JP2008305662A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解質二次電池に係り、更に詳細には、一対の正極及び負極当たりの完全充電状態における開回路電圧が4.25V以上の非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly to a non-aqueous electrolyte secondary battery having an open circuit voltage of 4.25 V or more in a fully charged state per pair of positive electrode and negative electrode.
近年の携帯電子技術のめざましい発達により、携帯電話やノートブックコンピューターなどの電子機器は高度情報化社会を支える基盤技術と認知され始めた。また、これらの電子機器の高機能化に関する研究開発が精力的に進められており、これらの電子機器の消費電力も比例して増加の一途を辿っている。その反面、これらの電子機器は長時間の駆動が求められており、駆動電源である二次電池の高エネルギー密度化が必然的に望まれてきた。また、環境面の配慮からサイクル寿命の延命についても望まれてきた。 With the remarkable development of portable electronic technology in recent years, electronic devices such as mobile phones and notebook computers have begun to be recognized as fundamental technologies that support an advanced information society. In addition, research and development related to the enhancement of the functions of these electronic devices have been energetically advanced, and the power consumption of these electronic devices has been increasing proportionally. On the other hand, these electronic devices are required to be driven for a long time, and a high energy density of a secondary battery as a driving power source has been inevitably desired. In addition, it has been desired to extend the cycle life for environmental reasons.
電子機器に内蔵される電池の占有体積や質量などの観点より、電池のエネルギー密度は高いほど望ましい。現在では、リチウムイオン二次電池が優れたエネルギー密度を有することから、殆どの機器に内蔵されるに至っている。 From the standpoint of the occupied volume and mass of the battery built in the electronic device, the higher the energy density of the battery, the better. At present, since lithium ion secondary batteries have an excellent energy density, they have been built into most devices.
通常、リチウムイオン二次電池では、正極にはコバルト酸リチウム、負極には炭素材料が使用されており、作動電圧が4.2Vから2.5Vの範囲で用いられている。単電池において、端子電圧を4.2Vまで上げられるのは、非水電解質材料やセパレータなどの優れた電気化学的安定性によるところが大きい。 Usually, in lithium ion secondary batteries, lithium cobaltate is used for the positive electrode and a carbon material is used for the negative electrode, and the operating voltage is used in the range of 4.2V to 2.5V. In the unit cell, the terminal voltage can be increased to 4.2 V largely due to excellent electrochemical stability such as a non-aqueous electrolyte material and a separator.
一方、従来の最大4.2Vで作動するリチウムイオン二次電池では、正極に用いられるコバルト酸リチウムなどの正極活物質は、その理論容量に対して6割程度の容量を活用しているに過ぎない。このため、更に充電圧を上げることにより、残存容量を活用することが原理的に可能である。実際に、充電時の電圧を4.25V以上にすることにより、高エネルギー密度化が発現することが知られている(特許文献1参照。)。
しかし、充電電圧を4.25V以上に設定したリチウムイオン二次電池では、特に正極表面近傍における酸化雰囲気が強まる結果、セパレータが酸化分解されてしまい、サイクル特性が低下するという問題点があった。 However, in the lithium ion secondary battery in which the charging voltage is set to 4.25 V or more, there is a problem that the separator is oxidatively decomposed and the cycle characteristics are deteriorated as a result of the oxidizing atmosphere particularly in the vicinity of the positive electrode surface.
そこで、充電電圧を4.25V以上に設定したリチウムイオン二次電池において、セパレータとしてポリエチレン以外に、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、アラミド、ポリイミド、ポリアクリロニトリル等の材料を含ませることにより、セパレータの酸化分解を抑制することが提案されている(特許文献2参照。)。
しかしながら、上記特許文献2に記載のセパレータを適用したリチウムイオン二次電池においては、セパレータで酸化による内部ショートは防げるが、ショート時の熱収縮、大電流ショートが防げないという問題点があった。
However, in the lithium ion secondary battery to which the separator described in
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、充電電圧を4.25V以上に設定した非水電解質二次電池においても、各充電電圧において、より優れたサイクル特性を有する非水電解質二次電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and the object of the present invention is to provide each charging voltage even in a nonaqueous electrolyte secondary battery in which the charging voltage is set to 4.25 V or more. Is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having more excellent cycle characteristics.
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねたところ、正極と負極と非水電解質とセパレータとを備えた非水電解質二次電池において、一対の正極及び負極当たりの完全充電状態における開回路電圧を4.25〜6.00Vとし、正極と負極との間のうち少なくとも1つの位置に絶縁性の金属酸化物を含む多孔質絶縁層を設け、セパレータをポリエチレンとその他の材料とを含有すると共に三層構造を有するものとすることなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention have made extensive studies in order to achieve the above object, and in a nonaqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a nonaqueous electrolyte, and a separator, a fully charged state per pair of positive electrode and negative electrode. An open circuit voltage in the region is 4.25 to 6.00 V, a porous insulating layer containing an insulating metal oxide is provided in at least one position between the positive electrode and the negative electrode, and the separator is made of polyethylene and other materials. It has been found that the above-mentioned object can be achieved by, for example, having a three-layer structure, and the present invention has been completed.
即ち、本発明の非水電解質二次電池は、正極と、負極と、非水電解質と、セパレータとを備えた非水電解質二次電池であって、一対の正極及び負極当たりの完全充電状態における開回路電圧が4.25〜6.00Vであり、該正極と該負極との間のうち少なくとも1つの位置に、絶縁性の金属酸化物を含む多孔質絶縁層を有し、該セパレータが、ポリエチレンとその他の材料とを含有すると共に三層構造を有することを特徴とする。 That is, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator, in a fully charged state per pair of positive electrode and negative electrode. An open circuit voltage is 4.25 to 6.00 V, and has a porous insulating layer containing an insulating metal oxide in at least one position between the positive electrode and the negative electrode; It has a three-layer structure while containing polyethylene and other materials.
本発明によれば、正極と負極と非水電解質とセパレータとを備えた非水電解質二次電池において、一対の正極及び負極当たりの完全充電状態における開回路電圧を4.25〜6.00Vとし、正極と負極との間のうち少なくとも1つの位置に絶縁性の金属酸化物を含む多孔質絶縁層を設け、セパレータをポリエチレンとその他の材料とを含有すると共に三層構造を有するものとすることなどとしたため、充電電圧を4.25V以上に設定した非水電解質二次電池においても、各充電電圧において、より優れたサイクル特性を有する非水電解質二次電池を提供することができる。 According to the present invention, in the nonaqueous electrolyte secondary battery including the positive electrode, the negative electrode, the nonaqueous electrolyte, and the separator, the open circuit voltage in a fully charged state per pair of the positive electrode and the negative electrode is 4.25 to 6.00 V. A porous insulating layer containing an insulating metal oxide is provided in at least one position between the positive electrode and the negative electrode, and the separator contains polyethylene and other materials and has a three-layer structure. Therefore, even in the non-aqueous electrolyte secondary battery in which the charging voltage is set to 4.25 V or more, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having more excellent cycle characteristics at each charging voltage.
以下、本発明の非水電解質二次電池について説明する。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、含有量や濃度などについての「%」は特記しない限り質量百分率を表すものとする。 Hereinafter, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described. In the present specification and claims, “%” for content, concentration, etc. represents a mass percentage unless otherwise specified.
上述の如く、本発明の非水電解質二次電池は、正極と、負極と、非水電解質と、セパレータとを備えた非水電解質二次電池であって、一対の正極及び負極当たりの完全充電状態における開回路電圧が4.25〜6.00Vであり、正極と負極との間のうち少なくとも1つの位置に、絶縁性の金属酸化物を含む多孔質絶縁層を有し、セパレータが、ポリエチレンとその他の材料とを含有すると共に三層構造を有するものである。
このような構成とすることにより、より優れたサイクル特性を有するものとなる。
また、微小ショート等により非水電解質二次電池が発熱した際に、セパレータの熱収縮に伴って起こり得る大電流シュートを抑制し得るという好ましい効果が得られることもある。
As described above, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a nonaqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a nonaqueous electrolyte, and a separator, and is fully charged per pair of positive electrode and negative electrode. The open circuit voltage in the state is 4.25 to 6.00 V, and has a porous insulating layer containing an insulating metal oxide in at least one position between the positive electrode and the negative electrode. And other materials and a three-layer structure.
By adopting such a configuration, more excellent cycle characteristics are obtained.
In addition, when the non-aqueous electrolyte secondary battery generates heat due to a micro short circuit or the like, there is a case where a preferable effect that a large current chute that may occur due to the thermal contraction of the separator can be suppressed may be obtained.
また、本発明の非水電解質二次電池の第1の好適形態は、負極とセパレータとの間に、絶縁性の金属酸化物を含む多孔質絶縁層を有するものである。
このような構成とすることにより、より優れたサイクル特性を有するものとなる。更に、特に充電電圧が4.25V以上に設定されている非水電解質二次電池においても、強い衝撃時における安全性を確保することができる。
Moreover, the 1st suitable form of the nonaqueous electrolyte secondary battery of this invention has a porous insulating layer containing an insulating metal oxide between a negative electrode and a separator.
By adopting such a configuration, more excellent cycle characteristics are obtained. Furthermore, even in a nonaqueous electrolyte secondary battery in which the charging voltage is set to 4.25 V or more, safety at the time of a strong impact can be ensured.
更に、本発明の非水電解質二次電池の第2の好適形態は、絶縁性の金属酸化物を含む多孔質絶縁層が、アルミナ、シリカ、マグネシア、チタニア又はジルコニア、及びこれらの任意の組合せに係る絶縁性の金属酸化物を含有するものである。
このような構成とすることにより、更に優れたサイクル特性を有するものとなる。
Further, according to a second preferred embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the porous insulating layer containing an insulating metal oxide is formed of alumina, silica, magnesia, titania or zirconia, and any combination thereof. It contains such an insulating metal oxide.
By adopting such a configuration, further excellent cycle characteristics are obtained.
また、本発明の非水電解質二次電池の第3の好適形態は、絶縁性の金属酸化物を含む多孔質絶縁層が、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、スチレンブタジエンゴム又はカルボキシメチルセルロース、及びこれらの任意の組合せに係るものを含有するものである。
このような構成とすることにより、更に優れたサイクル特性を有するものとなる。
According to a third preferred embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the porous insulating layer containing an insulating metal oxide is made of polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, styrene butadiene rubber or carboxy It contains methyl cellulose and those related to any combination thereof.
By adopting such a configuration, further excellent cycle characteristics are obtained.
更に、本発明の非水電解質二次電池の第4の好適形態は、負極が、平均粒径が10〜30μmである黒鉛を含有するものである。
このような構成とすることにより、黒鉛の粒径が大きすぎることにより非水電解質との界面が十分に形成できないことや、小さすぎることによる非水電解質の過剰な分解反応が起こることを抑制ないし防止できるため、更に優れたサイクル特性を有するものとなる。
Furthermore, as for the 4th suitable form of the nonaqueous electrolyte secondary battery of this invention, a negative electrode contains the graphite whose average particle diameter is 10-30 micrometers.
By adopting such a configuration, it is possible to suppress that the interface with the non-aqueous electrolyte cannot be sufficiently formed due to the graphite particle size being too large, or excessive decomposition reaction of the non-aqueous electrolyte due to being too small can be suppressed. Since it can prevent, it has the further excellent cycling characteristics.
また、本発明の非水電解質二次電池の第5の好適形態は、負極が、黒鉛と、構成元素としてのケイ素及びスズのいずれか一方又は双方とを含有するものである。
このような構成とすることにより、更に優れたサイクル特性を有するものとなる。また、エネルギー密度を更に向上させることができる。
In a fifth preferred embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the negative electrode contains graphite and one or both of silicon and tin as constituent elements.
By adopting such a configuration, further excellent cycle characteristics are obtained. In addition, the energy density can be further improved.
更に、本発明の非水電解質二次電池の第6の好適形態は、負極が、1,3−ブタジエンの共重合体構造を有する合成ゴムを含有するものである。
このような構成とすることにより、負極活物質や必要に応じて添加される導電剤との結着性を向上させることでき、負極が膨張した際にも剥離を抑制することが可能となるため、更に優れたサイクル特性を有するものとなる。
Further, in a sixth preferred embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the negative electrode contains a synthetic rubber having a copolymer structure of 1,3-butadiene.
By adopting such a configuration, it is possible to improve the binding property with the negative electrode active material and the conductive agent added as necessary, and it is possible to suppress peeling even when the negative electrode expands. Furthermore, it has excellent cycle characteristics.
また、本発明の非水電解質二次電池の第7の好適形態は、負極が、カーボンファイバーを含有するものである。
このような構成とすることにより、負極が膨張した際にも、負極における電子伝導性を確保することができ、更に優れたサイクル特性を有するものとなる。
In a seventh preferred embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the negative electrode contains carbon fiber.
By adopting such a configuration, even when the negative electrode expands, the electron conductivity in the negative electrode can be secured, and further excellent cycle characteristics can be obtained.
更に、本発明の非水電解質二次電池の第8の好適形態は、正極が、コバルトと、ニッケル、マンガン又は鉄、及びこれらの任意の組合せに係るものとを含むリチウム遷移金属複合酸化物を含有するものである。
このような構成とすることにより、正極と非水電解質との間の酸化分解を抑制することができるため、更に優れたサイクル特性を有するものとなる。
Furthermore, an eighth preferred embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a lithium transition metal composite oxide in which the positive electrode contains cobalt and nickel, manganese, iron, or any combination thereof. It contains.
By setting it as such a structure, since the oxidative decomposition between a positive electrode and a nonaqueous electrolyte can be suppressed, it has the further outstanding cycling characteristics.
また、本発明の非水電解質二次電池の第9の好適形態は、上述のその他の材料が、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、アラミド、ポリイミド又はポリアクリロニトリル、及びこれらの任意の組合せに係るものを含むものである。
このような構成とすることにより、正極と物理的に接触するセパレータの酸化分解を抑制することができるため、更に優れたサイクル特性を有するものとなる。
The ninth preferred embodiment of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is such that the above-mentioned other materials are polypropylene, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, aramid, polyimide or polyacrylonitrile, and any combination thereof. Including those related to
By adopting such a configuration, it is possible to suppress the oxidative decomposition of the separator that is in physical contact with the positive electrode, and thus has further excellent cycle characteristics.
更に、本発明の非水電解質二次電池の第10の好適形態は、非水電解質が、ハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体を含有するものである。
このような構成とすることにより、負極の活性な部分でこれらが分解して被膜を形成し、非水電解質の分解を抑制するため、更に優れたサイクル特性を有するものとなる。
Furthermore, in a tenth preferred embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the nonaqueous electrolyte contains a cyclic carbonate derivative having a halogen atom.
By adopting such a configuration, these are decomposed at the active part of the negative electrode to form a film and suppress the decomposition of the non-aqueous electrolyte, so that further excellent cycle characteristics are obtained.
以下、本発明の非水電解質二次電池の若干の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の非水電解質二次電池の第1の実施形態であって、円筒型二次電池の一例を示す断面図である。
同図に示すように、この二次電池は、外装部材の一部であって、ほぼ中空円柱状の電池缶31の内部に、電池素子20を有している。電池素子20は、正極21と負極22とが三層構造を有する三層セパレータ24を介して対向して位置し、図示しない非水電解質を含有するものである。
また、詳しくは後述するが、電池素子20は、正極21と負極22との間の少なくとも1つの位置に図示しない多孔質絶縁層を有する。
なお、電池素子20から非水電解質を除いたものを巻回電極体20Aということにする。
Hereinafter, some embodiments of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a cylindrical secondary battery according to the first embodiment of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention.
As shown in the figure, this secondary battery has a battery element 20 inside a battery can 31 that is a part of an exterior member and has a substantially hollow cylindrical shape. In the battery element 20, the positive electrode 21 and the
Further, as will be described in detail later, the battery element 20 has a porous insulating layer (not shown) at at least one position between the positive electrode 21 and the
The battery element 20 excluding the non-aqueous electrolyte is referred to as a wound electrode body 20A.
電池缶31は、例えばニッケルのめっきが施された鋼により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶31の内部には、電池素子20を上下から挟むように絶縁板11が配置されている。
また、電池缶31の開放端部には、外装部材の一部を構成する電池蓋32と、この電池蓋32の内側に設けられた安全弁機構12及び熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)13とが、ガスケット14を介してかしめて取り付けられており、電池缶31の内部は密封されている。
The battery can 31 is made of, for example, steel plated with nickel, and has one end closed and the other end open. Inside the battery can 31, the insulating plate 11 is disposed so as to sandwich the battery element 20 from above and below.
In addition, at the open end of the battery can 31, a
電池蓋32は、例えば電池缶31と同様の材料により構成されている。安全弁機構12は、熱感抵抗素子13を介して電池蓋32と電気的に接続されており、内部短絡又は外部からの加熱などにより電池内部の圧力が一定以上となった場合に、ディスク板12Aが反転して電池蓋32と電池素子20との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子13は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものであり、例えば、チタン酸バリウム系半導体セラミックスにより構成されている。ガスケット14は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
The
電池素子20は、例えばセンターピン15を中心にして巻回されている。電池素子20の正極21にはアルミニウムなどより成る正極リード16が接続されており、負極22には銅やニッケル、ステンレスなどより成る負極リード17が接続されている。正極リード16は安全弁機構12に溶接されることにより電池蓋32と電気的に接続されており、負極リード17は電池缶31に溶接され電気的に接続されている。
The battery element 20 is wound around, for example, the center pin 15. A
図2は、図1に示した円筒型二次電池における巻回電極体の一部を拡大して示す断面図である。
同図に示すように、巻回電極体20Aは、正極21と負極22と三層セパレータ24と多孔質絶縁層25とを有する。
ここで、正極21は、対向する一対の面を有する正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが被覆された構造を有している。正極集電体21Aは、例えばアルミニウム箔などの金属箔により構成される。なお、図示しないが、正極集電体には、長手方向における一方の端部に正極活物質層が被覆されずに露出している部分があり、この露出部分に上述した正極リードが取り付けられている。
また、正極21と同様に、負極22も対向する一対の面を有する負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが被覆された構造を有している。負極集電体22Aは、例えば銅箔、ニッケル箔又はステンレス箔などの金属箔により構成される。負極集電体には、長手方向における一方の端部に負極活物質層が被覆されずに露出している部分があり、この露出部分に上述した負極リードが取り付けられている。
更に、多孔質絶縁層25は、正極21と負極22との間の少なくとも1つの位置の一例である負極22と三層セパレータ24との間に位置している。
なお、図示しないが、正極及び負極において、対向する一対の面を有する正極集電体及び負極集電体のそれぞれ片面に、それぞれ正極活物質層及び負極活物質層が被覆された構造を有するようにしてもよい。また、図示しないが、多孔質絶縁層は、正極と負極との間の他の例である正極と三層セパレータとの間に位置していてもよく、正極と三層セパレータ及び負極と三層セパレータの間の双方に位置していてもよい。更に、図示しないが、多孔質絶縁層は、正極及び負極の片面に位置していてもよい。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a part of a wound electrode body in the cylindrical secondary battery shown in FIG.
As shown in the figure, the wound electrode body 20 </ b> A has a positive electrode 21, a
Here, the positive electrode 21 has a structure in which a positive electrode
Similarly to the positive electrode 21, the
Further, the porous insulating
Although not shown, the positive electrode and the negative electrode have a structure in which a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer are respectively coated on one side of a positive electrode current collector and a negative electrode current collector having a pair of opposed surfaces. It may be. Although not shown, the porous insulating layer may be positioned between the positive electrode and the three-layer separator, which is another example between the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode, the three-layer separator, the negative electrode, and the three-layer separator. It may be located on both sides of the separator. Further, although not shown, the porous insulating layer may be located on one side of the positive electrode and the negative electrode.
[正極]
正極活物質層21Bは、例えば正極活物質として、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な正極材料を含んでおり、必要に応じて導電剤と結着剤を含んでいてもよい。
ここで、正極活物質、導電剤及び結着剤は均一に分散していればよく、その混合比は問わない。
[Positive electrode]
The positive electrode
Here, the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder need only be uniformly dispersed, and the mixing ratio is not limited.
正極活物質として用いられるリチウムを吸蔵及び放出可能な正極材料としては、目的とする電池の種類に応じて、例えば、リチウム酸化物、リチウムリン酸化物、リチウム硫化物又はリチウムを含む層間化合物などのリチウム含有化合物が適当であり、これらの2種以上を混合して用いてもよい。エネルギー密度を高くするには、リチウムと遷移金属元素と酸素(O)とを含むリチウム含有化合物が好ましく、中でも、遷移金属元素として、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)及び鉄(Fe)から成る群のうちの少なくとも1種を含むものであればより好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、(1)〜(3)に示した平均組成で表される層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、(4)に示した平均組成で表されるスピネル型の構造を有するリチウム複合酸化物、又は(5)に示した平均組成で表されるオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩などが挙げられ、具体的には、LiNi0.50Co0.20Mn0.30O2、LiaCoO2(a≒1)、LibNiO2(b≒1)、Lic1Nic2Co1−c2O2(c1≒1,0<c2<1)、LidMn2O4(d≒1)又はLieFePO 4(e≒1)などがある。 As a positive electrode material capable of occluding and releasing lithium used as a positive electrode active material, for example, lithium oxide, lithium phosphorous oxide, lithium sulfide, or an intercalation compound containing lithium is used depending on the type of the target battery. Lithium-containing compounds are suitable, and two or more of these may be mixed and used. In order to increase the energy density, a lithium-containing compound containing lithium, a transition metal element, and oxygen (O) is preferable. Among them, as the transition metal element, cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), and iron It is more preferable if it contains at least one of the group consisting of (Fe). Examples of such a lithium-containing compound include a lithium composite oxide having a layered rock salt structure represented by the average composition shown in (1) to (3), and the average composition shown in (4). A lithium composite oxide having a spinel structure, or a lithium composite phosphate having an olivine structure represented by the average composition shown in (5). Specifically, LiNi 0.50 Co 0.20 Mn 0.30 O 2 , Li a CoO 2 (a≈1), Li b NiO 2 (b≈1), Li c1 Ni c2 Co 1-c2 O 2 (c1≈1,0, <c2 < 1), Li d Mn 2 O 4 (d ≒ 1) or Li e F e PO 4 (e ≒ 1) and the like.
また、高いエネルギー密度が得られるという観点から、正極活物質として、(1)に示したリチウム遷移金属複合酸化物を含有することが好ましい。更に、正極活物質として、(2)〜(5)に示すリチウム含有化合物を更に混合して用いることもできる。
更にまた、より高い電極充填性とサイクル特性が得られるという観点から、(1)〜(5)に示したリチウム含有化合物のいずれかより成る芯粒子の表面を他のリチウム含有化合物のいずれかより成る微粒子で被覆した複合粒子としてもよい。
Moreover, it is preferable to contain lithium transition metal complex oxide shown in (1) as a positive electrode active material from a viewpoint that a high energy density is obtained. Furthermore, lithium-containing compounds shown in (2) to (5) can be further mixed and used as the positive electrode active material.
Furthermore, from the viewpoint that higher electrode filling properties and cycle characteristics can be obtained, the surface of the core particle made of any one of the lithium-containing compounds shown in (1) to (5) is made more than any of the other lithium-containing compounds. The composite particles may be coated with fine particles.
LifCo(1−g)M1gO(2−h)Fj…(1)
(式中、M1は、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)及びタングステン(W)から成る群のうちの少なくとも1種を表す。f、g、h及びjは、0.8≦f≦1.2、0≦g<0.5、−0.1≦h≦0.2、0≦j≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、fの値は完全放電状態における値を表している。)
Li f Co (1-g) M1 g O (2-h) F j (1)
(In the formula, M1 is nickel (Ni), manganese (Mn), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), calcium (Ca), strontium (Sr), and tungsten (W). g, h, and j are values within the ranges of 0.8 ≦ f ≦ 1.2, 0 ≦ g <0.5, −0.1 ≦ h ≦ 0.2, and 0 ≦ j ≦ 0.1. (Note that the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of f represents the value in a fully discharged state.)
LikMn(1−m−n)NimM2nO(2−p)Fq…(2)
(式中、M2は、コバルト(Co)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)及びタングステン(W)から成る群のうちの少なくとも1種を表す。k、m、n、p及びqは、0.8≦k≦1.2、0<m<0.5、0≦n≦0.5、m+n<1、−0.1≦p≦0.2、0≦q≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、kの値は完全放電状態における値を表している。)
Li k Mn (1-mn) Ni m M2 n O (2-p) F q (2)
(In the formula, M2 is cobalt (Co), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu ), Zinc (Zn), zirconium (Zr), molybdenum (Mo), tin (Sn), calcium (Ca), strontium (Sr), and tungsten (W). m, n, p and q are 0.8 ≦ k ≦ 1.2, 0 <m <0.5, 0 ≦ n ≦ 0.5, m + n <1, −0.1 ≦ p ≦ 0.2, (It is a value within the range of 0 ≦ q ≦ 0.1. Note that the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of k represents the value in the fully discharged state.)
LirNi(1−s)M3sO(2−t)Fu…(3)
(式中、M3は、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)及びタングステン(W)から成る群のうちの少なくとも1種を表す。r、s、t及びuは、0.8≦r≦1.2、0.005≦s≦0.5、−0.1≦t≦0.2、0≦u≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、rの値は完全放電状態における値を表している。)
Li r Ni (1-s) M3 s O (2-t) Fu (3)
(In the formula, M3 is cobalt (Co), manganese (Mn), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), calcium (Ca), strontium (Sr) and tungsten (W). s, t, and u are values within the range of 0.8 ≦ r ≦ 1.2, 0.005 ≦ s ≦ 0.5, −0.1 ≦ t ≦ 0.2, and 0 ≦ u ≦ 0.1. Note that the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of r represents the value in a fully discharged state.)
LivMn2−wM4wOxFy…(4)
(式中、M4は、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)及びタングステン(W)から成る群のうちの少なくとも1種を表す。v、w、xおよびyは、0.9≦v≦1.1、0≦w≦0.6、3.7≦x≦4.1、0≦y≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、vの値は完全放電状態における値を表している。)
Li v Mn 2-w M4 w O x F y ... (4)
(In the formula, M4 is cobalt (Co), nickel (Ni), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe ), Copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tin (Sn), calcium (Ca), strontium (Sr), and tungsten (W). w, x, and y are values within the range of 0.9 ≦ v ≦ 1.1, 0 ≦ w ≦ 0.6, 3.7 ≦ x ≦ 4.1, and 0 ≦ y ≦ 0.1. Note that the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of v represents the value in a fully discharged state.)
LizM5PO4…(5)
(式中、M5は、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、タングステン(W)及びジルコニウム(Zr)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。zは、0.9≦z≦1.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、zの値は完全放電状態における値を表している。)
Li z M5PO 4 (5)
(Wherein M5 is cobalt (Co), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni), magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), titanium (Ti), vanadium (V ), Niobium (Nb), copper (Cu), zinc (Zn), molybdenum (Mo), calcium (Ca), strontium (Sr), tungsten (W), and zirconium (Zr). Z is a value in a range of 0.9 ≦ z ≦ 1.1, wherein the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of z represents a value in a complete discharge state. )
また、導電剤としては、例えばカーボンブラック又はグラファイトなどの炭素材料等が用いられる。更に、結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデントリフルオライド等が用いられる。 As the conductive agent, for example, a carbon material such as carbon black or graphite is used. Furthermore, as the binder, for example, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene trifluoride, or the like is used.
[負極]
負極活物質層22Bは、負極活物質として、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な負極材料のいずれか1種又は2種以上を含んでおり、正極活物質層と同様に、必要に応じて、導電剤と結着剤を含んでいてもよい。更に粘度調整剤などの充電に寄与しない他の材料を含んでいてもよい。ここで、例えば負極活物質、導電剤及び結着剤は均一に分散していればよく、その混合比は問わない。
[Negative electrode]
The negative electrode
リチウムを吸蔵及び放出することが可能な負極材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素、天然若しくは人造黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維又は活性炭などの炭素材料が挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークス又は石油コークスなどがある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素又は易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。これら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができ好ましい。また、難黒鉛化性炭素は、優れた特性が得られるので好ましい。更にまた、充放電電位が低いもの、具体的には充放電電位がリチウム金属に近いものが、電池の高エネルギー密度化を容易に実現することができるので好ましい。
また、例えば黒鉛の平均粒径は、10〜30μmであることが好ましい。30μmを超えると、非水電解質の界面が十分に形成されないことがあり、10μm未満であると、非水電解質の過剰な分解反応を防ぐことができないことがある。
Examples of negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium include non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, natural or artificial graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, and organic polymers. Carbon materials, such as a compound baking body, carbon fiber, or activated carbon, are mentioned. Among these, examples of coke include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. An organic polymer compound fired body is a carbonized material obtained by firing a polymer material such as a phenol resin or a furan resin at an appropriate temperature, and partially non-graphitizable carbon or graphitizable carbon. Some are classified as: These carbon materials are preferable because the change in crystal structure that occurs during charge and discharge is very small, a high charge and discharge capacity can be obtained, and good cycle characteristics can be obtained. In particular, graphite is preferable because it has a high electrochemical equivalent and can provide a high energy density. Further, non-graphitizable carbon is preferable because excellent characteristics can be obtained. Furthermore, those having a low charge / discharge potential, specifically, those having a charge / discharge potential close to that of lithium metal are preferable because a high energy density of the battery can be easily realized.
For example, the average particle diameter of graphite is preferably 10 to 30 μm. When the thickness exceeds 30 μm, the interface of the nonaqueous electrolyte may not be sufficiently formed. When the thickness is less than 10 μm, the excessive decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte may not be prevented.
リチウムを吸蔵及び放出することが可能な負極材料としては、また、リチウムを吸蔵及び放出することが可能であり、金属元素及び半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素として含む材料も挙げられる。このような材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるからである。特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるのでより好ましい。この負極材料は金属元素又は半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、また、これらの1種又は2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本明細書において、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物又はそれらのうちの2種以上が共存するものがある。 Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include materials capable of inserting and extracting lithium and including at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element. . This is because a high energy density can be obtained by using such a material. In particular, the use with a carbon material is more preferable because a high energy density can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained. This negative electrode material may be a single element or an alloy or a compound of a metal element or a metalloid element, or may have at least a part of one or more of these phases. Note that in this specification, alloys include those containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to those composed of two or more metal elements. Moreover, the nonmetallic element may be included. There are structures in which a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of them coexist.
この負極材料を構成する金属元素又は半金属元素としては、例えば、マグネシウム(Mg)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、パラジウム(Pd)又は白金(Pt)が挙げられる。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。 Examples of metal elements or metalloid elements constituting the negative electrode material include magnesium (Mg), boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), and germanium (Ge). ), Tin (Sn), lead (Pb), bismuth (Bi), cadmium (Cd), silver (Ag), zinc (Zn), hafnium (Hf), zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium (Pd) ) Or platinum (Pt). These may be crystalline or amorphous.
中でも、この負極材料としては、短周期型周期表における4B族の金属元素又は半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、特に好ましいのはケイ素(Si)及びスズ(Sn)の少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素(Si)及びスズ(Sn)は、リチウム(Li)を吸蔵及び放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。 Among these, as the negative electrode material, a material containing a 4B group metal element or metalloid element as a constituent element in the short-period type periodic table is preferable, and at least one of silicon (Si) and tin (Sn) is particularly preferable. It is included as an element. This is because silicon (Si) and tin (Sn) have a large ability to occlude and release lithium (Li), and a high energy density can be obtained.
スズ(Sn)の合金としては、例えば、スズ(Sn)以外の第2の構成元素として、ケイ素(Si)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)、マグネシウム(Mg)、バナジウム(V)、ガリウム(Ga)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、セリウム(Ce)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)及びクロム(Cr)から成る群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。ケイ素(Si)の合金としては、例えば、ケイ素(Si)以外の第2の構成元素として、スズ(Sn)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)及びクロム(Cr)から成る群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。 As an alloy of tin (Sn), for example, as a second constituent element other than tin (Sn), silicon (Si), nickel (Ni), copper (Cu), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), zinc (Zn), indium (In), silver (Ag), titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb), magnesium (Mg), vanadium (V), gallium At least of the group consisting of (Ga), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), cerium (Ce), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W) and chromium (Cr) The thing containing 1 type is mentioned. As an alloy of silicon (Si), for example, as a second constituent element other than silicon (Si), tin (Sn), nickel (Ni), copper (Cu), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), zinc (Zn), indium (In), silver (Ag), titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb) and chromium (Cr) at least The thing containing 1 type is mentioned.
スズ(Sn)の化合物又はケイ素(Si)の化合物としては、例えば、酸素(O)、炭素(C)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)又はリン(P)を含むものが挙げられ、スズ(Sn)又はケイ素(Si)に加えて、上述した第2の構成元素を含んでいてもよい。 Examples of the tin (Sn) compound or silicon (Si) compound include those containing oxygen (O), carbon (C), boron (B), aluminum (Al), or phosphorus (P), and tin. In addition to (Sn) or silicon (Si), the second constituent element described above may be included.
中でも、この負極材料としては、スズと、コバルトと、炭素とを構成元素として含むCoSnC含有材料であって、炭素の含有量が9.9〜29.7%以下であり、且つスズとコバルトとの合計含有量100重量部に対して、コバルトの含有量が30〜70重量部であるCoSnC含有材料が好ましい。このような組成範囲において高いエネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるからである。 Among these, as the negative electrode material, a CoSnC-containing material containing tin, cobalt, and carbon as constituent elements, the carbon content is 9.9 to 29.7% or less, and tin and cobalt are included. A CoSnC-containing material having a cobalt content of 30 to 70 parts by weight with respect to the total content of 100 parts by weight is preferable. This is because a high energy density can be obtained in such a composition range, and excellent cycle characteristics can be obtained.
このCoSnC含有材料は、必要に応じて更に他の構成元素を含んでいてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素、鉄、ニッケル、クロム、インジウム、ニオブ、ゲルマニウム、チタン、モリブデン、アルミニウム、リン(P),ガリウム(Ga)又はビスマスが好ましく、2種以上を含んでいてもよい。負極放電容量又はサイクル特性を更に向上させることができるからである。 This CoSnC-containing material may further contain other constituent elements as necessary. As other constituent elements, for example, silicon, iron, nickel, chromium, indium, niobium, germanium, titanium, molybdenum, aluminum, phosphorus (P), gallium (Ga) or bismuth is preferable, and two or more kinds are included. Also good. This is because the negative electrode discharge capacity or cycle characteristics can be further improved.
なお、このCoSnC含有材料は、スズと、コバルトと、炭素とを含む相を有しており、この相は結晶性の低い又は非晶質な構造を有していることが好ましい。また、このCoSnC含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素又は半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下はスズなどが凝集又は結晶化することによるものであると考えられるが、炭素が他の元素と結合することにより、そのような凝集又は結晶化を抑制することができるからである。 The CoSnC-containing material has a phase containing tin, cobalt, and carbon, and this phase preferably has a low crystallinity or an amorphous structure. Further, in this CoSnC-containing material, it is preferable that at least a part of carbon as a constituent element is bonded to a metal element or a metalloid element as another constituent element. The decrease in cycle characteristics is thought to be due to the aggregation or crystallization of tin or the like, but this is because such aggregation or crystallization can be suppressed by combining carbon with other elements. .
元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えばX線光電子分光法(X−ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)が挙げられる。XPSでは、炭素の1s軌道(C1s)のピークは、グラファイトであれば、金原子の4f軌道(Au4f)のピークが84.0eVに得られるようにエネルギー較正された装置において、284.5eVに現れる。また、表面汚染炭素であれば、284.8eVに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば炭素が金属元素又は半金属元素と結合している場合には、C1sのピークは、284.5eVよりも低い領域に現れる。即ち、CoSnC含有材料について得られるC1sの合成波のピークが284.5eVよりも低い領域に現れる場合には、CoSnC含有材料に含まれる炭素の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素又は半金属元素と結合している。 As a measuring method for examining the bonding state of elements, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) can be cited. In XPS, the peak of the carbon 1s orbital (C1s) appears at 284.5 eV in an energy calibrated apparatus so that the peak of the gold atom 4f orbital (Au4f) is obtained at 84.0 eV if it is graphite. . Moreover, if it is surface contamination carbon, it will appear at 284.8 eV. On the other hand, when the charge density of the carbon element is high, for example, when carbon is bonded to a metal element or a metalloid element, the C1s peak appears in a region lower than 284.5 eV. That is, when the peak of the synthetic wave of C1s obtained for the CoSnC-containing material appears in a region lower than 284.5 eV, at least a part of the carbon contained in the CoSnC-containing material is a metal element or a half of other constituent elements. Combined with metal elements.
なお、XPS測定では、スペクトルのエネルギー軸の補正に、例えばC1sのピークを用いる。通常、表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のC1sのピークを284.8eVとし、これをエネルギー基準とする。XPS測定では、C1sのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとCoSnC含有材料中の炭素のピークとを含んだ形として得られるので、例えば市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、CoSnC含有材料中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準(284.8eV)とする。 In XPS measurement, for example, the C1s peak is used to correct the energy axis of the spectrum. Usually, since surface-contaminated carbon exists on the surface, the C1s peak of the surface-contaminated carbon is set to 284.8 eV, which is used as an energy standard. In the XPS measurement, the waveform of the C1s peak is obtained as a shape including the surface contamination carbon peak and the carbon peak in the CoSnC-containing material. For example, by analyzing using a commercially available software, the surface contamination The carbon peak and the carbon peak in the CoSnC-containing material are separated. In the waveform analysis, the position of the main peak existing on the lowest bound energy side is used as the energy reference (284.8 eV).
また、導電剤としては、例えばカーボンファイバー、黒鉛繊維,金属繊維、金属粉末などが挙げられる。更に、結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデンなどのフッ素系高分子化合物や、スチレンブタジエンゴムあるいはエチレンプロピレンジエンゴムなどの合成ゴムなどが挙げられる。特に、1,3−ブタジエンの共重合体構造を有する合成ゴムは上述したように結着性に優れるため望ましい。更にまた、粘度調整剤としては、例えばカルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。 Examples of the conductive agent include carbon fiber, graphite fiber, metal fiber, and metal powder. Further, examples of the binder include fluorine-based polymer compounds such as polyvinylidene fluoride, and synthetic rubbers such as styrene butadiene rubber and ethylene propylene diene rubber. In particular, a synthetic rubber having a 1,3-butadiene copolymer structure is preferable because it has excellent binding properties as described above. Furthermore, examples of the viscosity modifier include carboxymethyl cellulose.
[三層セパレータ]
三層セパレータ24は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものであって、ポリエチレンとその他の材料とを含有すると共に三層構造を有することを要する。
上記その他の材料としては、例えばポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、アラミド、ポリイミド、ポリアクリロニトリルなどを挙げることができる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合ないし重合させて用いることもできる。更に、アルミナやシリカなどの金属酸化物に代表されるセラミックの少なくとも1種が含まれていてもよい。例えば金属酸化物を含む場合に、セパレータの全体にほぼ均一に金属酸化物粒子が含まれていてもよく、例えば多層状をなし、その一部の層に含まれるなどセパレータの一部に偏在していてもよい。なお、ポリオレフィン性の多孔質膜は、ショート防止効果に優れ、且つシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるので好ましい。
また、特に限定されるものではないが、典型的にはポリエチレン層を中間層とし、その両面に上記その他の材料から成り同一組成である層を設けることが好ましい。
[Three-layer separator]
The three-
Examples of the other materials include polypropylene, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, aramid, polyimide, polyacrylonitrile and the like. One of these may be used alone, or two or more of these may be mixed or polymerized. Furthermore, at least one kind of ceramics typified by metal oxides such as alumina and silica may be contained. For example, when a metal oxide is included, the metal oxide particles may be contained almost uniformly throughout the separator. For example, the separator may be unevenly distributed in a part of the separator, for example, in a multilayer shape. It may be. Polyolefin porous membranes are preferable because they are excellent in short-circuit prevention effects and can improve battery safety due to shutdown effects.
Further, although not particularly limited, it is typically preferable to use a polyethylene layer as an intermediate layer, and to provide layers having the same composition on both sides of the other materials.
[多孔質絶縁層]
多孔質絶縁層25は、絶縁性の金属酸化物を含むことを要する。かかる金属酸化物としては、例えばアルミナ、シリカ、マグネシア、チタニア、ジルコニアなどを挙げることができる。また、これらを含む多孔質絶縁層を形成する際には、多孔性や絶縁性を確保し得れば、例えばバインダーを用いてもよい。このようなバインダーとしては、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロースなどを用いることができる。
これらは単独で用いてもよく、混合ないし重合させて用いてもよい。
なお、多孔質絶縁層における多孔性はリチウムイオンを通過させるものであれば、特に限定されるものではなく、上記セパレータと同程度の多孔性を有していればよい。また、多孔質絶縁層における絶縁性については、セパレータと同程度であることが好ましい。更に、多孔質絶縁層は、セパレータよりも耐熱収縮性に優れていることが好ましい。三層セパレータと異なり、多孔質絶縁層は、その内部に耐熱性を向上させ得る金属酸化物が含まれているので、セパレータよりも多孔質絶縁層の耐熱収縮性を優れたものとすることができる。
[Porous insulation layer]
The porous insulating
These may be used alone or in combination or polymerized.
Note that the porosity of the porous insulating layer is not particularly limited as long as it allows lithium ions to pass therethrough, and the porous insulating layer only needs to have the same degree of porosity as the separator. Further, the insulating property of the porous insulating layer is preferably about the same as that of the separator. Furthermore, it is preferable that the porous insulating layer has better heat shrinkage resistance than the separator. Unlike the three-layer separator, the porous insulating layer contains a metal oxide that can improve the heat resistance inside, so that the heat-shrinkability of the porous insulating layer may be superior to that of the separator. it can.
[非水電解質]
非水電解質は、例えば上述した三層セパレータ24や多孔質絶縁層25、正極活物質層21B及び負極活物質層22Bの全部又は一部などに含有されている。このような非水電解質としては、例えば非水溶媒に電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることができる。
[Nonaqueous electrolyte]
The nonaqueous electrolyte is contained in, for example, all or part of the three-
電解質塩としては、電解液の高いイオン伝導性が得られるという観点から、例えば六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を含んでいるものを用いることが好ましい。 As the electrolyte salt, it is preferable to use, for example, one containing lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) from the viewpoint of obtaining high ionic conductivity of the electrolytic solution.
六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)の濃度は、電解液において、0.1〜2.0mol/kgの範囲内であることが好ましい。この範囲内でイオン伝導性をより高くすることができるからである。 The concentration of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is preferably in the range of 0.1 to 2.0 mol / kg in the electrolytic solution. This is because the ion conductivity can be further increased within this range.
電解質塩としては、更に他の電解質塩を混合して用いてもよい。他の電解質塩としては、例えば、LiBF4 、LiAsF6 、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)(SO2C2F5)、LiN(SO2CF3)(SO2C3F7)、LiN(SO2CF3)(SO2C4F9)、LiC(SO2CF3)3、LiAlCl4、LiSiF6、LiCl、LiSiF6、ジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、リチウムビスオキサレートボレート、LiBrなどが挙げられる。他の電解質塩は、1種を単独で混合して用いてもよく、複数種を混合して用いてもよい。
As the electrolyte salt, another electrolyte salt may be further mixed and used. Other electrolyte salts include, for example, LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5) 2, LiN (SO 2 CF 3) (SO 2 C 2 F 5), LiN (SO 2 CF 3) (SO 2 C 3 F 7), LiN (SO 2 CF 3) (SO 2
非水溶媒としては、例えば炭酸エチレン、炭酸プロピレンなどの環状の炭酸エステルを用いることができ、炭酸エチレン及び炭酸プロピレンのうちの一方、特に両方を混合して用いることが好ましい。サイクル特性を向上させることができるからである。 As the non-aqueous solvent, for example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate can be used, and it is preferable to use one of ethylene carbonate and propylene carbonate, particularly a mixture of both. This is because the cycle characteristics can be improved.
非水溶媒としては、また、これらの環状の炭酸エステルに加えて、例えば炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸メチルプロピルなどの鎖状の炭酸エステルを混合して用いることが好ましい。高いイオン伝導性を得ることができるからである。 As the non-aqueous solvent, in addition to these cyclic carbonates, it is preferable to use a mixture of chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and methyl propyl carbonate. This is because high ionic conductivity can be obtained.
これらの他にも、非水溶媒としては、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、炭酸ブチレン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピロニトリル、N,N−ジメチルフォルムアミド、N−メチルピロリジノン、N−メチルオキサゾリジノン、N,N−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、フルオロベンゼン、ジメチルスルフォキシド、リン酸トリメチルなどが挙げられる。
なお、非水溶媒は、1種を単独で用いてもよく、複数種を混合して用いてもよい。
In addition to these, non-aqueous solvents include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one, 4-trifluoromethyl-1,3- Dioxolan-2-one, 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1, 3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, methyl acetate, methyl propionate, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropironitrile, N, N-dimethylformamide, N-methyl Pyrrolidinone, N-methyloxazolidinone, N, N-dimethylimidazolidino Nitromethane, nitroethane, sulfolane, fluorobenzene, dimethyl sulfoxide, trimethyl phosphate and the like.
In addition, a non-aqueous solvent may be used individually by 1 type, and multiple types may be mixed and used for it.
中でも、比誘電率が30以上の高誘電率溶媒と、粘度が1mPa・s以下の低粘度溶媒とを混合して用いることが好ましい。これにより高いイオン伝導性を得ることができるからである。高誘電率溶媒としては、例えば環式化合物が挙げられ、炭酸エチレン、炭酸プロピレンなどの環状炭酸エステル、または4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンなどのハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体が好ましく、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンがより好ましく、特に、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンが望ましい。耐酸化性が高く、分解されにくいからである。
また、低粘度溶媒としては、例えば鎖式化合物が挙げられ、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルエチルなどの鎖状炭酸エステルが好ましい。高誘電率溶媒及び低粘度溶媒についても、1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。
Among them, it is preferable to use a mixture of a high dielectric constant solvent having a relative dielectric constant of 30 or more and a low viscosity solvent having a viscosity of 1 mPa · s or less. This is because high ion conductivity can be obtained. Examples of the high dielectric constant solvent include cyclic compounds such as cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-chloro-1,3-dioxolane. Cyclic carbonate derivatives having a halogen atom such as 2-one, 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, and 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one are preferred, 4-Fluoro-1,3-dioxolan-2-one and 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one are more preferred, and 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one is particularly desirable. This is because it has high oxidation resistance and is difficult to be decomposed.
Examples of the low-viscosity solvent include chain compounds, and chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate are preferable. As for the high dielectric constant solvent and the low viscosity solvent, one kind may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used.
非水電解質は液状であってもよいが、ゲル状であってもよい。ゲル状の非水電解質は、非水電解液をマトリクス高分子でゲル化して成る。
ゲル状の非水電解質は、非水電解液が、マトリクス高分子に含浸ないしは保持されるようになっている。かかるマトリクス高分子の膨潤やゲル化ないしは非流動化により、得られる電池で非水電解質の漏液が起こるのを効果的に抑制することができる。
上述した非水電解液としてはリチウムイオン二次電池に一般的に使用されるものを用いることができる。
The non-aqueous electrolyte may be liquid, but may be gel. The gel-like nonaqueous electrolyte is formed by gelling a nonaqueous electrolyte with a matrix polymer.
The gel-like nonaqueous electrolyte is configured such that a nonaqueous electrolyte is impregnated or held in a matrix polymer. By such swelling, gelation or non-fluidization of the matrix polymer, it is possible to effectively suppress leakage of the nonaqueous electrolyte in the obtained battery.
As the non-aqueous electrolyte described above, those generally used for lithium ion secondary batteries can be used.
ゲル状非水電解質は、上述の非水電解液をマトリクス高分子でゲル化して用いる。マトリクス高分子は、上記非水溶媒に上記電解質塩が溶解されて成る非水電解液に相溶可能であり、ゲル化できるものであればよい。このようなマトリクス高分子としては、ポリフッ化ビニリデン又はビニリデンフルオライドとの共重合体などのフッ素系高分子化合物、ポリエチレンオキサイド又はポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物やアクリレート系高分子化合物、ポリプロピレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリロニトリルを繰り返し単位に含むポリマーが挙げられる。
具体的には、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体や、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとモノクロロトリフルオロエチレンとの共重合体、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとモノメチルマレイン酸エステルとの共重合体などを挙げることができる。
特に、酸化還元安定性の観点からは、フッ化ビニリデンの重合体などのフッ素系高分子化合物を用いることが望ましい。
このようなポリマーは、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
As the gel-like nonaqueous electrolyte, the above-mentioned nonaqueous electrolyte solution is gelled with a matrix polymer. The matrix polymer is not particularly limited as long as it is compatible with a nonaqueous electrolytic solution obtained by dissolving the electrolyte salt in the nonaqueous solvent and can be gelled. Examples of such a matrix polymer include fluorine polymer compounds such as polyvinylidene fluoride or a copolymer with vinylidene fluoride, ether polymer compounds such as polyethylene oxide or a crosslinked product containing polyethylene oxide, and polymethacrylate. Examples thereof include polymers containing an ester polymer compound, an acrylate polymer compound, polypropylene oxide, polyacrylonitrile, or polymethacrylonitrile in a repeating unit.
Specifically, a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene, a copolymer of polyvinylidene fluoride, hexafluoropropylene, and monochlorotrifluoroethylene, polyvinylidene fluoride, hexafluoropropylene, and monomethylmaleic acid ester And the like.
In particular, from the viewpoint of redox stability, it is desirable to use a fluorine-based polymer compound such as a vinylidene fluoride polymer.
Such a polymer may be used individually by 1 type, and may mix and
次に、上述した二次電池の製造方法の一例につき説明する。
上述した円筒型二次電池は、以下のようにして製造することができる。
まず、正極21を作製する。例えば粒子状の正極活物質を用いる場合には、正極活物質と必要に応じて導電剤及び結着剤とを混合して正極合剤を調製し、N‐メチル‐2‐ピロリドンなどの分散媒に分散させて正極合剤スラリーを作製する。
次いで、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し乾燥させ、圧縮成型して正極活物質層21Bを形成する。
Next, an example of a method for manufacturing the secondary battery described above will be described.
The cylindrical secondary battery described above can be manufactured as follows.
First, the positive electrode 21 is produced. For example, when a particulate positive electrode active material is used, a positive electrode mixture is prepared by mixing the positive electrode active material and, if necessary, a conductive agent and a binder, and a dispersion medium such as N-methyl-2-pyrrolidone. To produce a positive electrode mixture slurry.
Next, the positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode
また、負極22を作製する。例えば粒子状の負極活物質を用いる場合には、負極活物質と必要に応じて導電剤及び結着剤とを混合して負極合剤を調製し、N‐メチル‐2‐ピロリドンや水などの分散媒に分散させて負極合剤スラリーを作製する。この後、この負極合剤スラリーを負極集電体22Aに塗布し乾燥させ、圧縮成型して負極活物質層22Bを形成する。
Moreover, the
更に、多孔質絶縁層25を作製する。例えば絶縁性の金属酸化物とバインダーとを混合し、N−メチル−2−ピロリドンなどの分散媒に分散させて混合液を作製する。次いで、上記得られた負極22にグラビアローラで多孔質絶縁層25を形成する。
Furthermore, the porous insulating
次いで、正極集電体21Aから正極リード16を導出し、負極集電体22Aから負極リード17を導出する。その後、例えば、正極21と負極22とを三層セパレータ24を介して巻回して巻回電極体20Aを形成し、正極リード16の先端部を安全弁機構12に溶接すると共に、負極リード17の先端部を電池缶31に溶接して、巻回した正極21及び負極22を一対の絶縁板11で挟み電池缶31の内部に収納する。正極21及び負極22を電池缶31の内部に収納した後、図示しない非水電解液を電池缶31の内部に注入し、三層セパレータ24や多孔質絶縁層25などに含浸させる。その後、電池缶31の開口端部に電池蓋32、安全弁機構12及び熱感抵抗素子13をガスケット14を介してかしめることにより固定する。これにより、図1及び図2に示した円筒型二次電池が完成する。
Next, the
なお、このような二次電池は、以下のように作製することもできる。
上述したように巻回電極体20Aを電池缶31に収納し、非水電解液を最後に電池缶に注入するのではなく、ゲル状の非水電解質を正極21及び負極22に形成し、正極21と負極22とを三層セパレータ24を介して巻回して電池素子20を形成し、これを電池缶31に収納してもよい。
In addition, such a secondary battery can also be produced as follows.
As described above, the wound electrode body 20A is accommodated in the battery can 31, and the nonaqueous electrolyte is not finally poured into the battery can, but a gel-like nonaqueous electrolyte is formed on the positive electrode 21 and the
図3は、本発明の非水電解質二次電池の第2の実施形態であって、ラミネート型二次電池の一例を示す分解斜視図である。
同図に示すように、この二次電池は、正極リード16と負極リード17が取り付けられた電池素子20をフィルム状の外装部材30の内部に封入して構成されている。正極リード16及び負極リード17は、外装部材30の内部から外部に向かって、例えば同一方向にそれぞれ導出されている。正極リード16及び負極リード17は、例えばアルミニウム(Al)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)又はステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成される。
FIG. 3 is an exploded perspective view showing an example of a laminated secondary battery according to the second embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention.
As shown in the figure, the secondary battery is configured by enclosing a battery element 20 to which a
外装部材30は、例えばナイロンフィルム、アルミニウム箔及びポリエチレンフィルムをこの順に張り合わせた矩形状のラミネートフィルム33により構成されている。外装部材30は、例えばポリエチレンフィルム側と電池素子20とが対向するように配設されており、各外縁部が融着又は接着剤により互いに接合されている。
外装部材30と正極リード16及び負極リード17との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム34が挿入されている。密着フィルム34は、正極リード16及び負極リード17に対して密着性を有する材料により構成され、例えば正極リード16及び負極リード17が上述した金属材料から構成される場合には、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン又は変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されることが好ましい。
The exterior member 30 is configured by a
An
なお、外装部材30は、上述したラミネートフィルムに代えて、他の構造、例えば金属材料を有さないラミネートフィルム、ポリプロピレンなどの高分子フィルム又は金属フィルムなどにより構成してもよい。
ここで、ラミネートフィルムの一般的な構成は、外装層/金属箔/シーラント層の積層構造で表すことができ(但し、外装層及びシーラント層は複数層で構成されることがある。)、上記の例では、ナイロンフィルムが外装層、アルミニウム箔が金属箔、ポリエチレンフィルムがシーラント層に相当する。
なお、金属箔としては、耐透湿性のバリア膜として機能すれば十分であり、アルミニウム箔のみならず、ステンレス箔、ニッケル箔及びメッキを施した鉄箔などを使用することができるが、薄く軽量で加工性に優れるアルミニウム箔を好適に用いることができる。
In addition, the exterior member 30 may be configured by another structure, for example, a laminate film having no metal material, a polymer film such as polypropylene, or a metal film, instead of the above-described laminate film.
Here, the general structure of a laminate film can be represented by the laminated structure of exterior layer / metal foil / sealant layer (however, the exterior layer and sealant layer may be composed of a plurality of layers), and the above. In this example, the nylon film corresponds to the exterior layer, the aluminum foil corresponds to the metal foil, and the polyethylene film corresponds to the sealant layer.
In addition, as metal foil, it is sufficient if it functions as a moisture-permeable barrier film, and not only aluminum foil but also stainless steel foil, nickel foil and plated iron foil can be used, but it is thin and lightweight. Thus, an aluminum foil excellent in workability can be suitably used.
外装部材として、使用可能な構成を(外装層/金属箔/シーラント層)の形式で列挙すると、Ny(ナイロン)/Al(アルミニウム)/CPP(無延伸ポリプロピレン)、PET(ポリエチレンテレフタレート)/Al/CPP、PET/Al/PET/CPP、PET/Ny/Al/CPP、PET/Ny/Al/Ny/CPP、PET/Ny/Al/Ny/PE(ポリエチレン)、Ny/PE/Al/LLDPE(直鎖状低密度ポリエチレン)、PET/PE/Al/PET/LDPE(低密度ポリエチレン)、及びPET/Ny/Al/LDPE/CPPなどがある。 As the exterior member, usable configurations are listed in the form of (exterior layer / metal foil / sealant layer): Ny (nylon) / Al (aluminum) / CPP (unstretched polypropylene), PET (polyethylene terephthalate) / Al / CPP, PET / Al / PET / CPP, PET / Ny / Al / CPP, PET / Ny / Al / Ny / CPP, PET / Ny / Al / Ny / PE (polyethylene), Ny / PE / Al / LLDPE (direct) Chain low density polyethylene), PET / PE / Al / PET / LDPE (low density polyethylene), and PET / Ny / Al / LDPE / CPP.
図4は、図3に示した電池素子20のIV−IV線に沿った模式的な断面図である。同図に示すように、電池素子20は、正極21と負極22と非水電解質から成る非水電解質層23及び三層セパレータ24を介して対向して位置し、巻回されているものであり、最外周部は保護テープ26により保護されている。また、負極22は、その片面又は両面に多孔質絶縁層25を有している。
なお、各構成の詳細は、第1の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV of the battery element 20 shown in FIG. As shown in the figure, the battery element 20 is positioned so as to face each other with a positive electrode 21, a
Note that the details of each configuration are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
また、上述したラミネート型二次電池は、以下のようにして製造することができる。
まず、正極21を作製する。例えば粒子状の正極活物質を用いる場合には、正極活物質と必要に応じて導電剤及び結着剤とを混合して正極合剤を調製し、N‐メチル‐2‐ピロリドンなどの分散媒に分散させて正極合剤スラリーを作製する。
次いで、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し乾燥させ、圧縮成型して正極活物質層21Bを形成する。
The laminated secondary battery described above can be manufactured as follows.
First, the positive electrode 21 is produced. For example, when a particulate positive electrode active material is used, a positive electrode mixture is prepared by mixing the positive electrode active material and, if necessary, a conductive agent and a binder, and a dispersion medium such as N-methyl-2-pyrrolidone. To produce a positive electrode mixture slurry.
Next, the positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode
また、負極22を作製する。例えば粒子状の負極活物質を用いる場合には、負極活物質と必要に応じて導電剤及び結着剤とを混合して負極合剤を調製し、N‐メチル‐2‐ピロリドンや水などの分散媒に分散させて負極合剤スラリーを作製する。この後、この負極合剤スラリーを負極集電体22Aに塗布し乾燥させ、圧縮成型して負極活物質層22Bを形成する。
Moreover, the
更に、多孔質絶縁層25を作製する。例えば絶縁性の金属酸化物とバインダーとを混合し、N−メチル−2−ピロリドンなどの分散媒に分散させて混合液を作製する。次いで、上記得られた負極22にグラビアローラで多孔質絶縁層25を形成する。
Furthermore, the porous insulating
次いで、正極21に正極リード16を取り付けるとともに、負極22に負極リード17を取り付けた後、三層セパレータ24、正極21、三層セパレータ24及び負極22を順次積層して巻回し、最外周部に保護テープ26を接着して巻回電極体20Aを形成する。更に、この巻回電極体20Aをラミネートフィルム33で挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とする。
Next, the
しかる後、六フッ化リン酸リチウムなどの電解質塩と、炭酸エチレンなどの非水溶媒を含む非水電解質を準備し、ラミネートフィルム33の開口部から巻回電極体20Aの内部に注入して、ラミネートフィルム33の開口部を熱融着し封入する。これにより、非水電解質組成物層23が形成され、図3及び図4に示したラミネート型二次電池が完成する。
Thereafter, an electrolyte salt such as lithium hexafluorophosphate and a nonaqueous electrolyte containing a nonaqueous solvent such as ethylene carbonate are prepared, and injected into the wound electrode body 20A from the opening of the
なお、この二次電池は次のようにして製造してもよい。
上述したように巻回電極体20Aを作製してから非水電解質を注入するのではなく、正極21及び負極22の上、又は三層セパレータ24に、六フッ化リン酸リチウムなどの電解質塩及び炭酸エチレンなどの非水溶媒を含有する非水電解液と高分子マトリクスのモノマー又はポリマーとを含む非水電解質層23を形成した後に巻回し、ラミネートフィルム33の内部に封入するようにしてもよい。
In addition, you may manufacture this secondary battery as follows.
Instead of injecting the nonaqueous electrolyte after producing the wound electrode body 20A as described above, an electrolyte salt such as lithium hexafluorophosphate and the like on the positive electrode 21 and the
以上に説明した二次電池では、充電を行うと、正極活物質層21Bからリチウムイオンが放出され、図示しない非水電解質や非水電解質層23を介して負極活物質層22Bに吸蔵される。放電を行うと、負極活物質層22Bからリチウムイオンが放出され、非水電解質を介して正極活物質層21Bに吸蔵される。
In the secondary battery described above, when charged, lithium ions are released from the positive electrode
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明する。具体的には、以下の各例に記載したような操作を行い、図1及び図2に示したような円筒型二次電池を作製し、その性能を評価した。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. Specifically, the operations described in the following examples were performed to produce a cylindrical secondary battery as shown in FIGS. 1 and 2, and its performance was evaluated.
(実施例1−1〜実施例1−4)
<正極の作製>
まず、炭酸リチウム0.5molと炭酸コバルト1molとを混合し、次いで、この混合物を空気雰囲気下、890℃で5時間焼成して、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)を合成し、しかる後、これを平均粒径10μmの粉末にした。
なお、得られたリチウムコバルト複合酸化物についてX線回折測定を行った結果、JCPDSファイルに登録されたリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)のスペクトルと良く一致していた。
得られた粉末を芯粒子として、その表面にLiMn0.5Ni0.5O2微粒子を高速気流中、衝撃法によって被覆して、正極活物質であるLiCoO2の複合粒子を作製した。
(Example 1-1 to Example 1-4)
<Preparation of positive electrode>
First, 0.5 mol of lithium carbonate and 1 mol of cobalt carbonate were mixed, and then this mixture was fired at 890 ° C. for 5 hours in an air atmosphere to synthesize lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ). This was made into a powder having an average particle size of 10 μm.
As a result of X-ray diffraction measurement of the obtained lithium cobalt composite oxide, it was in good agreement with the spectrum of lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) registered in the JCPDS file.
The obtained powder was used as a core particle, and the surface thereof was coated with LiMn 0.5 Ni 0.5 O 2 fine particles in a high-speed air stream by an impact method to produce composite particles of LiCoO 2 as a positive electrode active material.
次に、このLiCoO2の複合粒子94重量部と、導電剤としてケッチェンブラック(アモルファス性炭素粉)3重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン3重量部とを混合し、N−メチル−2−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーを得た。次いで、得られた正極合剤スラリーを、厚み20μmの帯状のアルミニウム箔より成る正極集電体の両面に均一に塗布し、乾燥し、圧縮成型して、正極活物質層を形成し、正極を作製した。その後、正極集電体の一端にアルミニウム製の正極リードを取り付けた。 Next, 94 parts by weight of the LiCoO 2 composite particles, 3 parts by weight of ketjen black (amorphous carbon powder) as a conductive agent, and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed, and N-methyl- A positive electrode mixture slurry was obtained by dispersing in 2-pyrrolidone. Next, the obtained positive electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of a positive electrode current collector made of a strip-shaped aluminum foil having a thickness of 20 μm, dried, and compression molded to form a positive electrode active material layer. Produced. Thereafter, an aluminum positive electrode lead was attached to one end of the positive electrode current collector.
<負極の作製>
また、負極活物質として平均粒径20μmの粒状天然黒鉛粉末(三菱化学製10−17G)96重量部と、導電剤としてカーボンファイバー(昭和電工製SDG−H)1重量部と、結着材としてスチレン−ブタジエン共重合体のアクリル酸変性体(日本ゼオン(株)製のBM−400B、固形分40%)1.5重量部と、粘度調整剤としてカルボキシメチルセルロース1.5重量部とを混合し、適量の水に分散させて負極合剤スラリーを得た。次いで、得られた負極合剤スラリーを、厚み15μmの帯状の銅箔より成る負極集電体の両面に均一に塗布し、乾燥し、圧縮成型して、負極活物質層を形成し、負極を作製した。その際、正極活物質の量と負極活物質の量とを調整し、完全充電時における開回路電圧(すなわち電池電圧)を下記に示す表1中の値となるように設計した。
<Production of negative electrode>
Also, 96 parts by weight of a granular natural graphite powder (Mitsubishi Chemical 10-17G) having an average particle size of 20 μm as a negative electrode active material, 1 part by weight of carbon fiber (SDG-H made by Showa Denko) as a conductive agent, and Mix 1.5 parts by weight of acrylic acid modified styrene-butadiene copolymer (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., BM-400B, solid content 40%) and 1.5 parts by weight of carboxymethyl cellulose as a viscosity modifier. The mixture was dispersed in an appropriate amount of water to obtain a negative electrode mixture slurry. Next, the obtained negative electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of a negative electrode current collector made of a strip-shaped copper foil having a thickness of 15 μm, dried, and compression molded to form a negative electrode active material layer. Produced. At that time, the amount of the positive electrode active material and the amount of the negative electrode active material were adjusted, and the open circuit voltage (that is, the battery voltage) at the time of full charge was designed to be the value shown in Table 1 below.
<多孔質絶縁層の作製>
絶縁性の金属酸化物としてアルミナ粒子粉末80重量部と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン20重量部とを混合し、N−メチル−2−ピロリドンに分散させて混合液を得た。次いで、上記得られた負極にコーターで塗布し、グラビアローラで膜厚を制御し、次いで、120℃雰囲気の乾燥器に負極を通して溶媒を除去し、負極に5μm厚さの多孔質絶縁層を形成した。その後、負極集電体の一端にニッケル製の負極リードを取り付けた。
<Preparation of porous insulating layer>
80 parts by weight of alumina particle powder as an insulating metal oxide and 20 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a mixed solution. Next, apply to the negative electrode obtained above with a coater, control the film thickness with a gravure roller, then remove the solvent through the negative electrode through a dryer at 120 ° C. atmosphere to form a 5 μm thick porous insulating layer on the negative electrode did. Thereafter, a nickel negative electrode lead was attached to one end of the negative electrode current collector.
<非水電解質の作製>
非水電解質としては、炭酸エチレン:炭酸プロピレン:炭酸ジメチル:炭酸エチルメチル:4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)=25:5:60:5:5(重量比)の割合で混合した非水溶媒に、LiPF6を濃度が1.2mol/kgとなるように溶解させた非水電解液を用いた。
<Preparation of nonaqueous electrolyte>
As the non-aqueous electrolyte, ethylene carbonate: propylene carbonate: dimethyl carbonate: ethyl methyl carbonate: 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC) = 25: 5: 60: 5: 5 (weight ratio) A non-aqueous electrolyte solution in which LiPF 6 was dissolved in a non-aqueous solvent mixed at a ratio to a concentration of 1.2 mol / kg was used.
<電池の組み立て>
得られた正極と負極を、三層構造を有する微多孔性セパレータ(厚さ:15μm、構成;ポリプロピレン(PP)/ポリエチレン(PE)/ポリプロピレン(PP))を介して積層して多数回巻き取り、巻回電極体(外径:17.5mm)を作製した。この巻回電極体を一対の絶縁板で挟み、負極リードをニッケルめっきした鋼製の電池缶の底部に溶接すると共に、正極リードを安全弁機構の突起部に溶接し、電池缶に入れた。その後、この電池缶に得られた非水電解液を減圧方式により注入後、絶縁封口ガスケットを介して電池蓋を鋼製の電池缶にかしめ、安全弁機構、熱感抵抗素子及び電池蓋を固定し、各例の円筒型二次電池(直径:18mm、高さ:65mm)を得た。
<Battery assembly>
The obtained positive electrode and negative electrode are laminated via a microporous separator having a three-layer structure (thickness: 15 μm, configuration: polypropylene (PP) / polyethylene (PE) / polypropylene (PP)) and wound up many times. A wound electrode body (outer diameter: 17.5 mm) was produced. The wound electrode body was sandwiched between a pair of insulating plates and the negative electrode lead was welded to the bottom of a nickel-plated steel battery can, and the positive electrode lead was welded to the protrusion of the safety valve mechanism and placed in the battery can. Then, after injecting the non-aqueous electrolyte obtained in this battery can by a decompression method, the battery lid is caulked to the steel battery can through an insulating sealing gasket, and the safety valve mechanism, the heat sensitive resistance element and the battery lid are fixed. The cylindrical secondary battery (diameter: 18 mm, height: 65 mm) of each example was obtained.
(実施例2−1〜実施例2−4)
多孔質絶縁層の作製に当たり、負極に代えて正極を用い、正極に形成したこと以外は、それぞれ実施例1−1〜実施例1−4と同様の操作を繰り返して、各例の円筒型二次電池を得た。
(Example 2-1 to Example 2-4)
In producing the porous insulating layer, the same procedure as in Example 1-1 to Example 1-4 was repeated except that the positive electrode was used instead of the negative electrode and the positive electrode was formed. The next battery was obtained.
(比較例1−1〜比較例1−4)
多孔質絶縁層の作製を行わず、電池の組み立てに当たり、三層構造を有する微多孔性セパレータ(厚さ:15μm、構成;PP/PE/PP)に代えて、三層構造を有する微多孔性セパレータ(厚さ:20μm、構成;PP/PE/PP)を用いたこと以外は、それぞれ実施例1−1〜実施例1−4と同様の操作を繰り返して、各例の円筒型二次電池を得た。
(Comparative Example 1-1 to Comparative Example 1-4)
When the battery is assembled without producing a porous insulating layer, a microporous separator having a three-layer structure is used instead of a microporous separator having a three-layer structure (thickness: 15 μm, configuration: PP / PE / PP). Except for using a separator (thickness: 20 μm, configuration; PP / PE / PP), the same operations as in Examples 1-1 to 1-4 were repeated, respectively. Got.
(比較例2−1〜比較例2−4)
電池の組み立てに当たり、三層構造を有する微多孔性セパレータ(厚さ:15μm、構成;PP/PE/PP)に代えて、単層構造を有する微多孔性セパレータ(厚さ:15μm、構成:PE)を用いたこと以外は、それぞれ実施例1−1〜実施例1−4と同様の操作を繰り返して、各例の円筒型二次電池を得た。
(Comparative Example 2-1 to Comparative Example 2-4)
In assembling the battery, instead of the microporous separator having a three-layer structure (thickness: 15 μm, configuration; PP / PE / PP), the microporous separator having a single-layer structure (thickness: 15 μm, configuration: PE) ) Was used, and the same operations as in Example 1-1 to Example 1-4 were repeated to obtain cylindrical secondary batteries of the respective examples.
(比較例3−1〜比較例3−4)
多孔質絶縁層の作製に当たり、負極に代えて正極を用い、正極に形成し、電池の組み立てに当たり、三層構造を有する微多孔性セパレータ(厚さ:15μm、構成;PP/PE/PP)に代えて、単層構造を有する微多孔性セパレータ(厚さ:15μm、構成:PE)を用いたこと以外は、それぞれ実施例1−1〜実施例1−4と同様の操作を繰り返して、各例の円筒型二次電池を得た。
(Comparative Example 3-1 to Comparative Example 3-4)
In the production of the porous insulating layer, the positive electrode is used instead of the negative electrode, the positive electrode is formed on the positive electrode, and the microporous separator (thickness: 15 μm, configuration: PP / PE / PP) having a three-layer structure is assembled in assembling the battery. Instead, except that a microporous separator having a single layer structure (thickness: 15 μm, configuration: PE) was used, the same operations as in Example 1-1 to Example 1-4 were repeated, respectively. An example cylindrical secondary battery was obtained.
(比較例4−1〜比較例4−5)
正極及び負極の作製に当たり、正極活物質の量と負極活物質の量とを調整し、完全充電時における開回路電圧(すなわち電池電圧)を下記に示す表1中の値となるように設計したこと以外は、それぞれ実施例1−1、実施例2−1、比較例1−1、比較例2−1及び比較例3−1と同様の操作を繰り返して、各例の円筒型二次電池を得た。各例の仕様を表1に示す。
(Comparative Example 4-1 to Comparative Example 4-5)
In preparation of the positive electrode and the negative electrode, the amount of the positive electrode active material and the amount of the negative electrode active material were adjusted, and the open circuit voltage (that is, the battery voltage) at the time of full charge was designed to be the value shown in Table 1 below. Except for the above, the same operations as in Example 1-1, Example 2-1, Comparative Example 1-1, Comparative Example 2-1 and Comparative Example 3-1 were repeated, and the cylindrical secondary batteries of the respective examples. Got. Table 1 shows the specifications of each example.
[性能評価]
上記各例の円筒型二次電池について、サイクル特性値(%)及び貫通ショート安全性を以下のようにして評価した。
[Performance evaluation]
With respect to the cylindrical secondary battery of each of the above examples, the cycle characteristic value (%) and the through-short safety were evaluated as follows.
<サイクル特性評価>
25℃の環境中において、所定電圧、2000mAで定電流定電圧充電を行い、引き続き1500mAの定電流で電池電圧が3Vに達するまで定電流放電を行い、この充放電を繰り返した。1サイクル目の放電容量と100サイクル目の放電容量とから、次の式[1]により放電容量維持率を算出し、これをサイクル特性値(%)とした。得られた結果を表1に併記する。
サイクル特性値(%)=(100サイクル目の放電容量)/(1サイクル目の放電容量)×100(%)…[1]
<Cycle characteristic evaluation>
In an environment of 25 ° C., constant current and constant voltage charging was performed at a predetermined voltage of 2000 mA, and then constant current discharging was performed at a constant current of 1500 mA until the battery voltage reached 3 V, and this charging and discharging was repeated. From the discharge capacity at the first cycle and the discharge capacity at the 100th cycle, the discharge capacity retention rate was calculated by the following equation [1], and this was defined as the cycle characteristic value (%). The obtained results are also shown in Table 1.
Cycle characteristic value (%) = (discharge capacity at the 100th cycle) / (discharge capacity at the first cycle) × 100 (%)... [1]
<貫通ショート安全性>
満充電された円筒型二次電池を、5φの釘で、電池の長手軸に垂直に、30mm/秒以上の速度で、中心を完全に貫通させた。電池の状態を確認し、火花、煙、発火が確認されれば「NG」、確認されなければ「OK」とした。得られた結果を表1に併記する。
<Through short safety>
A fully charged cylindrical secondary battery was completely penetrated through the center with a 5φ nail perpendicular to the longitudinal axis of the battery at a speed of 30 mm / second or more. The state of the battery was confirmed. If spark, smoke, or ignition was confirmed, “NG” was indicated. If not confirmed, “OK” was indicated. The obtained results are also shown in Table 1.
表1より、本発明の範囲に属する実施例1−1〜実施例1−4及び実施例2−1〜実施例2−4は、本発明外の比較例1−1〜比較例1−4、比較例2−1〜比較例2−4及び比較例3−1〜比較例3−4と比較して、各充電電圧において、優れたサイクル特性を有することが分かる。
また、実施例1−1〜実施例1−4及び及び実施例2−1〜実施例2−4と、比較例2−1〜比較例2−4において、サイクル後のセパレータを調べたところ、比較例2−1〜比較例2−4のセパレータにおいてはセパレータが酸化されて微小ショートが起こっていることが分かり、これにより、サイクル特性が低下していたことが分かった。
更に、正極側と負極側のいずれに多孔質絶縁層を設けた場合においても、サイクル特性があまり変わらないことが分かるが、貫通ショート安全性の結果から、負極側に多孔質絶縁層を設けた場合に貫通ショート安全性が向上することが分かる。これは正極活物質に比較して、負極活物質は電気伝導性が良いため、ショート時の発熱量が大きく、正極に比べて保護した場合の効果が高いからであると考えられる。
From Table 1, Examples 1-1 to 1-4 and Examples 2-1 to 2-4 belonging to the scope of the present invention are Comparative Examples 1-1 to 1-4 outside the present invention. Compared with Comparative Example 2-1 to Comparative Example 2-4 and Comparative Example 3-1 to Comparative Example 3-4, it can be seen that each charging voltage has excellent cycle characteristics.
Further, in Example 1-1 to Example 1-4 and Example 2-1 to Example 2-4 and Comparative Example 2-1 to Comparative Example 2-4, the separator after the cycle was examined. In the separators of Comparative Example 2-1 to Comparative Example 2-4, it was found that the separator was oxidized and a micro short circuit occurred, and thus it was found that the cycle characteristics were deteriorated.
Furthermore, it can be seen that the cycle characteristics do not change much when the porous insulating layer is provided on either the positive electrode side or the negative electrode side. However, from the result of the through-short safety, the porous insulating layer is provided on the negative electrode side. It can be seen that the through-short safety is improved. This is presumably because the negative electrode active material has better electrical conductivity than the positive electrode active material, and therefore generates a large amount of heat when short-circuited, and is more effective when protected than the positive electrode.
(実施例3−1〜実施例3−4)
多孔質絶縁層の作製に当たり、表2に示すように多孔質絶縁層の厚みを変化させ、電池の組み立てに当たり、表2に示すように厚みの異なるセパレータを用いたこと以外は、実施例1−2と同様の操作を繰り返して、各例の円筒型二次電池を得た。
(Example 3-1 to Example 3-4)
In producing the porous insulating layer, the thickness of the porous insulating layer was changed as shown in Table 2, and in assembling the battery, separators having different thicknesses were used as shown in Table 2 except for using the separator of Example 1- The same operation as 2 was repeated to obtain cylindrical secondary batteries of the respective examples.
(実施例3−5及び実施例3−6)
多孔質絶縁層の作製に当たり、表2に示すように多孔質絶縁層に含まれる金属酸化物の種類を変えたこと以外は、実施例1−2と同様の操作を繰り返して、各例の円筒型二次電池を得た。各例の仕様を実施例1−2の仕様と共に表2に示す。また、上記同様にサイクル特性値を測定・算出した。得られた結果を表2に併記する。
(Example 3-5 and Example 3-6)
In producing the porous insulating layer, the same operation as in Example 1-2 was repeated except that the type of the metal oxide contained in the porous insulating layer was changed as shown in Table 2, and the cylinder of each example A type secondary battery was obtained. The specifications of each example are shown in Table 2 together with the specifications of Example 1-2. In addition, cycle characteristic values were measured and calculated in the same manner as described above. The obtained results are also shown in Table 2.
表2より、多孔質絶縁層の厚みは1〜8μmが好ましいことが分かった。多孔質絶縁層の厚みが厚い場合に、サイクル特性が低下する理由としては、PP/PE/PPの三層セパレータの厚みが薄くなるため、正極側での耐酸化性が低下するためであると考えられる。
一方、多孔質絶縁層の厚みが薄い場合に、サイクル特性が低下する理由としては、絶縁層の透気度がセパレータに比べて低く、絶縁層が厚くなった場合に十分なリチウムイオンの拡散が十分でないためであると考えられる。
また、実施例1−2と実施例3−5及び実施例3−6とを比較した場合に、サイクル特性に差は見られなかった。絶縁性であり、電池内で安定であり、更にバインダーとの結着性が確保できる適度な粒径を有する金属酸化物であれば、同様の使用が可能と考えられる。
From Table 2, it was found that the thickness of the porous insulating layer is preferably 1 to 8 μm. When the thickness of the porous insulating layer is large, the reason why the cycle characteristics are lowered is that the thickness of the three-layer separator of PP / PE / PP is thinned, so that the oxidation resistance on the positive electrode side is lowered. Conceivable.
On the other hand, when the thickness of the porous insulating layer is thin, the cycle characteristics are deteriorated because the air permeability of the insulating layer is lower than that of the separator, and sufficient diffusion of lithium ions is achieved when the insulating layer is thick. This is probably because it is not enough.
Moreover, when Example 1-2 was compared with Example 3-5 and Example 3-6, the difference in a cycle characteristic was not seen. It is considered that the same use is possible as long as it is a metal oxide having an appropriate particle size that is insulative, stable in the battery, and can secure the binding property with the binder.
(実施例4−1〜実施例4−4)
負極の作製に当たり、表3に示すように平均粒径の異なる粒状天然黒鉛粉末を用いたこと以外は、実施例1−2と同様の操作を繰り返して、各例の円筒型二次電池を得た。各例の仕様を実施例1−2の仕様と共に表3に示す。また、上記同様にサイクル特性値を測定・算出した。得られた結果を表3に併記する。
(Example 4-1 to Example 4-4)
In producing the negative electrode, the same operations as in Example 1-2 were repeated except that granular natural graphite powders having different average particle diameters were used as shown in Table 3 to obtain cylindrical secondary batteries of the respective examples. It was. The specifications of each example are shown in Table 3 together with the specifications of Example 1-2. In addition, cycle characteristic values were measured and calculated in the same manner as described above. The results obtained are also shown in Table 3.
表3より、黒鉛の平均粒径は、10〜30μmが好ましいことが分かった。30μmを超えると、非水電解質の界面が十分に形成されないことがあり、10μm未満であると、非水電解質の過剰な分解反応を防ぐことができないことがあるためと考えられる。 From Table 3, it was found that the average particle size of graphite is preferably 10 to 30 μm. If it exceeds 30 μm, the interface of the nonaqueous electrolyte may not be sufficiently formed, and if it is less than 10 μm, excessive decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte may not be prevented.
(実施例5−1〜実施例5−4)
負極の作製に当たり、表4に示すようにカーボンファイバーの含有量を変えた(なお、カーボンファイバーの含有量を増加又は減少させるに際し、天然黒鉛粉末の含有量をそれぞれ減少又は増加させて、負極活物質の割合を一定にした。)こと以外は、実施例1−2と同様の操作を繰り返して、各例の円筒型二次電池を得た。
なお、カーボンファイバーを10%添加した場合、電極をうまく作製させることができなかった。各例の仕様を実施例1−2の仕様と共に表4に示す。また、上記同様にサイクル特性値を測定・算出した。得られた結果を表4に併記する。
(Example 5-1 to Example 5-4)
In producing the negative electrode, the carbon fiber content was changed as shown in Table 4 (in addition, when the carbon fiber content was increased or decreased, the content of the natural graphite powder was decreased or increased, respectively. A cylindrical secondary battery of each example was obtained by repeating the same operation as in Example 1-2 except that the ratio of the substances was constant.
When 10% of carbon fiber was added, the electrode could not be produced successfully. The specifications of each example are shown in Table 4 together with the specifications of Example 1-2. In addition, cycle characteristic values were measured and calculated in the same manner as described above. The obtained results are also shown in Table 4.
表4より、負極合剤におけるカーボンファイバーの含有量は1〜5%であることが好ましいことが分かった。カーボンファイバーの添加量に最適値があるのは、添加により膨張時の電極内の電子伝導性の確保が可能になることと、電極作製時に多量に添加すると、塗布前の電極性状が悪化するためであると考えられる。
なお、カーボンファイバーの含有量を10%とした場合、本実施例においては、電極を所望の形状に作製することができなかった。
From Table 4, it was found that the content of carbon fiber in the negative electrode mixture was preferably 1 to 5%. There is an optimum value for the amount of carbon fiber added because it makes it possible to ensure the electron conductivity in the electrode during expansion, and if it is added in a large amount during electrode preparation, the electrode properties before coating deteriorate. It is thought that.
When the carbon fiber content was 10%, in this example, the electrode could not be produced in a desired shape.
(実施例6−1〜実施例6−3)
負極活物質はメカノケミカル反応を利用して合成し、その組成は、表5に示したように変化させた。具体的には、第2の構成元素をコバルト,鉄,マグネシウム,チタン,バナジウム,クロム,マンガン,ニッケル,銅,亜鉛,ガリウム,ジルコニウム,ニオブ,モリブデン,銀,インジウム,セリウム,ハフニウム,タンタル,タングステン、ケイ素又はビスマスと変化させ、第3の構成元素は炭素とした。
(Example 6-1 to Example 6-3)
The negative electrode active material was synthesized using a mechanochemical reaction, and its composition was changed as shown in Table 5. Specifically, the second constituent element is cobalt, iron, magnesium, titanium, vanadium, chromium, manganese, nickel, copper, zinc, gallium, zirconium, niobium, molybdenum, silver, indium, cerium, hafnium, tantalum, tungsten. , Silicon or bismuth, and the third constituent element was carbon.
負極は、得られた負極活物質粉末80重量部と、導電剤として人造黒鉛(ロンザ製 KS−15)14重量部およびアセチレンブラック1重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン5重量部とを混合し、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて、負極集電体に塗布して負極活物質層を形成することにより作製した。他は実施例1−2と同様の操作を繰り返して、各例の円筒型二次電池を得た。 The negative electrode comprises 80 parts by weight of the obtained negative electrode active material powder, 14 parts by weight of artificial graphite (KS-15 made by Lonza) and 1 part by weight of acetylene black as a conductive agent, and 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder. It mixed and disperse | distributed to N-methyl-2-pyrrolidone which is a solvent, and it apply | coated to the negative electrode collector, and produced by forming a negative electrode active material layer. Otherwise, the same operation as in Example 1-2 was repeated to obtain a cylindrical secondary battery of each example.
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、上記の実施形態では、負極及び正極を積層して巻回した電池素子を備える場合について説明したが、本発明は、一対の正極と負極とを折り畳んだ若しくは積層した構造を有する平板状の電池素子、又は複数の正極と負極とを積層した積層型の電池素子を備える場合についても、本発明を適用することができる。
また、上記の実施形態では、電池缶やフィルム状の外装部材を用いる場合について説明したが、いわゆる角型、コイン型、ボタン型などの他の形状を有する電池についても同様に本発明を適用することができる。
As mentioned above, although this invention was demonstrated with some embodiment and an Example, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary of this invention.
For example, in the above embodiment, the case where a battery element in which a negative electrode and a positive electrode are stacked and wound is described, but the present invention is a flat plate having a structure in which a pair of positive and negative electrodes are folded or stacked. The present invention can also be applied to a case where a battery element or a stacked battery element in which a plurality of positive electrodes and negative electrodes are stacked is provided.
In the above embodiment, the case where a battery can or a film-shaped exterior member is used has been described. However, the present invention is similarly applied to a battery having another shape such as a so-called square shape, coin shape, or button shape. be able to.
更に、上記実施の形態及び実施例では、負極の容量が、リチウムの吸蔵及び放出による容量成分により表されるいわゆるリチウムイオン二次電池について説明したが、本発明は、負極活物質にリチウム金属を用い、負極の容量が、リチウムの析出および溶解による容量成分により表されるいわゆるリチウム金属二次電池、または、リチウムを吸蔵及び放出することが可能な負極材料の充電容量を正極の充電容量よりも小さくすることにより、負極の容量がリチウムの吸蔵及び放出による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分とを含み、かつその和により表されるようにした二次電池についても同様に適用することができる。 Further, in the above embodiments and examples, a so-called lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode is represented by a capacity component due to insertion and extraction of lithium has been described. However, the present invention relates to lithium metal as the negative electrode active material. The capacity of the negative electrode used is a so-called lithium metal secondary battery represented by a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, or the charge capacity of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is higher than the charge capacity of the positive electrode. The same applies to a secondary battery in which the capacity of the negative electrode includes a capacity component due to insertion and extraction of lithium and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium, and is expressed by the sum thereof, by reducing the capacity. be able to.
更にまた、本発明は、上述の如く、電極反応物質としてリチウムを用いる電池に関するものであるが、本発明の技術的思想は、ナトリウム(Na)若しくはカリウム(K)などの他のアルカリ金属、マグネシウム(Mg)若しくはカルシウム(Ca)などのアルカリ土類金属、又はアルミニウムなどの他の軽金属を用いる場合についても適用することが可能である。 Furthermore, as described above, the present invention relates to a battery using lithium as an electrode reactant, but the technical idea of the present invention is that other alkali metals such as sodium (Na) or potassium (K), magnesium The present invention can also be applied to the case of using an alkaline earth metal such as (Mg) or calcium (Ca), or another light metal such as aluminum.
11…絶縁板、12…安全弁機構、12A…ディスク板、13…熱感抵抗素子、14…ガスケット、15…センターピン、16…正極リード、17…負極リード、20…電池素子、20A…巻回電極体、21…正極、21A…正極集電体、21B…正極活物質層、22…負極、22A…負極集電体、22B…負極活物質層、23…非水電解質層、24…三層セパレータ、25…多孔質絶縁層、26…保護テープ、30…外装部材、31…電池缶、32…電池蓋、33…ラミネートフィルム、34…密着フィルム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Insulation board, 12 ... Safety valve mechanism, 12A ... Disk board, 13 ... Heat sensitive resistance element, 14 ... Gasket, 15 ... Center pin, 16 ... Positive electrode lead, 17 ... Negative electrode lead, 20 ... Battery element, 20A ... Winding Electrode body 21... Positive electrode 21 A. Positive electrode current collector 21 B. Positive electrode
Claims (14)
一対の正極及び負極当たりの完全充電状態における開回路電圧が4.25〜6.00Vであり、
上記正極と上記負極との間のうち少なくとも1つの位置に、絶縁性の金属酸化物を含む多孔質絶縁層を有し、
上記セパレータが、ポリエチレンとその他の材料とを含有すると共に、三層構造を有する、
ことを特徴とする非水電解質二次電池。 A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator,
The open circuit voltage in a fully charged state per pair of positive and negative electrodes is 4.25 to 6.00 V,
At least one position between the positive electrode and the negative electrode has a porous insulating layer containing an insulating metal oxide,
The separator contains polyethylene and other materials and has a three-layer structure.
A non-aqueous electrolyte secondary battery.
上記第1の構成元素は、スズであり、
上記第2の構成元素は、コバルト、鉄、マグネシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、銀、インジウム、セリウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマス及びケイ素から成る群より選ばれた少なくとも1種のものであり、
上記第3の構成元素は、ホウ素、炭素、アルミニウム及びリンから成る群より選ばれた少なくとも1種のものである、
ことを特徴とする特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池。 The negative electrode contains a first constituent element, a second constituent element, and a third constituent element,
The first constituent element is tin,
The second constituent element is cobalt, iron, magnesium, titanium, vanadium, chromium, manganese, nickel, copper, zinc, gallium, zirconium, niobium, molybdenum, silver, indium, cerium, hafnium, tantalum, tungsten, bismuth and At least one selected from the group consisting of silicon,
The third constituent element is at least one selected from the group consisting of boron, carbon, aluminum, and phosphorus.
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein:
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