JP2007265849A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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鎬 昌原
Takao Inoue
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery capable of improving discharge capacity density, and of providing excellent cycle characteristic and load characteristic. <P>SOLUTION: For a positive electrode active material of a positive electrode 1, Li<SB>x</SB>Ti<SB>2</SB>(PO<SB>4</SB>)<SB>3</SB>(0≤x≤5) being a Nasicon type oxyacid lithium compound and having a crystalline system belonging to a space group R-3c is used. For a negative electrode 2, a material capable of storing and releasing lithium ions is used. In this nonaqueous electrolyte secondary battery, plateaus are respectively present, by lithium reference potential, in a region of 2.6 to 3 V, a region of 2.2 to 2.6 V, a region of 2.1 to 2.5, and a region not higher than 2V in discharging and charging. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、正極、負極および非水電解質からなる非水電解質二次電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte.

現在、高エネルギー密度の二次電池として、非水電解質を使用し、リチウムイオンを正極と負極との間で移動させて充放電を行うようにした非水電解質二次電池が利用されている。   Currently, non-aqueous electrolyte secondary batteries that use a non-aqueous electrolyte and charge and discharge by moving lithium ions between a positive electrode and a negative electrode are used as secondary batteries with high energy density.

このような非水電解質二次電池において、一般に正極としてコバルト酸リチウム(LiCoO2 )等のリチウム遷移金属複合酸化物が用いられ、負極としてリチウムの吸蔵および放出が可能な炭素材料、リチウム金属、リチウム合金等が用いられている。また、非水電解質として、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート等の有機溶媒に四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )等のリチウム塩を溶解させたものが使用されている。 In such a non-aqueous electrolyte secondary battery, a lithium transition metal composite oxide such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ) is generally used as the positive electrode, and a carbon material capable of occluding and releasing lithium as the negative electrode, lithium metal, lithium An alloy or the like is used. In addition, a non-aqueous electrolyte in which a lithium salt such as lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) or lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is dissolved in an organic solvent such as ethylene carbonate or diethyl carbonate is used. ing.

上記のような非水電解質二次電池において、正極としてコバルト酸リチウム(LiCoO2 )を用いる場合、コバルト(Co)は埋蔵量が限られており、希少な資源であるため、生産コストが高くなる。また、充電時に、通常の使用状態では考えられない高温になると、正極中の酸素が放出されて、電解質との反応が大きくなり熱安定性が低くなるという課題がある。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery as described above, when lithium cobaltate (LiCoO 2 ) is used as the positive electrode, cobalt (Co) has limited reserves and is a scarce resource, which increases production costs. . Moreover, when the temperature becomes high at the time of charging which cannot be considered in a normal use state, oxygen in the positive electrode is released, and the reaction with the electrolyte is increased, resulting in a problem that the thermal stability is lowered.

このため、コバルト酸リチウム(LiCoO2 )に代わる正極材料としてマンガン酸リチウム(LiMn2 4 )、ニッケル酸リチウム(LiNiO2 )等の利用が検討されている。 For this reason, utilization of lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), etc. as a positive electrode material replacing lithium cobaltate (LiCoO 2 ) has been studied.

しかし、マンガン酸リチウム(LiMn2 4 )を正極材料として使用する場合、十分な放電容量が期待できず、また電池が高温になるとマンガン(Mn)が溶解する等の課題が生じる。一方、ニッケル酸リチウム(LiNiO2 )を正極材料として使用する場合、放電電圧が低くなる等の課題が生じる。 However, when lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) is used as the positive electrode material, a sufficient discharge capacity cannot be expected, and problems such as dissolution of manganese (Mn) occur when the battery becomes hot. On the other hand, when lithium nickelate (LiNiO 2 ) is used as the positive electrode material, problems such as a low discharge voltage arise.

そこで、近年では、ナシコン型酸素酸リチウム化合物およびオリビン型酸素酸リチウム化合物がコバルト酸リチウム(LiCoO2 )に代わる正極材料として注目されている。 Therefore, in recent years, a nasicon-type lithium oxyacid compound and an olivine-type lithium oxyacid compound have attracted attention as positive electrode materials that replace lithium cobaltate (LiCoO 2 ).

特に、ナシコン型酸素酸リチウム化合物は、理論容量密度が高い。例えば、Li3 2 (PO4 3 の理論容量密度は190mAh/gである。そのため、ナシコン型酸素酸リチウム化合物を用いた場合には、理論上は、高い放電容量密度を得ることが可能となる。また、ナシコン型酸素酸リチウム化合物は、その構造から、急速な充電および放電を行ったとしても、電池容量密度の低下を抑制することができると考えられている。 In particular, the NASICON lithium oxyacid compound has a high theoretical capacity density. For example, the theoretical capacity density of Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 is 190 mAh / g. Therefore, when a NASICON type lithium oxyacid compound is used, it is theoretically possible to obtain a high discharge capacity density. In addition, it is believed that the NASICON type lithium oxyacid compound can suppress a decrease in battery capacity density even if rapid charging and discharging are performed due to its structure.

例えば特許文献1には、ナシコン型酸素酸リチウム化合物であるLi3 2 (PO4 3 を正極活物質として用いたリチウム電池が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a lithium battery using Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 which is a NASICON type lithium oxyacid compound as a positive electrode active material.

特許文献1によれば、Li3 2 (PO4 3 はリチウムイオンの可逆的な挿入脱離が可能であり、充電時には、リチウムイオンの脱離とともにLi3 III 2 (PO4 3 がLi2 IVIII (PO4 3 、LiVIV 2 (PO4 3 、およびVV IV(PO4 3 へと順次変化し、Li3 2 (PO4 3 内の全てのリチウムイオンを脱インターカレーションすることができる。なお、上記の上付き文字III〜Vはバナジウム(V)の価数を示す。 According to Patent Document 1, Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 can reversibly insert and desorb lithium ions, and at the time of charging, Li 3 V III 2 (PO 4 ) 3 with lithium ion desorption. Sequentially changes to Li 2 V IV V III (PO 4 ) 3 , LiV IV 2 (PO 4 ) 3 , and V V V IV (PO 4 ) 3 , and everything in Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 Of lithium ions can be deintercalated. The superscripts III to V above indicate the valence of vanadium (V).

このように、Li3 2 (PO4 3 の充電においては、リチウムの脱離とともにバナジウムの価数が上がるように反応が進む。 Thus, in the charging of Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , the reaction proceeds so that the valence of vanadium increases with the elimination of lithium.

一方、特許文献2には、Lin 2 (XO4 3 (0≦n≦3、M:Fe、Ti、Ni、F、NbおよびMnから選択される1種以上の金属元素、X:P、S、M、Mo、WまたはAs)で表されるナシコン型化合物を含む正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池が開示されている。 On the other hand, in Patent Document 2, Li n M 2 (XO 4 ) 3 (0 ≦ n ≦ 3, M: one or more metal elements selected from Fe, Ti, Ni, F, Nb and Mn, X: A lithium ion secondary battery using a positive electrode active material containing a NASICON compound represented by P, S, M, Mo, W or As) is disclosed.

この特許文献2には、酸化チタン、リン酸アンモニウムおよび炭酸リチウムを混合して加熱することによりLiTi2 (PO4 3 を合成し、そのLiTi2 (PO4 3 を正極活物質として用いてリチウムイオン電池を製造した場合に、得られた電池の作動電圧が2.5Vであったことが記載されている。
特表2001−500665号公報 特開2002−56848号公報
In this Patent Document 2, LiTi 2 (PO 4 ) 3 is synthesized by mixing and heating titanium oxide, ammonium phosphate and lithium carbonate, and using the LiTi 2 (PO 4 ) 3 as a positive electrode active material. It is described that when a lithium ion battery was manufactured, the operating voltage of the obtained battery was 2.5V.
Special Table 2001-2001655 gazette JP 2002-56848 A

上記のように、特許文献2のリチウムイオン電池では、放電時の電位が2.5Vで一定であり、理想的な充放電反応が行われていないと推察される。   As described above, in the lithium ion battery of Patent Document 2, the potential during discharge is constant at 2.5 V, and it is assumed that an ideal charge / discharge reaction is not performed.

したがって、上記特許文献2のリチウムイオン電池では、ナシコン型酸素酸リチウム化合物における理論上の特性を得ることができず、放電容量密度およびサイクル特性を十分に向上させることができないと考えられる。   Therefore, in the lithium ion battery of Patent Document 2, it is considered that the theoretical characteristics of the NASICON lithium oxyacid compound cannot be obtained, and the discharge capacity density and the cycle characteristics cannot be sufficiently improved.

本発明の目的は、放電容量密度を向上させることが可能で、良好なサイクル特性および負荷特性を得ることができる非水電解質二次電池を提供することである。   An object of the present invention is to provide a nonaqueous electrolyte secondary battery capable of improving discharge capacity density and obtaining good cycle characteristics and load characteristics.

(1)本発明に係る非水電解質二次電池は、正極活物質を含む正極と、負極と、非水電解質とを備え、正極活物質は、空間群R−3cに帰属するLix Ti2 (PO4 3 を基本骨格とするナシコン型酸素酸リチウム化合物を含み、xは0以上5以下であるものである。 (1) A nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte, and the positive electrode active material is Li x Ti 2 belonging to the space group R-3c. It includes a NASICON lithium oxyacid compound having (PO 4 ) 3 as a basic skeleton, and x is 0 or more and 5 or less.

本発明に係る非水電解質二次電池においては、正極活物質が空間群R−3cに帰属するLix Ti2 (PO4 3 を基本骨格とするナシコン型酸素酸リチウム化合物を含むことにより、放電時に下記式(1)〜(4)の反応が起こり、充電時に下記式(1)〜(4)の逆の反応が起こると考えられる。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, the positive electrode active material contains a Nasicon-type lithium oxyacid compound having Li x Ti 2 (PO 4 ) 3 belonging to the space group R-3c as a basic skeleton, It is considered that reactions of the following formulas (1) to (4) occur during discharging, and reverse reactions of the following formulas (1) to (4) occur during charging.

LiTiIV 2 (PO4 3 +Li+ +e- → Li2 TiIV TiIII (PO4 3
・・・・(1)
Li2 TiIV TiIII (PO4 3 +Li+ +e- → Li3 TiIII 2 (PO4 3
・・・・(2)
Li3 TiIII 2 (PO4 3 +Li+ +e- → Li4 TiIII TiII(PO4 3
・・・・(3)
Li4 TiIII TiII (PO4 3 +Li+ +e- → Li5 TiII 2 (PO4 3
・・・・(4)
この場合、ナシコン型酸素酸リチウム化合物としての理論上の特性に近い特性を得ることが可能となる。したがって、放電容量密度を向上させることが可能になるとともに、良好なサイクル特性および負荷特性を得ることができる。
LiTi IV 2 (PO 4 ) 3 + Li + + e → Li 2 Ti IV Ti III (PO 4 ) 3
・ ・ ・ ・ (1)
Li 2 Ti IV Ti III (PO 4 ) 3 + Li + + e → Li 3 Ti III 2 (PO 4 ) 3
(2)
Li 3 Ti III 2 (PO 4 ) 3 + Li + + e → Li 4 Ti III Ti II (PO 4 ) 3
.... (3)
Li 4 Ti III Ti II (PO 4 ) 3 + Li + + e → Li 5 Ti II 2 (PO 4 ) 3
.... (4)
In this case, it is possible to obtain characteristics close to the theoretical characteristics as a NASICON type lithium oxyacid compound. Accordingly, it is possible to improve the discharge capacity density and obtain good cycle characteristics and load characteristics.

(2)放電時において第1、第2および第3のプラトーが形成され、充電時において第4、第5および第6のプラトーが形成され、第1および第4のプラトーは、リチウム基準電位で2.6V以上3V以下の領域にあり、第2および第5のプラトーは、リチウム基準電位で2.2V以上2.6V以下の領域にあり、第3および第6のプラトーは、リチウム基準電位で2.1V以上2.5V以下の領域にあり、第3のプラトーは第2のプラトーよりも低い電位に形成され、第2のプラトーは第1のプラトーよりも低い電位に形成され、第6のプラトーは第5のプラトーよりも低い電位に形成され、第5のプラトーは第4のプラトーよりも低い電位に形成されてもよい。   (2) First, second, and third plateaus are formed during discharging, and fourth, fifth, and sixth plateaus are formed during charging, and the first and fourth plateaus are at the lithium reference potential. The second and fifth plateaus are in the region of 2.2 V to 2.6 V at the lithium reference potential, and the third and sixth plateaus are in the lithium reference potential. The third plateau is formed at a lower potential than the second plateau, the second plateau is formed at a lower potential than the first plateau, and the sixth plateau The plateau may be formed at a lower potential than the fifth plateau, and the fifth plateau may be formed at a lower potential than the fourth plateau.

この場合、上記式(1)の反応およびその逆の反応がリチウム基準電位で2.6V以上3V以下の領域で起こり、式(2)の反応およびその逆の反応がリチウム基準電位で2.2V以上2.6V以下の領域で起こり、式(3)の反応およびその逆の反応がリチウム基準電位で2.1V以上2.5V以下の領域で起こると考えられる。その場合、ナシコン型酸素酸リチウム化合物の理論上の反応式に従って正極活物質の反応が進行すると考えられる。したがって、ナシコン型酸素酸リチウム化合物としての理論上の特性により近い特性を得ることが可能となる。   In this case, the reaction of the above formula (1) and the reverse reaction thereof occur in the region of 2.6 V to 3 V at the lithium reference potential, and the reaction of the formula (2) and the reverse reaction thereof are 2.2 V at the lithium reference potential. It is considered that the reaction occurs in the region of 2.6 V or less and the reaction of the formula (3) and the reverse reaction occur in the region of 2.1 V or more and 2.5 V or less at the lithium reference potential. In that case, it is considered that the reaction of the positive electrode active material proceeds according to the theoretical reaction formula of the NASICON type lithium oxyacid compound. Therefore, it is possible to obtain characteristics closer to the theoretical characteristics as a NASICON type lithium oxyacid compound.

(3)放電電流および充電電流が0.1Itである場合に、第1のプラトーと第4のプラトーとの電位差、第2のプラトーと第5のプラトーとの電位差、および第3のプラトーと第6のプラトーとの電位差がそれぞれ0.1V以内であってもよい。   (3) When the discharge current and the charging current are 0.1 It, the potential difference between the first plateau and the fourth plateau, the potential difference between the second plateau and the fifth plateau, and the third plateau and the first plateau The potential difference from the plateau 6 may be within 0.1V.

この場合、放電時におけるプラトーの電位と充電時におけるプラトーの電位とがほぼ等しくなるため、良好なサイクル特性を得ることができる。   In this case, the plateau potential at the time of discharging and the potential of the plateau at the time of charging are substantially equal, so that favorable cycle characteristics can be obtained.

(4)正極は、正極活物質、導電剤および結着剤を含む正極合剤と、集電体とを含み、正極合剤は集電体上に塗布され、集電体上に塗布された正極合剤の充填密度が1.4g/cm3 以上であってもよい。 (4) The positive electrode includes a positive electrode mixture including a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder, and a current collector, and the positive electrode mixture is applied onto the current collector and applied onto the current collector. The packing density of the positive electrode mixture may be 1.4 g / cm 3 or more.

この場合、集電体上に塗布された正極合剤の充填密度が1.4g/cm3 以上であることにより、正極合剤内の電子伝導性が向上される。したがって、正極の電子伝導性が十分に確保される。その結果、非水電解質二次電池の負荷特性が向上される。 In this case, when the filling density of the positive electrode mixture applied on the current collector is 1.4 g / cm 3 or more, the electron conductivity in the positive electrode mixture is improved. Therefore, the electron conductivity of the positive electrode is sufficiently ensured. As a result, the load characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery are improved.

本発明によれば、放電容量密度を向上させることが可能となるとともに、良好なサイクル特性および負荷特性を得ることができる。   According to the present invention, it is possible to improve the discharge capacity density and obtain good cycle characteristics and load characteristics.

以下、本実施の形態に係る非水電解質二次電池について説明する。本実施の形態に係る非水電解質二次電池は、正極、負極および非水電解質により構成される。   Hereinafter, the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment will be described. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment includes a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte.

なお、以下に説明する各種材料および当該材料の厚さおよび濃度等は以下の記載に限定されるものではなく、適宜設定することができる。   The various materials described below and the thicknesses and concentrations of the materials are not limited to those described below, and can be set as appropriate.

(1)正極の作製
正極は、正極合剤および集電体により構成され、正極合剤は、正極活物質、結着剤および導電剤を含む。
(1) Production of positive electrode The positive electrode is composed of a positive electrode mixture and a current collector, and the positive electrode mixture includes a positive electrode active material, a binder, and a conductive agent.

正極活物質としては、ナシコン型酸素酸リチウム化合物でありかつ空間群R−3cに帰属する結晶系を有するLix Ti2 (PO4 3 (0≦x≦5)が用いられる。以下、Lix Ti2 (PO4 3 で表される化合物をリン酸チタンリチウムと称する。 As the positive electrode active material, Li x Ti 2 (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 5) which is a NASICON type lithium oxyacid compound and has a crystal system belonging to the space group R-3c is used. Hereinafter, the compound represented by Li x Ti 2 (PO 4 ) 3 is referred to as lithium titanium phosphate.

正極活物質として上記リン酸チタンリチウムを用いた場合、放電時および充電時において、リチウム基準電位で2.6V以上3V以下の領域、2.2V以上2.6V以下の領域、2.1V以上2.5V以下の領域および2V以下の領域にそれぞれプラトーが存在する。   When the above-described lithium titanium phosphate is used as the positive electrode active material, a region of 2.6 V to 3 V, a region of 2.2 V to 2.6 V, 2.1 V to 2 at the lithium reference potential during discharging and charging. There are plateaus in the region below 5V and the region below 2V.

以下、放電時において、リチウム基準電位で2.6V以上3V以下の領域に存在するプラトーを第1のプラトーと呼び、2.2V以上2.6V以下の領域に存在するプラトーを第2のプラトーと呼び、2.1V以上2.5V以下の領域に存在するプラトーを第3のプラトーと呼ぶ。また、充電時において、リチウム基準電位で2.6V以上3V以下の領域に存在するプラトーを第4のプラトーと呼び、2.2V以上2.6V以下の領域に存在するプラトーを第5のプラトーと呼び、2.1V以上2.5V以下の領域に存在するプラトーを第6のプラトーと呼ぶ。なお、第2のプラトーは第1のプラトーよりも低い電位に存在し、第3のプラトーは第2のプラトーよりも低い電位に存在する。また、第5のプラトーは第4のプラトーよりも低い電位に存在し、第6のプラトーは第5のプラトーよりも低い電位に存在する。   Hereinafter, during discharge, a plateau existing in the region of 2.6 V to 3 V at the lithium reference potential is referred to as a first plateau, and a plateau existing in the region of 2.2 V to 2.6 V is referred to as the second plateau. A plateau existing in the region of 2.1V to 2.5V is called a third plateau. During charging, a plateau existing in the region of 2.6 V to 3 V at the lithium reference potential is called a fourth plateau, and a plateau existing in the region of 2.2 V to 2.6 V is called the fifth plateau. A plateau existing in the region of 2.1V to 2.5V is called a sixth plateau. Note that the second plateau exists at a lower potential than the first plateau, and the third plateau exists at a lower potential than the second plateau. In addition, the fifth plateau exists at a lower potential than the fourth plateau, and the sixth plateau exists at a lower potential than the fifth plateau.

ここで、リン酸チタンリチウム(Lix Ti2 (PO4 3 )を正極活物質に用いる場合には、理論上、放電時において下記式(1)〜(4)の反応が起こり、充電時において下記式(1)〜(4)の逆の反応が起こると考えられる。なお、下記式(1)〜(4)においては、チタン(Ti)の価数が上付き文字II、IIIおよびIVで示される。上記第1から第3のプラトーは下記式(1)〜(4)の反応に対応し、第4から第6のプラトーは下記式(1)〜(4)の逆の反応に対応するものであると考えられる。 Here, when lithium titanium phosphate (Li x Ti 2 (PO 4 ) 3 ) is used as the positive electrode active material, theoretically, reactions of the following formulas (1) to (4) occur during discharging, and during charging: It is considered that the reverse reaction of the following formulas (1) to (4) occurs in In the following formulas (1) to (4), the valence of titanium (Ti) is indicated by superscripts II, III and IV. The first to third plateaus correspond to the reactions of the following formulas (1) to (4), and the fourth to sixth plateaus correspond to the reverse reactions of the following formulas (1) to (4). It is believed that there is.

LiTiIV 2 (PO4 3 +Li+ +e- → Li2 TiIV TiIII (PO4 3
・・・・(1)
Li2 TiIV TiIII (PO4 3 +Li+ +e- → Li3 TiIII 2 (PO4 3
・・・・(2)
Li3 TiIII 2 (PO4 3 +Li+ +e- → Li4 TiIII TiII(PO4 3
・・・・(3)
Li4 TiIII TiII (PO4 3 +Li+ +e- → Li5 TiII 2 (PO4 3
・・・・(4)
すなわち、式(1)の反応およびその逆の反応がリチウム基準電位で2.6V以上3V以下の領域で起こり、式(2)の反応およびその逆の反応がリチウム基準電位で2.2V以上2.6V以下の領域で起こり、式(3)の反応およびその逆の反応がリチウム基準電位で2.1V以上2.5V以下の領域で起こると考えられる。
LiTi IV 2 (PO 4 ) 3 + Li + + e → Li 2 Ti IV Ti III (PO 4 ) 3
・ ・ ・ ・ (1)
Li 2 Ti IV Ti III (PO 4 ) 3 + Li + + e → Li 3 Ti III 2 (PO 4 ) 3
(2)
Li 3 Ti III 2 (PO 4 ) 3 + Li + + e → Li 4 Ti III Ti II (PO 4 ) 3
.... (3)
Li 4 Ti III Ti II (PO 4 ) 3 + Li + + e → Li 5 Ti II 2 (PO 4 ) 3
.... (4)
That is, the reaction of formula (1) and the reverse reaction thereof occur in the region of 2.6 V to 3 V at the lithium reference potential, and the reaction of formula (2) and the reverse reaction thereof are 2.2 V to 2 at the lithium reference potential. It is considered that the reaction of Formula (3) and the reverse reaction occur in the region of 2.1 V to 2.5 V at the lithium reference potential.

式(4)の反応およびその逆の反応は、リチウム基準電位で2V以下の領域で起こると考えられる。なお、非水電解質二次電池を2V以下の電位の領域で使用する場合を除いて式(4)の反応は用いない。   The reaction of the formula (4) and the reverse reaction are considered to occur in the region of 2 V or less at the lithium reference potential. Note that the reaction of the formula (4) is not used except when the nonaqueous electrolyte secondary battery is used in a potential region of 2 V or less.

このように、本実施の形態では、空間群R−3cに帰属する結晶系を有するリン酸チタンリチウムを正極活物質として用いることにより、実際に使用する2V以上の領域において放電時には上式(1)〜(3)に示した反応が起こり、充電時には上式(1)〜(3)の逆の反応が起こると考えられる。また、これらの反応は段階的に異なる電位で起こると推察される。この場合、ナシコン型酸素酸リチウム化合物における理論上の特性により近い特性を十分に得ることが可能であると考えられる。   Thus, in this embodiment, by using lithium titanium phosphate having a crystal system belonging to the space group R-3c as the positive electrode active material, the above formula (1 ) To (3) occur, and the reverse reactions of the above formulas (1) to (3) are considered to occur during charging. These reactions are presumed to occur at different potentials step by step. In this case, it is considered that characteristics closer to the theoretical characteristics of the NASICON type lithium oxyacid compound can be sufficiently obtained.

例えば、放電時において上式(1)〜(3)の反応が起こり、LiTi2 (PO4 3 がLi4 Ti2 (PO4 3 へと変化することにより、197mAh/gと高い理論容量密度が得られる。したがって、本実施の形態に係る非水電解質二次電池においても、放電容量密度の向上が可能となる。 For example, the reactions of the above formulas (1) to (3) occur during discharge, and LiTi 2 (PO 4 ) 3 changes to Li 4 Ti 2 (PO 4 ) 3 , so that the theoretical capacity is as high as 197 mAh / g. Density is obtained. Therefore, the discharge capacity density can be improved also in the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment.

正極活物質の粒子径としては、レーザ回折粒度分布測定装置で測定した場合のメディアン径(Rmedian)およびモード径(Rmode)が共に10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。 As the particle diameter of the positive electrode active material, the median diameter (R median ) and mode diameter (R mode ) when measured with a laser diffraction particle size distribution analyzer are both preferably 10 μm or less, and more preferably 5 μm or less. preferable.

ナシコン構造を有するリン酸チタンリチウムにおいては、充放電時におけるリチウムの挿入脱離反応が遅い。このため、粒子径が10μmよりも大きいと、リチウムの挿入脱離に伴う抵抗が大きくなるので、粒子の中心部を活物質として利用することができない。一方、粒子径が10μm以下の場合、粒子内でのリチウムの拡散距離が短くなるので、充放電時におけるリチウムの挿入脱離に伴う抵抗を低減することができる。したがって、リン酸チタンリチウムの粒子径を10μm以下にすることにより、正極活物質の利用率を向上させることができ、粒子径を5μm以下にすることによりさらに利用率を向上させることができる。この結果、充放電特性を向上させることができる。   Lithium titanium phosphate having a NASICON structure has a slow lithium insertion / release reaction during charge / discharge. For this reason, when the particle diameter is larger than 10 μm, resistance associated with lithium insertion / extraction increases, so that the central part of the particle cannot be used as an active material. On the other hand, when the particle diameter is 10 μm or less, the diffusion distance of lithium in the particle is shortened, so that the resistance associated with lithium insertion / extraction during charge / discharge can be reduced. Therefore, the utilization factor of the positive electrode active material can be improved by setting the particle diameter of lithium titanium phosphate to 10 μm or less, and the utilization factor can be further improved by setting the particle diameter to 5 μm or less. As a result, charge / discharge characteristics can be improved.

また、ブルナウアーエメットテラー(BET)の式から算出される正極活物質の比表面積は、10m2 /g以上であることが好ましい。この場合、正極活物質と導電剤との接触面積、および正極活物質と集電体との接触面積が大きくなり、正極の電子伝導性を向上させることができる。 The specific surface area of the positive electrode active material calculated from the Brunauer Emmettteller (BET) equation is preferably 10 m 2 / g or more. In this case, the contact area between the positive electrode active material and the conductive agent and the contact area between the positive electrode active material and the current collector are increased, and the electron conductivity of the positive electrode can be improved.

また、正極活物質として、ナシコン構造を有するリチウム含有化合物と他の正極材料との混合物を用いてもよい。   Further, as the positive electrode active material, a mixture of a lithium-containing compound having a NASICON structure and another positive electrode material may be used.

導電剤としては、導電性粉末を用いる。例えば、導電性の炭素材料、金属酸化物等が用いられ、好ましくは導電性カーボン粉末が用いられる。正極活物質に導電剤を混合することにより、正極活物質の粒子の周囲に導電剤による導電性ネットワークが形成される。これにより、正極合剤内の電子伝導性を向上させることができる。なお、導電剤の添加量が多くなり過ぎると、正極合剤における正極活物質の割合が少なくなって高い容量が得られなくなる。したがって、導電剤の添加量は、正極合剤の全体の10重量%以下であることが好ましい。   As the conductive agent, conductive powder is used. For example, a conductive carbon material, a metal oxide or the like is used, and preferably a conductive carbon powder is used. By mixing a conductive agent with the positive electrode active material, a conductive network formed of the conductive agent is formed around the particles of the positive electrode active material. Thereby, the electronic conductivity in a positive electrode mixture can be improved. In addition, when the addition amount of a conductive agent increases too much, the ratio of the positive electrode active material in the positive electrode mixture decreases and a high capacity cannot be obtained. Therefore, it is preferable that the addition amount of a electrically conductive agent is 10 weight% or less of the whole positive mix.

本実施の形態においては、正極は、十分に乾燥させた正極合剤を集電体上で圧延を施すことにより形成することが好ましい。圧延には、圧延ローラ、プレス機等を用いることができる。このように、正極合剤に圧延を施すことにより、正極活物質の密度を向上させることができる。これにより、正極活物質の体積エネルギー密度を向上させることができる。また、圧延により正極合剤の密度が向上され、正極活物質と導電剤との接触面積が大きくなる。それにより、正極合剤内の電子伝導性が向上し、負荷特性を向上させることができる。   In the present embodiment, the positive electrode is preferably formed by rolling a sufficiently dried positive electrode mixture on a current collector. A rolling roller, a press machine, etc. can be used for rolling. Thus, the density of the positive electrode active material can be improved by rolling the positive electrode mixture. Thereby, the volume energy density of a positive electrode active material can be improved. Further, the density of the positive electrode mixture is improved by rolling, and the contact area between the positive electrode active material and the conductive agent is increased. Thereby, the electronic conductivity in the positive electrode mixture is improved, and the load characteristics can be improved.

なお、正極の電子伝導性を十分に確保するため、正極合剤は所定値以上の密度に形成することが好ましい。ただし、正極の電子伝導性は、正極合剤内の電子伝導性の他、正極合剤と集電体との間の電子伝導性にも依存するため、正極合剤の密度の好ましい範囲は、正極合剤と集電体との間の電子伝導性によって異なる。例えば粗面化集電体を用いることにより正極合剤と集電体との密着性が向上され、電子伝導性が十分に確保されている場合には、正極合剤の密度は1.4g/cm3 以上であることが好ましい。 In addition, in order to ensure sufficient electron conductivity of the positive electrode, the positive electrode mixture is preferably formed at a density equal to or higher than a predetermined value. However, since the electron conductivity of the positive electrode depends on the electron conductivity between the positive electrode mixture and the current collector in addition to the electronic conductivity in the positive electrode mixture, the preferred range of the density of the positive electrode mixture is It depends on the electron conductivity between the positive electrode mixture and the current collector. For example, when the roughened current collector is used to improve the adhesion between the positive electrode mixture and the current collector and sufficient electron conductivity is ensured, the density of the positive electrode mixture is 1.4 g / It is preferable that it is cm 3 or more.

電極に添加するバインダーは、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルアセテート、ポリメタクリレート、ポリアクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、スチレンーブタジエンラバーおよびカルボキシメチルセルロースから選択される1種以上を用いることができる。   As the binder to be added to the electrode, one or more selected from polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyvinyl acetate, polymethacrylate, polyacrylate, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, styrene-butadiene rubber and carboxymethylcellulose are used. be able to.

電極に添加するバインダーの量が多いと、正極に含まれる活物質の割合が小さくなるため、高いエネルギー密度が得られなくなる。そのため、バインダーの量が全体の0重量%以上30重量%以下、好ましくは、0重量%以上20重量%以下、より好ましくは、0重量%以上10重量%以下の範囲になるようにする。   When the amount of the binder added to the electrode is large, the ratio of the active material contained in the positive electrode becomes small, so that a high energy density cannot be obtained. Therefore, the amount of the binder is in the range of 0 to 30% by weight, preferably 0 to 20% by weight, more preferably 0 to 10% by weight.

(2)負極の構成
負極としては、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な材料を用いる。この材料の例として、リチウム、珪素、炭素、錫、ゲルマニウム、アルミニウム、鉛、インジウム、ガリウム、リチウム含有合金、およびリチウムと炭素とを含む化合物よりなる群から選択された1種または複数種の材料を用いることができる。なお、リチウムと炭素とを含む上記化合物の例として、例えば黒鉛の層間にリチウムが挿入されたグラファイト層間化合物が挙げられる。
(2) Structure of negative electrode As the negative electrode, a material capable of inserting and extracting lithium ions is used. Examples of this material include one or more materials selected from the group consisting of lithium, silicon, carbon, tin, germanium, aluminum, lead, indium, gallium, lithium-containing alloys, and compounds containing lithium and carbon. Can be used. An example of the above compound containing lithium and carbon is a graphite intercalation compound in which lithium is inserted between graphite layers.

(3)非水電解質の作製
非水電解質としては、非水溶媒に電解質塩を溶解させたものを用いることができる。
(3) Preparation of nonaqueous electrolyte As a nonaqueous electrolyte, what dissolved electrolyte salt in the nonaqueous solvent can be used.

非水溶媒としては、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、エステル類、環状エーテル類、鎖状エーテル類、ニトリル類、アミド類等およびこれらの組み合わせからなるものが挙げられる。   Examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonates, chain carbonates, esters, cyclic ethers, chain ethers, nitriles, amides, and the like, and combinations thereof.

環状炭酸エステルとしては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等が挙げられ、これらの水素基の一部または全部がフッ素化されているものも用いることが可能で、例えば、トリフルオロプロピレンカーボネート、フルオロエチルカーボネート等が挙げられる。   Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and the like, and those in which some or all of these hydrogen groups are fluorinated can be used. For example, trifluoropropylene carbonate, fluoro Examples include ethyl carbonate.

鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート等が挙げられ、これらの水素基の一部または全部がフッ素化されているものも用いることが可能である。   Examples of chain carbonic acid esters include dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, and the like. Some of these hydrogen groups are fluorinated. It is possible to use.

エステル類としては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。環状エーテル類としては、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1、3−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、プロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキシド、1,4−ジオキサン、1,3,5−トリオキサン、フラン、2−メチルフラン、1,8−シネオール、クラウンエーテル等が挙げられる。   Examples of the esters include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, and γ-butyrolactone. Examples of cyclic ethers include 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, propylene oxide, 1,2-butylene oxide, 1,4-dioxane, 1,3,5. -Trioxane, furan, 2-methylfuran, 1,8-cineol, crown ether and the like.

鎖状エーテル類としては、1,2−ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジヘキシルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、メチルフェニルエーテル、エチルフェニルエーテル、ブチルフェニルエーテル、ペンチルフェニルエーテル、メトキシトルエン、ベンジルエチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、o−ジメトキシベンゼン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、1,1−ジメトキシメタン、1,1−ジエトキシエタン、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチル等が挙げられる。   Examples of chain ethers include 1,2-dimethoxyethane, diethyl ether, dipropyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, dihexyl ether, ethyl vinyl ether, butyl vinyl ether, methyl phenyl ether, ethyl phenyl ether, butyl phenyl ether, pentyl phenyl. Ether, methoxytoluene, benzyl ethyl ether, diphenyl ether, dibenzyl ether, o-dimethoxybenzene, 1,2-diethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, 1,1 -Dimethoxymethane, 1,1-diethoxyethane, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethy Glycol dimethyl and the like.

ニトリル類としては、アセトニトリル等が挙げられ、アミド類としては、ジメチルホルムアミド等が挙げられる。   Nitriles include acetonitrile and the like, and amides include dimethylformamide and the like.

上記の非水溶媒のうち、特に電圧安定性の点からは、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の環状炭酸エステル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等の鎖状炭酸エステル類を使用することが好ましい。   Among the above non-aqueous solvents, particularly from the viewpoint of voltage stability, it is preferable to use cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, and chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and dipropyl carbonate. .

電解質塩としては、LiPF6 、LiAsF6 、LiBF4 、LiCF3 SO3 、LiN(Cl 2l+1SO2 )(Cm 2m+1SO2 )(l、mは1以上の整数)、LiC(Cp 2p+1SO2 )(Cq 2q+1SO2 )(Cr 2r+1SO2 )(p、q、rは1以上の整数)、下記の構造式で示されるジフルオロ(オキサラト)ホウ酸リチウム等が挙げられる。 As electrolyte salts, LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (C l F 2l + 1 SO 2 ) (C m F 2m + 1 SO 2 ) (l and m are integers of 1 or more) , LiC (C p F 2p + 1 SO 2) (C q F 2q + 1 SO 2) (C r F 2r + 1 SO 2) (p, q, r is an integer of 1 or more), by the following structural formula The difluoro (oxalato) lithium borate etc. which are shown are mentioned.

Figure 2007265849
Figure 2007265849

なお、上記電解質塩のうち1種を用いてもよく、あるいは2種以上を組み合わせて用いてもよい。   In addition, you may use 1 type in the said electrolyte salt, and may use it in combination of 2 or more type.

また、上記の電解質塩は上記の非水溶媒に0.1〜1.5mol/lの濃度で溶解され、好ましくは0.5〜1.5mol/lの濃度で溶解されて使用される。   The electrolyte salt is dissolved in the nonaqueous solvent at a concentration of 0.1 to 1.5 mol / l, preferably dissolved at a concentration of 0.5 to 1.5 mol / l.

(4)本実施の形態における効果
本実施の形態では、正極活物質としてナシコン型酸素酸リチウム化合物でありかつ空間群R−3cに帰属する結晶系を有するリン酸チタンリチウム(Lix Ti2 (PO4 3 (0≦x≦5))を用いることにより、実際に使用する2V以上の領域では、放電時において上式(1)〜(3)の反応が起こり、充電時において上式(1)〜(3)の逆の反応が起こると考えられる。この場合、ナシコン型酸素酸リチウム化合物としての理論上の特性により近い特性を得ることが可能となる。それにより、放電容量密度を向上させることが可能となるとともに、良好なサイクル特性および負荷特性を得ることができる。
(4) Effects in the present embodiment In this embodiment, lithium titanate (Li x Ti 2 (Li x Ti 2 () having a crystal system belonging to the space group R-3c and being a Nasicon type lithium oxyacid compound as the positive electrode active material). By using PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 5), the reaction of the above formulas (1) to (3) occurs at the time of discharging in the region of 2V or more actually used, and the above formula ( It is thought that the reverse reaction of 1) to (3) occurs. In this case, it is possible to obtain characteristics closer to the theoretical characteristics as a NASICON type lithium oxyacid compound. Thereby, the discharge capacity density can be improved, and good cycle characteristics and load characteristics can be obtained.

また、放電時におけるプラトーの電位と、充電時におけるプラトーの電位とがほぼ等しくなるため、良好なサイクル特性を得ることができる。   Further, since the plateau potential at the time of discharging and the potential of the plateau at the time of charging become substantially equal, good cycle characteristics can be obtained.

(正極の作製)
正極活物質の出発原料として炭酸リチウム(Li2 CO3 )、酸化チタン(TiO2 )およびリン酸水素アンモニウムを用いた。なお、リン酸水素アンモニウムは、リン酸水素二アンモニウム((NH4 2 HPO4 )およびリン酸二水素アンモニウム(NH4 2 PO4 )を含む。
(Preparation of positive electrode)
Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), and ammonium hydrogen phosphate were used as starting materials for the positive electrode active material. Note that ammonium hydrogen phosphate includes diammonium hydrogen phosphate ((NH 4 ) 2 HPO 4 ) and ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ).

これらの原料を化学量論に従った比率となるように秤量し、炭素粉(Degussa製 PRINTEX XE2−B)およびアセトンを加え、遊星ボールミルにより150回転/分の回転速度で3時間混合した。   These raw materials were weighed so as to have a ratio according to the stoichiometry, carbon powder (PRINTEX XE2-B manufactured by Degussa) and acetone were added, and mixed for 3 hours at a rotation speed of 150 rotations / minute by a planetary ball mill.

なお、炭素粉は、結合の強い酸化チタンを還元してチタンを取り出すために用いた。余剰の炭素粉は、導電剤として作用する。また、アセトンは、ボールミル混合を湿式で行うために用いた。これら炭素粉およびアセトンは、正極活物質の合成には影響を及ぼさない。   The carbon powder was used to take out titanium by reducing titanium oxide having strong bonds. Excess carbon powder acts as a conductive agent. Acetone was used for wet mixing of the ball mill. These carbon powder and acetone do not affect the synthesis of the positive electrode active material.

続いて、ボールミル混合により得られたスラリーからアセトンを蒸発させ、粉末状の正極活物質を得た。次に、この粉末状の正極活物質をペレット(小粒)状に成型し、300℃のアルゴン(Ar)雰囲気中で8時間仮焼成した。   Subsequently, acetone was evaporated from the slurry obtained by ball mill mixing to obtain a powdered positive electrode active material. Next, this powdery positive electrode active material was formed into pellets (small particles) and pre-baked in an argon (Ar) atmosphere at 300 ° C. for 8 hours.

次に、仮焼成後の正極活物質をペレット状から粉砕して粉末状にし、再度、ペレット状に成型した。その後、このペレット状の正極活物質を850℃のアルゴン(Ar)雰囲気中で8時間本焼成した。   Next, the calcined positive electrode active material was pulverized from a pellet to a powder, and again molded into a pellet. Thereafter, the pellet-shaped positive electrode active material was calcined in an argon (Ar) atmosphere at 850 ° C. for 8 hours.

そして、本焼成後の正極活物質を再度粉砕して粉末状にし、XRD(X線回折装置)により測定した。なお、X線源として銅(Cu)を用い、使用電圧および使用電流をそれぞれ40kVおよび40mAとし、1.0度/分のスキャン速度で2θ(10度〜80度)の範囲を測定した。   Then, the positive electrode active material after the main firing was pulverized again into a powder and measured by XRD (X-ray diffractometer). Note that copper (Cu) was used as the X-ray source, the working voltage and working current were 40 kV and 40 mA, respectively, and a range of 2θ (10 to 80 degrees) was measured at a scanning speed of 1.0 degree / minute.

図1には、本焼成後の正極活物質についてのXRDの測定結果が示される。図1の下段には、比較のために約6000種類の無機化合物および有機化合物のX線回折データが収録されているJCPDS(Joint Committee on Powder Diffraction Standards)におけるX線回折データのうち空間群R−3cに帰属するカード番号350754のLiTi2 (PO4 3 のX線回折データが示される。 FIG. 1 shows the XRD measurement results for the positive electrode active material after the main firing. In the lower part of FIG. 1, for comparison, XCP data of JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards), which contains X-ray diffraction data of about 6000 kinds of inorganic compounds and organic compounds, is a space group R- The X-ray diffraction data of LiTi 2 (PO 4 ) 3 with card number 350754 belonging to 3c is shown.

図1に示すように、本焼成後の正極活物質についてのXRDのパターンはJCPDSのカード番号350754のパターンとほぼ一致している。したがって、本焼成により得られた正極活物質は、LiTi2 (PO4 3 と同様な空間群R−3cに帰属される結晶系を有していることがわかった。 As shown in FIG. 1, the XRD pattern of the positive electrode active material after the main firing substantially matches the pattern of JCPDS card number 350754. Therefore, it was found that the positive electrode active material obtained by the main firing had a crystal system belonging to the space group R-3c similar to LiTi 2 (PO 4 ) 3 .

また、本焼成後の粉末状の正極活物質を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した。図2は、本焼成後の正極活物質のSEMによる拡大写真である。   Further, the powdered positive electrode active material after the main firing was observed with a scanning electron microscope (SEM). FIG. 2 is an enlarged photograph of the positive electrode active material after the main firing by SEM.

図2から、正極活物質の粒子径がほぼ5μm以下であることがわかった。   From FIG. 2, it was found that the particle diameter of the positive electrode active material was approximately 5 μm or less.

次に、本焼成後の正極活物質、および導電剤のアセチレンブラック(電気化学工業製電化ブラック)をそれぞれ正極全体の80重量%および10重量%となるように混合した。その後、この正極活物質および導電剤からなる混合物に結着剤のポリアクリロニトリル(PAN)を正極全体の10重量%となるように加え、さらにN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量加えて混合した。これにより、正極合剤としてのスラリーを作製した。   Next, the positive electrode active material after the main firing and the conductive agent acetylene black (Electrochemical Black, manufactured by Denki Kagaku Kogyo) were mixed so as to be 80% by weight and 10% by weight, respectively, of the whole positive electrode. Thereafter, polyacrylonitrile (PAN) as a binder is added to the mixture of the positive electrode active material and the conductive agent so that the total amount of the positive electrode is 10% by weight, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is added. Mixed. This produced the slurry as a positive electrode mixture.

このスラリーをドクターブレード法により集電体としての粗面化アルミ箔上に正極合剤として塗布し、ホットプレートを用いて80℃で乾燥させた。その後、正極合剤が塗布された集電体を2cm角に切り取り、ローラを用いて圧延した。このとき、正極合剤の密度は1.4g/cm3 であった。その後、真空下において100℃で乾燥した。このようにして正極を作製した。 This slurry was applied as a positive electrode mixture onto a roughened aluminum foil as a current collector by a doctor blade method, and dried at 80 ° C. using a hot plate. Thereafter, the current collector coated with the positive electrode mixture was cut into a 2 cm square and rolled using a roller. At this time, the density of the positive electrode mixture was 1.4 g / cm 3 . Then, it dried at 100 degreeC under vacuum. In this way, a positive electrode was produced.

(負極および参照極の作製)
負極および参照極としては、それぞれリチウム金属を用いた。
(Preparation of negative electrode and reference electrode)
Lithium metal was used for each of the negative electrode and the reference electrode.

(非水電解質の調整)
非水電解質としては、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比30:70の割合で混合した非水溶媒に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )を1mol/lの濃度になるように添加したものを用いた。
(Nonaqueous electrolyte adjustment)
As a non-aqueous electrolyte, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was added to a non-aqueous solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 30:70 so as to have a concentration of 1 mol / l. A thing was used.

(参照極の作製)
参照極としては、所定の大きさにカットしたリチウム金属を用いた。
(Production of reference electrode)
As the reference electrode, lithium metal cut to a predetermined size was used.

(試験セルの作製)
図3は実施例において作製した試験セルの概略説明図である。図3に示すように、不活性雰囲気下において、上記の正極(作用極)1にリードを取り付けるとともに、上記の負極(対極)2にリードを取り付けた。正極1と負極2との間にセパレータ4を挿入し、試験セル容器10内に正極1、負極2および参照極3を配置した。試験セル容器10内に上記の非水電解質5を注入し、実施例の試験セルを作製した。
(Production of test cell)
FIG. 3 is a schematic explanatory view of a test cell produced in the example. As shown in FIG. 3, the lead was attached to the positive electrode (working electrode) 1 and the lead was attached to the negative electrode (counter electrode) 2 in an inert atmosphere. The separator 4 was inserted between the positive electrode 1 and the negative electrode 2, and the positive electrode 1, the negative electrode 2, and the reference electrode 3 were disposed in the test cell container 10. The non-aqueous electrolyte 5 was injected into the test cell container 10 to produce the test cell of the example.

(充放電試験)
作製した試験セルを用いて以下の条件で充放電試験を行い、正極活物質の単位質量当たりの放電容量を測定した。なお、以下に示す条件においては、定格電流を1.0Itとする。ここで、定格電流とは、定格放電容量が1時間で完全に放電されるときの電流値をいい、定格放電容量とは、正極活物質の重量および正極合剤の面積から想定される仮想放電容量のことである。
(Charge / discharge test)
Using the produced test cell, a charge / discharge test was performed under the following conditions, and the discharge capacity per unit mass of the positive electrode active material was measured. Note that the rated current is 1.0 It under the following conditions. Here, the rated current means a current value when the rated discharge capacity is completely discharged in one hour, and the rated discharge capacity is a virtual discharge assumed from the weight of the positive electrode active material and the area of the positive electrode mixture. It is capacity.

まず、0.1Itの電流値で参照極3を基準とする正極1の電位が4.5Vに達するまで充電を行った後、上記電位が2Vに達するまで放電を行うサイクルを30サイクル実施した。   First, charging was performed until the potential of the positive electrode 1 with reference to the reference electrode 3 reached 4.5 V at a current value of 0.1 It reached 4.5 V, and then discharging was performed until the potential reached 2 V for 30 cycles.

図4には、1サイクル目および2サイクル目の充放電曲線が示される。   FIG. 4 shows charge / discharge curves in the first cycle and the second cycle.

図4からわかるように、1サイクル目および2サイクル目の放電曲線において、2.6V以上3.0V以下の領域、2.2V以上2.6V以下の領域、および2.1V以上2.5V以下の領域にそれぞれプラトーを確認することができた。   As can be seen from FIG. 4, in the discharge curves of the first and second cycles, a region of 2.6 V to 3.0 V, a region of 2.2 V to 2.6 V, and a voltage of 2.1 V to 2.5 V A plateau could be confirmed in each area.

また、2サイクル目の充電曲線において、2.6V以上3.0V以下の領域、2.2V以上2.6V以下の領域、および2.1V以上2.5V以下の領域にそれぞれプラトーを確認することができた。   Also, check the plateau in the region of 2.6V to 3.0V, the region of 2.2V to 2.6V, and the region of 2.1V to 2.5V in the second cycle charging curve. I was able to.

図5に本実施例の非水電解質二次電池のサイクル特性を示す。図5において、横軸はサイクル特性を示し、縦軸は放電容量密度を示す。   FIG. 5 shows the cycle characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery of this example. In FIG. 5, the horizontal axis indicates cycle characteristics, and the vertical axis indicates discharge capacity density.

図5に示すように、1サイクル目から30サイクル目に至るまで、放電容量密度が85〜90mAh/gの範囲内で推移し、1サイクル目の放電容量密度に対する30サイクル目の放電容量密度の比率(容量維持率)は99.5%であった。   As shown in FIG. 5, from the first cycle to the 30th cycle, the discharge capacity density changed within the range of 85 to 90 mAh / g, and the discharge capacity density of the 30th cycle with respect to the discharge capacity density of the 1st cycle. The ratio (capacity maintenance ratio) was 99.5%.

表1に本実施例の非水電解質二次電池の室温での負荷特性を示す。なお、放電電流を0.1It、0.2It、0.5It、1Itおよび2Itとし、放電開始電圧を4.5Vとし、放電終止電圧を2Vとした。   Table 1 shows the load characteristics at room temperature of the nonaqueous electrolyte secondary battery of this example. The discharge current was 0.1 It, 0.2 It, 0.5 It, 1 It and 2 It, the discharge start voltage was 4.5 V, and the discharge end voltage was 2 V.

Figure 2007265849
Figure 2007265849

表1に示すように、放電電流が0.1〜2Itの範囲で約80〜85mAh/gの放電容量密度が得られた。また、放電電流0.1Itの場合の放電容量密度に対する放電電流2Itの場合の放電容量密度の比率は95%であった。   As shown in Table 1, a discharge capacity density of about 80 to 85 mAh / g was obtained when the discharge current was in the range of 0.1 to 2 It. Further, the ratio of the discharge capacity density in the case of 2 It to the discharge capacity density in the case of the discharge current of 0.1 It was 95%.

(評価)
正極活物質として、空間群R−3cに帰属するリン酸チタンリチウム(LiTi2 (PO4 3 )を用いることにより、2.6V以上3.0V以下の領域、2.2V以上2.6V以下の領域、および2.1V以上2.5V以下の領域で放電曲線および充電曲線にプラトーが形成されることがわかった。
(Evaluation)
By using lithium titanium phosphate (LiTi 2 (PO 4 ) 3 ) belonging to space group R-3c as the positive electrode active material, a region of 2.6 V to 3.0 V, 2.2 V to 2.6 V It was found that plateaus were formed in the discharge curve and the charge curve in the region of 2.1 and in the region of 2.1 V to 2.5 V.

また、放電曲線においてプラトーが確認できる電位と、充電曲線においてプラトーが確認できる電位との差が0.1V以下であることがわかった。   Further, it was found that the difference between the potential at which the plateau can be confirmed in the discharge curve and the potential at which the plateau can be confirmed in the charging curve is 0.1 V or less.

さらに、上記のリン酸チタンリチウムを正極活物質に用いることにより、良好なサイクル特性および負荷特性が得られることがわかった。   Furthermore, it was found that good cycle characteristics and load characteristics can be obtained by using the above lithium titanium phosphate as the positive electrode active material.

また、正極活物質の粒子径がほぼ5μm以下であり、正極合剤の密度が1.4g/cm3 以上である場合に、良好なサイクル特性および負荷特性が得られることがわかった。 It was also found that good cycle characteristics and load characteristics can be obtained when the particle diameter of the positive electrode active material is approximately 5 μm or less and the density of the positive electrode mixture is 1.4 g / cm 3 or more.

なお、本実施例においては、高い放電容量密度を得ることができなかったが、これは、正極活物質中に不純物が存在するためであると考えられる。   In this example, a high discharge capacity density could not be obtained, but this is considered to be because impurities exist in the positive electrode active material.

実施例の結果から、空間群R−3cに帰属するリン酸チタンリチウムを正極活物質として用いた場合には、理論上の反応式に従って反応が進行していると考えられる。したがって、空間群R−3cに帰属するリン酸チタンリチウムを正極活物質として用いた場合には、不純物の低減により高い放電容量密度を得ることができると考えられる。   From the results of the examples, when lithium titanium phosphate belonging to the space group R-3c is used as the positive electrode active material, it is considered that the reaction proceeds according to the theoretical reaction formula. Therefore, when lithium titanium phosphate belonging to space group R-3c is used as the positive electrode active material, it is considered that a high discharge capacity density can be obtained by reducing impurities.

本発明に係る非水電解質二次電池は、携帯用電源および自動車用電源等の種々の電源として利用することができる。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention can be used as various power sources such as a portable power source and an automotive power source.

実施例における正極活物質のXRD測定の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the XRD measurement of the positive electrode active material in an Example. 実施例における正極活物質のSEMによる拡大写真である。It is an enlarged photograph by SEM of the positive electrode active material in an Example. 実施例において作製した試験セルの概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the test cell produced in the Example. 実施例における非水電解質二次電池の充放電曲線を示したグラフである。It is the graph which showed the charging / discharging curve of the nonaqueous electrolyte secondary battery in an Example. 実施例における非水電解質二次電池の各サイクルで得られた放電容量密度を示したグラフである。It is the graph which showed the discharge capacity density obtained in each cycle of the nonaqueous electrolyte secondary battery in an Example.

符号の説明Explanation of symbols

1 正極
2 負極
3 参照極
4 セパレータ
5 非水電解質
10 セル容器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Reference electrode 4 Separator 5 Nonaqueous electrolyte 10 Cell container

Claims (4)

正極活物質を含む正極と、負極と、非水電解質とを備え、
前記正極活物質は、空間群R−3cに帰属するLix Ti2 (PO4 3 を基本骨格とするナシコン型酸素酸リチウム化合物を含み、
前記xは0以上5以下であることを特徴とする非水電解質二次電池。
A positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The positive electrode active material includes a Nasicon type lithium oxyacid compound having Li x Ti 2 (PO 4 ) 3 belonging to the space group R-3c as a basic skeleton,
Said x is 0 or more and 5 or less, The nonaqueous electrolyte secondary battery characterized by the above-mentioned.
放電時において第1、第2および第3のプラトーが形成され、
充電時において第4、第5および第6のプラトーが形成され、
前記第1および第4のプラトーは、リチウム基準電位で2.6V以上3V以下の領域にあり、
前記第2および第5のプラトーは、リチウム基準電位で2.2V以上2.6V以下の領域にあり、
前記第3および第6のプラトーは、リチウム基準電位で2.1V以上2.5V以下の領域にあり、
前記第3のプラトーは前記第2のプラトーよりも低い電位に形成され、前記第2のプラトーは前記第1のプラトーよりも低い電位に形成され、
前記第6のプラトーは前記第5のプラトーよりも低い電位に形成され、前記第5のプラトーは前記第4のプラトーよりも低い電位に形成されることを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池。
During discharge, first, second and third plateaus are formed,
During charging, the fourth, fifth and sixth plateaus are formed,
The first and fourth plateaus are in a region of 2.6 V or more and 3 V or less at a lithium reference potential,
The second and fifth plateaus are in the region of 2.2 V to 2.6 V at the lithium reference potential,
The third and sixth plateaus are in the region of 2.1 V to 2.5 V at the lithium reference potential,
The third plateau is formed at a lower potential than the second plateau, the second plateau is formed at a lower potential than the first plateau,
The non-aqueous solution according to claim 1, wherein the sixth plateau is formed at a lower potential than the fifth plateau, and the fifth plateau is formed at a lower potential than the fourth plateau. Electrolyte secondary battery.
放電電流および充電電流が0.1Itである場合に、前記第1のプラトーと前記第4のプラトーとの電位差、前記第2のプラトーと前記第5のプラトーとの電位差、および前記第3のプラトーと前記第6のプラトーとの電位差がそれぞれ0.1V以内であることを特徴とする請求項2記載の非水電解質二次電池。 When the discharge current and the charging current are 0.1 It, the potential difference between the first plateau and the fourth plateau, the potential difference between the second plateau and the fifth plateau, and the third plateau The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 2, wherein a potential difference between the first plateau and the sixth plateau is within 0.1V. 前記正極は、前記正極活物質、導電剤および結着剤を含む正極合剤と、集電体とを含み、
前記正極合剤は前記集電体上に塗布され、
前記集電体上に塗布された前記正極合剤の充填密度が1.4g/cm3 以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
The positive electrode includes a positive electrode mixture containing the positive electrode active material, a conductive agent and a binder, and a current collector,
The positive electrode mixture is applied onto the current collector,
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein a packing density of the positive electrode mixture applied on the current collector is 1.4 g / cm 3 or more.
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