydroxide, lithium nitrate and the like. Examples of the cobalt compound include Co 3 O 4 (cobalt oxide), cobalt hydroxide, cobalt carbonate, and cobalt nitrate. Li 2 CO 3 is preferred as the lithium compound, and Co 3 O 4 is preferred as the cobalt compound.
The positive electrode active material includes, for example, elements such as Mg, Al, Ca, Mn, Fe, Ni, Zn, Zr, Sr, Na, F, and S, and oxides, hydroxides, and salts thereof as trace components. May be included. The positive electrode active material may be a mixture of LiCoO 2 and another transition metal compound such as Ni or Mn alone or a composite oxide thereof.
The BET specific surface area and particle size distribution of the positive electrode active material particles are controlled by controlling the particle shape of the lithium raw material and the cobalt raw material, adjusting the mixing ratio of the lithium raw material and the cobalt raw material, granulating the mixed raw material, or firing LiCoO 2 . It can be controlled by the conditions and addition of other elements.
Co3 O4 を混合した後の正極活物質の総質量に対するCo3 O4 の比率は、0.1質量%以上、5質量%以下であるのが好ましい。
正極板は、正極活物質、導電剤及びバインダからなる正極合剤の層をAl等の金属集電体上に形成することにより作製される。
The ratio of Co 3 O 4 Co 3 O 4 to the total weight of the positive electrode active material was mixed with 0.1 wt% or more, preferably 5 mass% or less.
The positive electrode plate is produced by forming a layer of a positive electrode mixture composed of a positive electrode active material, a conductive agent and a binder on a metal current collector such as Al.
本発明の非水電解質二次電池の負極活物質としては、例えば、Al、Si、Pb、Sn、Zn、Cd等とLiとの合金、LiFe2 O3 、WO2 、MoO2等の遷移金属酸化物、グラファイト、カーボン等の炭素材料、Li3 (Li3 N)等の窒化リチウム、若しくは金属リチウム箔、又は、これらの混合物が用いられ得る。粒状の炭素材料を用いる場合には、例えば、負極活物質及びバインダからなる負極合剤の層を銅等の金属集電体上に形成することで、負極板が作製される。前記炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛(MCMB又はMCF等のメソフェーズ系黒鉛)を用いることが好ましく、メソフェーズ系黒鉛(MCMB又はMCF)を用いることがさらに好ましい。また、天然黒鉛の表面の一部又は全部を、天然黒鉛よりも結晶性が低い低結晶性炭素で被覆したものを用いてもよい。 Examples of the negative electrode active material of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention include alloys of Li, Al, Si, Pb, Sn, Zn, Cd, and the like, and transition metals such as LiFe 2 O 3 , WO 2 , and MoO 2. A carbon material such as oxide, graphite, or carbon, lithium nitride such as Li 3 (Li 3 N), metal lithium foil, or a mixture thereof can be used. In the case of using a granular carbon material, for example, a negative electrode plate is produced by forming a layer of a negative electrode mixture composed of a negative electrode active material and a binder on a metal current collector such as copper. As the carbon material, natural graphite or artificial graphite (mesophase graphite such as MCMB or MCF) is preferably used, and mesophase graphite (MCMB or MCF) is more preferably used. Moreover, you may use what coat | covered the part or all of the surface of natural graphite with the low crystalline carbon whose crystallinity is lower than natural graphite.
非水電解質の溶媒としては、例えばエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、3−メチル−1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート等の非水溶媒が挙げられ、これらを単独、又は混合して使用することが出来る。また、適宜、ビフェニル、シクロヘキシルベンゼン等の重合剤等の添加剤を、適量含有したものでもよい。 Examples of the nonaqueous electrolyte solvent include ethylene carbonate, vinylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, trifluoropropylene carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2 Non-aqueous solvents such as methyltetrahydrofuran, 3-methyl-1,3-dioxolane, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl propyl carbonate These can be used alone or in combination. In addition, it may appropriately contain an appropriate amount of an additive such as a polymerization agent such as biphenyl or cyclohexylbenzene.
非水電解質は、これらの非水溶媒に支持塩を溶解して使用する。支持塩として、LiClO4 、LiPF6 、LiBF4 、LiAsF6、LiCF3 CO2 、LiCF3 SO3 、LiCF3CF2 SO3 、LiCF3 CF2 CF2 SO3、LiN(SO2 CF3 )2 、LiN(SO2 CF2CF3 )2 、LiN(COCF3 )2 、LiN(COCF2CF3 )2 、LiPF3 (CF2 CF3 )3、LiFOB(リチウムジフルオロオキサラートボレート)、及びLiBOB(リチウムビスオキサラートボレート)等の塩、若しくはこれらの混合物を使用することが出来る。 The nonaqueous electrolyte is used by dissolving the supporting salt in these nonaqueous solvents. As supporting salts, LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 CO 2 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CF 2 SO 3 , LiCF 3 CF 2 CF 2 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 , LiN (COCF 3 ) 2 , LiN (COCF 2 CF 3 ) 2 , LiPF 3 (CF 2 CF 3 ) 3 , LiFOB (lithium difluorooxalate borate), and LiBOB ( A salt such as lithium bisoxalate borate) or a mixture thereof can be used.
本発明の非水電解質二次電池は、通常、その構成として正極、負極及びセパレータと非水電解質との組み合わせからなるが、セパレータとしては、多孔性ポリオレフィン膜や多孔性ポリ塩化ビニル膜等の多孔性ポリマー膜、若しくは、リチウムイオン又はイオン導電性ポリマー電解質膜を、単独、又は組み合わせて使用することが出来る。
また、電池の形状は、特に限定されるものではなく、本発明は、角形、円筒形、長円筒形、コイン形、ボタン形、シート形電池等の様々な形状の非水電解質二次電池に適用可能である。
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is usually composed of a combination of a positive electrode, a negative electrode, and a separator and a non-aqueous electrolyte as its configuration. As the separator, porous separators such as a porous polyolefin film and a porous polyvinyl chloride film are used. The conductive polymer film, or the lithium ion or ion conductive polymer electrolyte film can be used alone or in combination.
In addition, the shape of the battery is not particularly limited, and the present invention is applicable to non-aqueous electrolyte secondary batteries having various shapes such as a square, cylindrical, long cylindrical, coin, button, and sheet batteries. Applicable.
以下に好適な実施例を用いて本発明を説明するが、本実施例に記載した正極、負極、電解液、セパレータ及び電池の作製方法は一例であり、本発明は、本実施例により、何ら限定されるものではなく、その主旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することが出来る。
(実施例1)
図1は、本発明に係る角型の非水電解質二次電池の概略断面図であり、図中、1が非水電解質二次電池である。非水電解質二次電池1は、銅集電体に負極合剤を塗布してなる負極板3、及びAl集電体に正極合剤を塗布してなる正極板4がセパレータ5を介して巻回された扁平巻状電極群(電極エレメント)2と、非水電解液とを電池ケース6に収納してなる、幅30mm、高さ48mm、厚さ4.2mmのものである。電池ケース6には、安全弁8及び負極端子9を備えた電池蓋7がレーザー溶接によって取り付けられている。また、負極端子9は負極リード10を介して負極板3と接続され、正極板4は電池ケース6の側壁内面と接触して電気的に接続されている。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to preferred examples. However, the positive electrode, the negative electrode, the electrolytic solution, the separator, and the battery manufacturing method described in this example are examples, and the present invention is not limited to this example. The present invention is not limited, and can be implemented with appropriate modifications within a range not changing the gist thereof.
Example 1
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a rectangular nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, in which 1 is a nonaqueous electrolyte secondary battery. The non-aqueous electrolyte
正極活物質は、Li2 CO3 とCo3 O4 とを、LiとCoとのモル比が1.03:1.00(Li/Co仕込比=1.03)となるように混合したのちに、900℃で10時間焼成してLiCoO2を得、これに正極活物質の総質量に対するCo3 O4 の比率が0.08質量%となるようにCo3O4 を混合して得た。 The positive electrode active material was prepared by mixing Li 2 CO 3 and Co 3 O 4 so that the molar ratio of Li to Co was 1.03: 1.00 (Li / Co feed ratio = 1.03). Then, LiCoO 2 was obtained by firing at 900 ° C. for 10 hours, and this was obtained by mixing Co 3 O 4 so that the ratio of Co 3 O 4 to the total mass of the positive electrode active material was 0.08% by mass. .
得られた正極活物質、導電剤となるアセチレンブラック(AB)、及びバインダとなるポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、質量比で96:2:2となるように混合して正極合剤を得、これに溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量加えて攪拌することで、正極ペーストを得た。
正極板4は、前記正極ペーストを、NMPを除いた正極合剤の質量が片面につき0.025g/cm2 となるように、ドクターブレードを用いて、厚み15μmのAl箔集電体の両面に塗布し、乾燥させ、続いて、全体の厚みが175μmとなるように、室温下でプレスを行い、作製した。このプレスに要した回数を下記の表1に示す。
The obtained positive electrode active material, acetylene black (AB) serving as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride (PVDF) serving as a binder are mixed in a mass ratio of 96: 2: 2 to obtain a positive electrode mixture. A proper amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent was added thereto and stirred to obtain a positive electrode paste.
The
負極活物質としてのグラファイト(黒鉛)と、バインダとなるPVDFとを質量比で90:10となるように混合して負極合剤を得、これにNMPを適量加えて攪拌することで、負極ペーストを得た。
負極板3は、前記負極ペーストを、NMPを除いた負極合剤の質量が片面につき0.012g/cm2 となるように、ドクターブレードを用いて、厚み10μmの銅箔集電体の両面に塗布し、乾燥させ、続いて、全体の厚みが175μmとなるように、室温下でプレスを行い、作製した。
Graphite (graphite) as a negative electrode active material and PVDF as a binder are mixed so as to have a mass ratio of 90:10 to obtain a negative electrode mixture. Got.
The
セパレータ5としては、ポリエチレン製の微多孔膜を用いた。電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを体積比3:7で混合した溶媒に、LiPF6 を1mol/L溶解させたものを用いた。
As the
前記正極板4、負極板3、セパレータ5及び電解液を用いて、非水電解質二次電池1を作製した。
また、前記正極板4を、長辺が25mm、短辺が20mmとなる四角形状に切り出し、この四角形の長辺の端部から5mmまでの部分の正極合剤を剥離してAl箔を露出させ、この部分にSUS製のリードを取り付け、後述する正極の充放電試験用のビーカーセルの正極板を作製した。
そして、金属Li箔を1辺が30mmとなる正方形状に切り出し、これにSUS製のリードを取り付け、前記試験用のビーカーセルの負極板を作製した。
Ar雰囲気中にて、前記電解液を入れたビーカーの中に、前記正極板を入れ、この正極板の両面に対向する位置に、前記負極板を入れ、ビーカーセルを作製した。
A nonaqueous electrolyte
Further, the
Then, a metal Li foil was cut into a square shape with one side of 30 mm, and a SUS lead was attached to the metal Li foil to prepare a negative electrode plate for the test beaker cell.
In an Ar atmosphere, the positive electrode plate was placed in a beaker containing the electrolytic solution, and the negative electrode plate was placed at a position facing both surfaces of the positive electrode plate to prepare a beaker cell.
(実施例2〜12)
焼成後にCo3 O4 を混合して得られる正極活物質の総質量に対するCo3 O4 の質量%を表1に示す値となるように変更したこと以外は、実施例1と同様にして電池及びビーカーセルを作製した。
(Examples 2 to 12)
The battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mass% of Co 3 O 4 relative to the total mass of the positive electrode active material obtained by mixing Co 3 O 4 after firing was changed to the value shown in Table 1. And a beaker cell was prepared.
(実施例13〜15)
LiCoO2 の焼成時のLi/Co仕込比を表1に示す値となるように変更したこと以外は、実施例3と同様にして電池及びビーカーセルを作製した。
(Examples 13 to 15)
A battery and a beaker cell were produced in the same manner as in Example 3 except that the Li / Co charge ratio during firing of LiCoO 2 was changed to the value shown in Table 1.
(比較例1〜8)
LiCoO2 の焼成時のLi/Co仕込比を表2に示す値となるように変更し、焼成後にCo3 O4 を混合しなかったこと以外は、実施例1と同様にして電池及びビーカーセルを作製した。
(Comparative Examples 1-8)
The battery and beaker cell were the same as in Example 1 except that the Li / Co charge ratio during firing of LiCoO 2 was changed to the value shown in Table 2, and that Co 3 O 4 was not mixed after firing. Was made.
(比較例9)
焼成後にCo3 O4 を混合しなかったこと以外は、実施例1と同様にして電池及びビーカーセルを作製した。
(Comparative Example 9)
A battery and a beaker cell were produced in the same manner as in Example 1 except that Co 3 O 4 was not mixed after firing.
(比較例10)
LiCoO2 の焼成時のLi/Co仕込比を1.000に変更し、焼成後にCo3 O4 を混合して得られる正極活物質の総質量に対するCo3O4 の質量%を0.25質量%に変更したこと以外は、実施例1と同様にして電池及びビーカーセルを作製した。
(Comparative Example 10)
The Li / Co charge ratio during firing of LiCoO 2 was changed to 1.000, and the mass percentage of Co 3 O 4 with respect to the total mass of the positive electrode active material obtained by mixing Co 3 O 4 after firing was 0.25 mass A battery and a beaker cell were produced in the same manner as in Example 1 except that the percentage was changed to%.
前記実施例及び比較例のビーカーセルについて、以下の正極の初期充放電容量確認試験及び充放電サイクル試験を行い、正極の充放電サイクル特性の評価を行った。
(初期充放電容量確認試験)
初期充放電容量確認試験は、各実施例及び比較例のビーカーセルにつき、電流10mA(1mA/cm2 )で、充電として、電圧4.3Vまでの定電流充電を行い、放電として、電圧3.0Vまでの定電流放電を行い、初期の充放電量を測定するものである。得られた充放電量を正極活物質の質量で除し、正極活物質の質量当たりの初期の充電量及び放電量の値を得た。この試験結果を表1及び2に示す。
(充放電サイクル試験)
充放電サイクル試験は、各実施例及び比較例のビーカーセルにつき、前記初期充放電容量確認試験と同様の条件で50サイクルの充放電を行い、50サイクル目の放電容量を50サイクル後の放電容量として測定するものである。この50サイクル後の放電容量を初期放電容量で除した値を充放電サイクル試験における容量保持率とした。この試験結果を表1及び2に示す。
About the beaker cell of the said Example and the comparative example, the following initial stage charging / discharging capacity | capacitance confirmation test and charging / discharging cycle test were done, and the charging / discharging cycle characteristic of the positive electrode was evaluated.
(Initial charge / discharge capacity confirmation test)
In the initial charge / discharge capacity confirmation test, the beaker cells of the examples and comparative examples were charged at a current of 10 mA (1 mA / cm 2 ) at a constant current of up to 4.3 V as a charge, and discharged at a voltage of 3. A constant current discharge up to 0V is performed, and the initial charge / discharge amount is measured. The obtained charge / discharge amount was divided by the mass of the positive electrode active material to obtain values of an initial charge amount and a discharge amount per mass of the positive electrode active material. The test results are shown in Tables 1 and 2.
(Charge / discharge cycle test)
In the charge / discharge cycle test, for each beaker cell of each example and comparative example, 50 cycles of charge / discharge were performed under the same conditions as the initial charge / discharge capacity confirmation test, and the discharge capacity at the 50th cycle was the discharge capacity after 50 cycles. Is to be measured. The value obtained by dividing the discharge capacity after 50 cycles by the initial discharge capacity was defined as the capacity retention rate in the charge / discharge cycle test. The test results are shown in Tables 1 and 2.
前記実施例及び比較例の電池について、以下の高温放置特性の評価を行った。
各実施例及び比較例の電池につき、室温20℃の雰囲気下、充電電流600mA、充電電圧4.20Vの定電流・定電圧で2.5時間充電した後、放電電流600mA、終止電圧2.75Vの条件で放電を行い、放電容量を測定し、これを初期容量とした。また、放電後の電池の厚みを測定し、これを初期厚みとした。
前記電池を前記と同様の条件にて再度充電した後、100℃の雰囲気下、1時間放置した。その後、前記電池を室温にて10時間冷却し、電池の厚みを測定した。この電池の厚みと初期厚みとの差を高温放置後の電池の膨れ量とした。その後、前記電池を前記と同様の条件にて放電し、得られた放電容量を初期容量で除して、高温放置試験における容量保持率とした。この結果を表1及び2に示す。
The batteries of Examples and Comparative Examples were evaluated for the following high temperature storage characteristics.
The batteries of the examples and comparative examples were charged for 2.5 hours at a constant current and a constant voltage of a charging current of 600 mA and a charging voltage of 4.20 V in an atmosphere at a room temperature of 20 ° C., and then a discharging current of 600 mA and a final voltage of 2.75 V. Discharge was performed under the conditions described above, and the discharge capacity was measured. Moreover, the thickness of the battery after discharge was measured, and this was used as the initial thickness.
The battery was charged again under the same conditions as described above, and then allowed to stand for 1 hour in an atmosphere at 100 ° C. Thereafter, the battery was cooled at room temperature for 10 hours, and the thickness of the battery was measured. The difference between the thickness of the battery and the initial thickness was defined as the amount of swelling of the battery after being left at high temperature. Thereafter, the battery was discharged under the same conditions as described above, and the obtained discharge capacity was divided by the initial capacity to obtain a capacity retention rate in a high temperature standing test. The results are shown in Tables 1 and 2.
LiCoO2 の焼成時のLi/Co仕込比が1.00以下である比較例1〜5及び10の正極活物質は、Li/Co仕込比がLiCoO2の反応量論比と等しく、又は反応量論比より小さいので、未反応のCo3 O4 を含む。この比較例1〜5及び10の正極活物質のD50%粒径は7μm未満であり、Li/Co仕込比を1.00より大きくした比較例6〜9の正極活物質のD50%粒径7.2〜8.6μmよりも小さい。これは、過剰なLi2CO3 を含有しないために、焼成時にLi2 CO3 が溶融することによってCo3O4 との反応性が高くなる作用や、LiCoO2 粒子同士の焼結反応が促進されて、LiCoO2粒子が大きくなる作用が生じにくかったためであると考えられる。
この比較例1〜5及び10の正極板を所定の厚みにプレスする際、表2に示したように、2回のプレス加工が必要であり、生産性が著しく劣っていた。これは、比較例1〜5及び10においては、正極活物質の粒径が小さいために、その充填性が低かったためと考えられる。D50%粒径が7μm以上である実施例1〜15、及び比較例6〜9の場合、1回のプレス加工で正極板を所定の厚みにすることが出来、生産性が良好であることが分かる。以上より、D50%粒径が7μm以上であるLiCoO2を得ることで、正極板のプレス加工性が良好になり、正極板及び電池を高密度化することが可能になることが分かる。
In the positive electrode active materials of Comparative Examples 1 to 5 and 10 in which the Li / Co charge ratio during firing of LiCoO 2 is 1.00 or less, the Li / Co charge ratio is equal to the stoichiometric ratio of LiCoO 2 or the reaction amount Since it is smaller than the theoretical ratio, unreacted Co 3 O 4 is included. The positive electrode active materials of Comparative Examples 1 to 5 and 10 have a D50% particle size of less than 7 μm, and the positive electrode active materials of Comparative Examples 6 to 9 having a Li / Co feed ratio greater than 1.00 have a D50% particle size of 7 Smaller than 2 to 8.6 μm. This is because it does not contain excessive Li 2 CO 3 , so that Li 2 CO 3 is melted during firing, thereby increasing the reactivity with Co 3 O 4 and promoting the sintering reaction between LiCoO 2 particles. This is considered to be because the effect of increasing the LiCoO 2 particles was difficult to occur.
When the positive plates of Comparative Examples 1 to 5 and 10 were pressed to a predetermined thickness, as shown in Table 2, two press processes were required, and the productivity was remarkably inferior. This is presumably because, in Comparative Examples 1 to 5 and 10, since the particle size of the positive electrode active material was small, the filling property was low. In the case of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 6 to 9 in which the D50% particle size is 7 μm or more, the positive electrode plate can be made to have a predetermined thickness by one press work, and the productivity should be good. I understand. From the above, it can be seen that by obtaining LiCoO 2 having a D50% particle size of 7 μm or more, the press workability of the positive electrode plate is improved, and the positive electrode plate and the battery can be densified.
比較例6、7、8及び9は、上述したように、正極板のプレス加工性は良好であるが、Li/Co仕込比がそれぞれ同一である実施例13、14、15及び3と比較すると、正極の50サイクル後の放電容量が、実施例が122mAh/g前後であるのに対し、40mAh/g前後であり、極めて小さい。従って、正極の50サイクル後の容量保持率が、実施例が81%を超えるのに対し、26〜27%であり、著しく劣っている。実施例においては、LiCoO2 の焼成後にCo3 O4 を混合しているので、電池の充電時に、LiCoO2より反応性が高いCo3 O4 が分解するので、LiCoO2 の劣化が抑制されると考えられる。以上より、D50%粒径が7μm以上であるLiCoO2を得た後に、Co3 O4 を混合することで、充放電サイクル特性が良好になることが分かる。 As described above, Comparative Examples 6, 7, 8 and 9 have good press workability of the positive electrode plate, but compared with Examples 13, 14, 15 and 3 in which the Li / Co feed ratio is the same. The discharge capacity after 50 cycles of the positive electrode is extremely small, being around 40 mAh / g, compared with around 122 mAh / g in the examples. Accordingly, the capacity retention after 50 cycles of the positive electrode is 26% to 27%, which is significantly inferior to the example exceeding 81%. In the embodiment, since the mixed Co 3 O 4 after firing of LiCoO 2, during charging of the battery, since the Co 3 O 4 is more reactive than LiCoO 2 is decomposed, the deterioration of the LiCoO 2 is suppressed it is conceivable that. From the above, it can be seen that charge / discharge cycle characteristics are improved by mixing Co 3 O 4 after obtaining LiCoO 2 having a D50% particle size of 7 μm or more.
実施例1〜12は、Li/Co仕込比を1.030と同一にして、焼成後の正極活物質のCo3 O4 の含有量を変えているが、Co3O4 の含有量が大きくなるのに従い、正極の50サイクル後の放電容量が大きくなり、容量保持率が大きくなっている。Co3O4 の含有量が0.08質量%である実施例1の場合、実施例2〜12の場合の容量保持率が81%以上であるのに対し、60%であり、充放電サイクル特性が不十分である。Co3O4 の含有量が大きくなるのに従い、容量保持率は向上するが、高温放置後の電池の膨れ量が大きくなり、高温放置後の容量保持率が低下している。特に実施例12の容量保持率は1.4%であり、著しく劣っている。電池の膨れ量が大きくなる原因としては、LiCoO2よりも反応性が高いと考えられるCo3 O4 の含有量が多くなると、高温環境下において、電解液が分解し、ガスが発生するためと考えられる。そして、容量保持率が著しく低下する原因としては、電池の大きな膨れのために正極板と負極板との間隔が広くなることによる充放電時の抵抗の増加、又はセパレータの劣化、及び電解液量の不足等が生じ、電池として機能し得ない不可逆の劣化が生じたことが考えられる。以上より、充放電サイクル特性及び電池の高温放置特性を良好にするためには、正極活物質中のCo3O4 の含有量を0.1質量%以上、5質量%以下にするのが好ましいことが分かる。電池の膨れを抑制するためには、Co3O4 の含有量の上限は3.00%以下であるのが、より好ましく、1.00質量%以下であるのが、さらに好ましい。 In Examples 1 to 12, the Li / Co feed ratio was made the same as 1.030, and the content of Co 3 O 4 of the positive electrode active material after firing was changed, but the content of Co 3 O 4 was large. Accordingly, the discharge capacity after 50 cycles of the positive electrode is increased, and the capacity retention rate is increased. In the case of Example 1 in which the content of Co 3 O 4 is 0.08 mass%, the capacity retention in Examples 2 to 12 is 81% or more, whereas it is 60%, and the charge / discharge cycle Insufficient characteristics. As the content of Co 3 O 4 increases, the capacity retention increases, but the amount of swelling of the battery after leaving at high temperature increases, and the capacity retention after leaving at high temperature decreases. In particular, the capacity retention of Example 12 is 1.4%, which is extremely inferior. The reason why the amount of swelling of the battery becomes large is that when the content of Co 3 O 4 which is considered to be higher than LiCoO 2 is increased, the electrolyte is decomposed and gas is generated in a high temperature environment. Conceivable. The reason for the significant decrease in capacity retention is the increase in resistance at the time of charge / discharge due to the wide gap between the positive electrode plate and the negative electrode plate due to the large swelling of the battery, or the deterioration of the separator, and the amount of electrolyte It is conceivable that irreversible deterioration that could not function as a battery occurred. From the above, in order to improve the charge / discharge cycle characteristics and the high-temperature storage characteristics of the battery, the content of Co 3 O 4 in the positive electrode active material is preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass or less. I understand that. In order to suppress the swelling of the battery, the upper limit of the content of Co 3 O 4 is more preferably 3.00% or less, and further preferably 1.00% by mass or less.
以上のように、D50%粒径が7μm以上であるLiCoO2 を焼成した後に、Co3 O4を混合した正極活物質を用いることにより、正極板のプレス加工性が良好であり、容易に正極板の高密度化を実現することが出来、正極の充放電サイクル特性に優れた非水電解質二次電池を得ることが出来る。そして、正極活物質の焼成後に、混合後の正極活物質の総質量に対するCo3O4 の比率が0.1質量%以上、5質量%以下となるように、Co3 O4 を混合することで、電池の高温放置特性の低下も抑制される。 As described above, after firing LiCoO 2 having a D50% particle size of 7 μm or more, by using a positive electrode active material mixed with Co 3 O 4 , the press workability of the positive electrode plate is good, and the positive electrode is easily High density of the plate can be realized, and a nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in charge / discharge cycle characteristics of the positive electrode can be obtained. Then, after firing the positive electrode active material, Co 3 O 4 is mixed so that the ratio of Co 3 O 4 to the total mass of the positive electrode active material after mixing is 0.1 mass% or more and 5 mass% or less. Thus, the deterioration of the high temperature storage characteristics of the battery is also suppressed.
1 非水電解質二次電池
2 扁平巻状電極群
3 負極板
4 正極板
5 セパレータ
6 電池ケース
7 電池蓋
8 安全弁
9 負極端子
10 負極リード
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記正極活物質は、焼成により、LiCoO2 を含み、体積基準によるD50%粒径が7μm以上である焼成物を得、得られた焼成物にCo3 O4 を混合してなることを特徴とする非水電解質二次電池。 In a non-aqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material containing LiCoO 2 obtained by firing a lithium compound and a cobalt compound,
The positive electrode active material is obtained by firing to obtain a fired product containing LiCoO 2 and having a D50% particle size on a volume basis of 7 μm or more, and mixing the obtained fired product with Co 3 O 4. Non-aqueous electrolyte secondary battery.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006021145A JP2007200827A (en) | 2006-01-30 | 2006-01-30 | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006021145A JP2007200827A (en) | 2006-01-30 | 2006-01-30 | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007200827A true JP2007200827A (en) | 2007-08-09 |
Family
ID=38455210
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006021145A Pending JP2007200827A (en) | 2006-01-30 | 2006-01-30 | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007200827A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021195906A1 (en) * | 2020-03-31 | 2021-10-07 | 东莞新能安科技有限公司 | Electrochemical apparatus and electronic apparatus using electrochemical apparatus |
CN114242935A (en) * | 2021-12-16 | 2022-03-25 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | Electrode assembly and application thereof |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001273903A (en) * | 2000-03-28 | 2001-10-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Lithium secondary battery |
JP2004196603A (en) * | 2002-12-19 | 2004-07-15 | Nippon Chem Ind Co Ltd | Lithium cobaltate, its preparation method, and non-aqueous electrolyte secondary battery |
JP2005235764A (en) * | 2004-02-17 | 2005-09-02 | Samsung Sdi Co Ltd | Lithium secondary cell positive electrode activator, and manufacturing method of the same |
-
2006
- 2006-01-30 JP JP2006021145A patent/JP2007200827A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001273903A (en) * | 2000-03-28 | 2001-10-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Lithium secondary battery |
JP2004196603A (en) * | 2002-12-19 | 2004-07-15 | Nippon Chem Ind Co Ltd | Lithium cobaltate, its preparation method, and non-aqueous electrolyte secondary battery |
JP2005235764A (en) * | 2004-02-17 | 2005-09-02 | Samsung Sdi Co Ltd | Lithium secondary cell positive electrode activator, and manufacturing method of the same |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021195906A1 (en) * | 2020-03-31 | 2021-10-07 | 东莞新能安科技有限公司 | Electrochemical apparatus and electronic apparatus using electrochemical apparatus |
CN114242935A (en) * | 2021-12-16 | 2022-03-25 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | Electrode assembly and application thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102425513B1 (en) | Lithium secondary battery | |
JP7157252B2 (en) | Positive electrode additive for lithium secondary battery, manufacturing method thereof, positive electrode for lithium secondary battery containing same, and lithium secondary battery containing same | |
JP5325888B2 (en) | Electrode active material, electrode for non-aqueous secondary battery and non-aqueous secondary battery | |
JP5341837B2 (en) | Positive electrode, non-aqueous electrolyte battery and battery pack | |
JP5068459B2 (en) | Lithium secondary battery | |
JP5978014B2 (en) | Non-aqueous secondary battery | |
JP2012014851A (en) | Electrode for electrochemical element, and nonaqueous secondary battery | |
JP5224081B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP2011023335A (en) | Electrode for nonaqueous secondary battery and nonaqueous secondary battery | |
JP2008198620A (en) | Lithium secondary battery | |
JP2010073686A (en) | Electrode for electrochemical element and nonaqueous secondary battery | |
JP2007287630A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP2013118069A (en) | Lithium secondary battery | |
JP2009212021A (en) | Electrode for electrochemical element, nonaqueous secondary battery, and battery system | |
JP5793411B2 (en) | Lithium secondary battery | |
KR101655241B1 (en) | Manufacturing method of lithium manganese complex oxide coated with lithium polysilicate, lithium manganese complex oxide for lithium rechargeable batteries made by the same, and lithium rechargeable batteries comprising the same | |
JP2009087647A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP5181455B2 (en) | Cathode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing the same, and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same | |
KR102185125B1 (en) | Positive active material for rechargeable lithium battery, method of preparing same, and rechargeable lithium battery including same | |
JP6208584B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP2009266433A (en) | Positive electrode active substance for non-aqueous electrolyte secondary battery, its manufacturing method, and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same | |
JP2013080726A (en) | Positive electrode, nonaqueous electrolyte battery, and battery pack | |
JP2007200827A (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery | |
JP2014007016A (en) | Positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP7471738B2 (en) | Negative electrode active material, negative electrode containing the same, and secondary battery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080514 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20110405 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110520 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20110720 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110819 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110823 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120110 |