JP2009176597A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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JP2009176597A JP2008014771A JP2008014771A JP2009176597A JP 2009176597 A JP2009176597 A JP 2009176597A JP 2008014771 A JP2008014771 A JP 2008014771A JP 2008014771 A JP2008014771 A JP 2008014771A JP 2009176597 A JP2009176597 A JP 2009176597A
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Shinji Kasamatsu
真治 笠松
Ariyoshi Abe
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the safety of a nonaqueous electrolyte secondary battery since heat generation accompanied by an excessive charge in the nonaqueous electrolyte secondary battery is efficiently restrained at favorable responsiveness to heat generation and the thermal runaway of the battery, and to surely prevent the breakage and explosion of the battery. <P>SOLUTION: In the nonaqueous electrolyte secondary battery 10 including a positive electrode 11 having a positive electrode active material layer and a positive electrode collector, a negative electrode 12 having a negative electrode active material layer and a negative electrode collector, a separator 13, and an electrolyte, a conductive material having a positive resistance temperature characteristic at a contact surface between both active materials or the active material and the conductive material is made to exist in the active material layer. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

非水電解質二次電池に関する。さらに詳しくは、本発明は、主に、非水電解質二次電池における電極板の改良に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery. More specifically, the present invention mainly relates to an improvement of an electrode plate in a nonaqueous electrolyte secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、高容量および高エネルギー密度を有し、小型化および軽量化が容易なことから、たとえば、携帯電話、携帯情報端末(PDA)、ノート型パーソナルコンピュータ、電子辞書、ビデオカメラ、ヘッドホンステレオ、携帯ゲーム機などの携帯用小型電子機器の電源として汎用されている。代表的なリチウムイオン二次電池では、正極、セパレータ、負極およびセパレータをこの順番で重ね合わせ、捲回して得られる捲回型電極群、または正極、セパレータおよび負極を積層してなる積層型電極群が用いられている。そして、正極にはリチウムコバルト化合物を正極活物質として含有する正極、負極には炭素材料を負極活物質として含有する負極、およびセパレータにはポリオレフィン製多孔質膜を使用するのが一般的である。このようなリチウムイオン二次電池は、電池容量および出力が高く、充放電サイクル特性が良好で、耐用寿命も比較的長い。   Lithium ion secondary batteries have high capacity and high energy density, and can be easily reduced in size and weight. For example, mobile phones, personal digital assistants (PDAs), notebook personal computers, electronic dictionaries, video cameras It is widely used as a power source for portable small electronic devices such as headphone stereos and portable game machines. In a typical lithium ion secondary battery, a positive electrode, a separator, a negative electrode, and a separator are stacked in this order and wound, or a wound electrode group, or a stacked electrode group in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are stacked. Is used. In general, a positive electrode containing a lithium cobalt compound as a positive electrode active material is used as a positive electrode, a negative electrode containing a carbon material as a negative electrode active material as a negative electrode, and a polyolefin porous film as a separator. Such a lithium ion secondary battery has high battery capacity and output, good charge / discharge cycle characteristics, and relatively long service life.

また、リチウムイオン二次電池は安全性の面でも高水準にあるが、その高容量および高出力ゆえに、安全性の面でさらなる改良の余地が残されている。たとえば、リチウムイオン二次電池が過充電されると、発熱などの不具合が起こるおそれがある。また、内部短絡の発生によっても、発熱などの不具合が起こるおそれがある。発熱を放置しておくと、電池の温度が徐々に高まり、使用者に火傷などの傷害を負わせるおそれが有る。さらに、有機溶媒を含有する電解液を含んでいるので、有機溶媒が電気分解してガスが発生し、電池の内圧が上昇し、最終的には電池が部分的に破損するかまたは電池が破裂する可能性も皆無とは言い難い。   Lithium ion secondary batteries are also at a high level in terms of safety, but due to their high capacity and high output, there is still room for further improvement in terms of safety. For example, when a lithium ion secondary battery is overcharged, there is a risk that problems such as heat generation may occur. In addition, the occurrence of an internal short circuit may cause problems such as heat generation. If the heat is left unattended, the temperature of the battery gradually increases, and there is a risk that the user may be injured such as a burn. In addition, since it contains an electrolyte containing an organic solvent, the organic solvent is electrolyzed to generate gas, the internal pressure of the battery increases, and eventually the battery partially breaks or the battery bursts. It is hard to say that there is no possibility of doing it.

現在、リチウムイオン二次電池の過充電時に、電池内において電流を遮断して発熱を抑制することにより、リチウムイオン二次電池の安全性のさらなる向上が図られている。電流を遮断する手段としては、たとえば、(a)封口板内に設けられる安全弁などの、電池の内圧を検出して電流を遮断する機構を利用する方法、(b)封口板内に、電池の発熱に応じて電気抵抗が上昇するPTC(Positive temperature coefficient)素子からなる部材を設け、PTC素子が不導体になることによって電流を遮断する方法、(c)電池の発熱に応じて溶融するセパレータを用い、セパレータが溶融することによって、正負極間のリチウムイオンの移動を阻害し、電流を遮断する方法などが挙げられる。   Currently, when a lithium ion secondary battery is overcharged, the safety of the lithium ion secondary battery is further improved by cutting off the current in the battery and suppressing heat generation. As means for interrupting the current, for example, (a) a method of using a mechanism for detecting the internal pressure of the battery and interrupting the current, such as a safety valve provided in the sealing plate, (b) A method of providing a member made of a PTC (Positive temperature coefficient) element whose electrical resistance increases in response to heat generation, and cutting off current when the PTC element becomes a non-conductor, (c) a separator that melts in response to heat generation of the battery A method of blocking the current by inhibiting the movement of lithium ions between the positive and negative electrodes when the separator is melted is used.

しかしながら、(a)の方法では、電池の内圧を変化させる要因になる電解液の分解反応の進行が、電池温度だけでなく、電池電圧、環境温度などよっても大きく左右されるため、発熱に対する応答が不正確になり、発熱の抑制効果が不十分になる。(b)の方法では、主な発熱体である電極群と、封口板内のPTC素子とが乖離した位置関係にあるため、PTC素子の発熱に対する応答性が低下し、発熱の抑制効果が不十分になる。(c)の方法では、電池の発熱に応答性良く溶融するようなセパレータを用いる必要があるが、そのようなセパレータを用いると、膜強度低下により内部短絡が発生するかまたは電池の高出力化、充放電サイクル特性の向上などが不十分になる。   However, in the method (a), the progress of the decomposition reaction of the electrolytic solution, which is a factor that changes the internal pressure of the battery, is greatly influenced not only by the battery temperature but also by the battery voltage, the environmental temperature, etc. Becomes inaccurate, and the effect of suppressing heat generation becomes insufficient. In the method (b), since the electrode group as the main heating element and the PTC element in the sealing plate are in a positional relationship, the responsiveness to the heat generation of the PTC element is lowered, and the effect of suppressing the heat generation is ineffective. It will be enough. In the method (c), it is necessary to use a separator that melts with high responsiveness to the heat generation of the battery. However, when such a separator is used, an internal short circuit occurs due to a decrease in film strength, or the output of the battery increases. Improvement of charge / discharge cycle characteristics becomes insufficient.

また、正の抵抗温度特性が付与された電極が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。この電極は、活物質層、導電材を含む導電性層および集電体をこの順番で重ね合わせた積層体であり、活物質層は活物質、導電材および結着材を含有している。この電極では、活物質層または導電性層に正の抵抗温度特性が付与されている。活物質層に正の抵抗温度特性を付与する方法としては、(d)活物質を、電極活性を有する部分と、電極活性を有さずかつPTC特性を有する部分とで構成する方法、(e)活物質層にPTC素子を混入する方法、(f)前記(d)の方法で得られる活物質を二次粒子化する方法などが挙げられている。   In addition, an electrode having a positive resistance temperature characteristic has been proposed (see, for example, Patent Document 1). This electrode is a laminated body in which an active material layer, a conductive layer containing a conductive material, and a current collector are stacked in this order, and the active material layer contains the active material, the conductive material, and the binder. In this electrode, positive resistance temperature characteristics are imparted to the active material layer or the conductive layer. As a method for imparting a positive resistance temperature characteristic to the active material layer, (d) a method in which the active material is composed of a part having electrode activity and a part having no electrode activity and having PTC characteristics, (e ) A method of mixing a PTC element into the active material layer, (f) a method of forming secondary particles of the active material obtained by the method (d), and the like.

しかしながら、(d)の方法では、電極活性を有する部分が露出しているので、電極活性を有しない部分が正の抵抗温度特性により不導体になっても、電流を弱くすることはできても、十分に遮断することはできない。したがって、発熱を十分に抑制することができない。(e)の方法でも、PTC素子を単に混入しただけなので、活物質は活物質層内で露出しており、(d)の方法と同様に、発熱を十分に抑制できない。また、(f)の方法で二次粒子化する場合、正極活物質層の厚さには制限があるので、活物質自体の粒径を非常に小さくする必要がある。実際に、特許文献1の実施例2で使用される活物質の平均粒径は1μmに過ぎない。このような小さな活物質を用いた場合、電池容量ひいては電池性能が必然的に低下するという問題がある。
特開平10−241665号公報
However, in the method (d), since the portion having electrode activity is exposed, even if the portion having no electrode activity becomes a non-conductor due to the positive resistance temperature characteristic, the current can be weakened. , Can not cut off enough. Therefore, heat generation cannot be sufficiently suppressed. In the method (e), since the PTC element is simply mixed, the active material is exposed in the active material layer, and heat generation cannot be sufficiently suppressed as in the method (d). Further, when secondary particles are formed by the method (f), the thickness of the positive electrode active material layer is limited, and therefore the particle size of the active material itself needs to be very small. Actually, the average particle diameter of the active material used in Example 2 of Patent Document 1 is only 1 μm. When such a small active material is used, there is a problem that the battery capacity and thus the battery performance inevitably deteriorates.
JP-A-10-241665

本発明の目的は、過充電などによる発熱を、発熱に対する応答性良く抑制でき、安全性がさらに高められた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 non-aqueous electrolyte secondary battery in which heat generation due to overcharging or the like can be suppressed with good responsiveness to heat generation and safety is further improved.

本発明者らは、上記課題を解決するための研究過程で、特許文献1の技術が発熱を十分に抑制できない理由について、検討を重ねた。
充電時には、リチウムイオンの正極活物質からの脱離反応が進行する。脱離反応の終了時点になると、正極活物質のイオン伝導性が低下することで、正極活物質の反応抵抗が増加する。さらに充電が進行して過充電状態になると、正極活物質の反応抵抗が顕著に増大する。一方、正極活物質層中では、正極活物質同士または正極活物質と導電材との接触により、導電ネットワークが形成され、通電が可能になっている。したがって、反応抵抗が増大した正極活物質に通電がなされ、ジュール発熱が起こって正極活物質の温度が急激に上昇し、最終的には、発熱を制御できない熱暴走状態に至る。
In the course of research for solving the above problems, the present inventors have repeatedly studied the reason why the technique of Patent Document 1 cannot sufficiently suppress heat generation.
During charging, a desorption reaction of lithium ions from the positive electrode active material proceeds. When the end of the elimination reaction is reached, the ionic conductivity of the positive electrode active material decreases, and the reaction resistance of the positive electrode active material increases. When the charging further proceeds and the battery is overcharged, the reaction resistance of the positive electrode active material is significantly increased. On the other hand, in the positive electrode active material layer, a conductive network is formed by contact between the positive electrode active materials or between the positive electrode active material and the conductive material, and energization is possible. Therefore, the positive electrode active material having increased reaction resistance is energized, Joule heat generation occurs, the temperature of the positive electrode active material rapidly increases, and finally a thermal runaway state in which the heat generation cannot be controlled is reached.

一方、特許文献1の技術では、正極活物質中の分散状態は図3に示すようになる。図3は、特許文献1の電池における正極100の構成を模式的に示す縦断面図である。正極100は、集電体101および正極活物質層102を含んでいる。正極活物質層102中に、PTC素子104を分散させることにより、導電ネットワークを部分的には遮断できるので、正極活物質層中における通電量は確かに低減化される。しかしながら、PTC素子104が存在しない部分では、図示しない導電材などを介して、正極活物質103に繋がる導電ネットワークが遮断されないで残存する。この遮断されない部分の導電ネットワークを介して、正極活物質103への通電が行われるので、正極活物質103の発熱を十分に抑制することができない。したがって、特許文献1の技術では、過充電時の発熱を十分に抑制できない。さらに、発熱に対する応答性も悪い。
本発明者らは、このような知見に基づいてさらに研究を重ねた結果、所望の非水電解質二次電池を得ることに成功し、本発明を完成するに至った。
On the other hand, in the technique of Patent Document 1, the dispersion state in the positive electrode active material is as shown in FIG. FIG. 3 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of the positive electrode 100 in the battery of Patent Document 1. As shown in FIG. The positive electrode 100 includes a current collector 101 and a positive electrode active material layer 102. By dispersing the PTC element 104 in the positive electrode active material layer 102, the conductive network can be partially cut off, so that the amount of current flowing in the positive electrode active material layer is certainly reduced. However, in a portion where the PTC element 104 does not exist, the conductive network connected to the positive electrode active material 103 remains without being interrupted through a conductive material (not shown). Since energization to the positive electrode active material 103 is performed through the conductive network of the unblocked portion, heat generation of the positive electrode active material 103 cannot be sufficiently suppressed. Therefore, the technique of Patent Document 1 cannot sufficiently suppress heat generation during overcharge. Furthermore, the response to heat generation is also poor.
As a result of further studies based on such knowledge, the present inventors have succeeded in obtaining a desired nonaqueous electrolyte secondary battery and completed the present invention.

すなわち本発明は、正極活物質層と正極集電体とを有する正極、負極活物質層と負極集電体とを有する負極、セパレータおよび非水電解質を含む非水電解質二次電池であって、
正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方が、活物質または活物質と導電材とともに、活物質同士または活物質と導電材との間にこれら接触するように存在し、正の抵抗温度特性を有する導電性物質を含有する非水電解質二次電池に係る。
That is, the present invention is a nonaqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode having a positive electrode active material layer and a positive electrode current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer and a negative electrode current collector, a separator, and a nonaqueous electrolyte,
At least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is present together with the active material or the active material and the conductive material so as to be in contact with each other between the active materials or between the active material and the conductive material. The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a conductive material having

正の抵抗温度特性を有する導電性物質の含有量は、活物質100重量部に対して、1〜15重量部であることが好ましい。
正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方は、活物質、導電材および正の抵抗温度特性を有する導電性物質を含有し、正の抵抗温度特性を有する導電性物質の含有量は、導電材100重量部に対して、100〜500重量部であることが好ましい。
The content of the conductive material having a positive resistance temperature characteristic is preferably 1 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the active material.
At least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer contains an active material, a conductive material, and a conductive material having a positive resistance temperature characteristic. It is preferable that it is 100-500 weight part with respect to 100 weight part of materials.

活物質の粒子表面に、正の抵抗温度特性を有する導電性物質を含有する層が設けられていることが好ましい。
正の抵抗温度特性を有する導電性物質を含有する層の厚さは、0.1〜10μmであることがさらに好ましい。
活物質の粒子表面に、正の抵抗温度特性を有する導電性物質を含有する粒子が複数付着していることが好ましい。
さらに好ましい。
活物質の粒子表面の少なくとも一部に、正の抵抗温度特性を有する導電性物質を含有し、活物質の粒子表面から外方に向けて突出する突起部が設けられていることが好ましい。
正の抵抗温度特性を有する導電性物質は、130℃以下の温度域で導電体から不導体に変化することがさらに好ましい。
It is preferable that a layer containing a conductive material having a positive resistance temperature characteristic is provided on the particle surface of the active material.
The thickness of the layer containing a conductive substance having positive resistance temperature characteristics is more preferably 0.1 to 10 μm.
It is preferable that a plurality of particles containing a conductive material having a positive resistance temperature characteristic adhere to the particle surface of the active material.
Further preferred.
It is preferable that at least a part of the particle surface of the active material is provided with a protrusion that contains a conductive material having a positive resistance temperature characteristic and protrudes outward from the particle surface of the active material.
More preferably, the conductive material having a positive resistance temperature characteristic changes from a conductor to a nonconductor in a temperature range of 130 ° C. or lower.

本発明によれば、過充電状態になっても、発熱が抑制され、有機溶媒(非水溶媒)を含む電解液の酸化反応が起こり難く、膨張、破裂などの不具合の発生をほぼ確実に防止できる、非常に安全性の高い非水電解質二次電池が提供される。さらに、本発明の非水電解質二次電池では、発熱を抑制する機構が、発熱に対して応答性良く機能するので、発熱を抑制する効果が非常に大きい。   According to the present invention, even in an overcharged state, heat generation is suppressed, and an oxidation reaction of an electrolyte solution containing an organic solvent (non-aqueous solvent) hardly occurs, and occurrence of problems such as expansion and rupture is almost certainly prevented. A highly safe non-aqueous electrolyte secondary battery is provided. Furthermore, in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the mechanism for suppressing heat generation functions with good responsiveness to the heat generation, so the effect of suppressing heat generation is very large.

本発明の非水電解質二次電池は、正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方において、活物質同士または活物質と導電材との接触面に、正の抵抗温度特性を有する導電性物質を存在させることを特徴とする。たとえば、活物質粒子表面を正の抵抗温度特性を有する導電性物質で被覆するか、または活物質粒子表面に正の抵抗温度特性を有する導電性物質を含有する突起部を設けることで、活物質同士または活物質と導電材との直接の接触を断つ。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a conductive material having a positive resistance temperature characteristic on the contact surface between the active materials or between the active material and the conductive material in at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. It is characterized by existing. For example, the active material particle surface is coated with a conductive material having a positive resistance temperature characteristic, or the active material particle surface is provided with a protrusion containing a conductive material having a positive resistance temperature characteristic. Break direct contact between each other or the active material and the conductive material.

図2は、本発明の非水電解質二次電池における電極1の構成を模式的に示す断面図である。電極1は、集電体2および活物質層3を含む。活物質層3は、活物質4、正の抵抗温度特性を有する導電性物質5、図示しない導電材および結着材6を含有している。正の抵抗温度特性を有する導電性物質5は、活物質4の表面を被覆するように存在し、通常の充放電時には導電体として機能し、活物質4または活物質4および導電材とともに、活物質層3中で導電ネットワークを形成する。そして、過充電などに伴う電池の発熱時には不導体として機能し、活物質4を活物質層3中の導電ネットワークから遮断する。すなわち、過充電などに伴う発熱時には、正の抵抗温度特性を有する導電性物質が高抵抗化して不導体になり、活物質4が活物質層3中の導電ネットワークからほぼ完全に遮断される。その結果、活物質4への通電がほぼ完全になくなり、活物質4のジュール発熱が防止され、電池全体の発熱を応答性良く、かつ確実に抑制できる。   FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the electrode 1 in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention. The electrode 1 includes a current collector 2 and an active material layer 3. The active material layer 3 contains an active material 4, a conductive material 5 having positive resistance temperature characteristics, a conductive material (not shown), and a binder 6. The conductive material 5 having a positive resistance temperature characteristic exists so as to cover the surface of the active material 4 and functions as a conductor during normal charging / discharging, together with the active material 4 or the active material 4 and the conductive material. A conductive network is formed in the material layer 3. When the battery generates heat due to overcharging or the like, it functions as a nonconductor, and isolates the active material 4 from the conductive network in the active material layer 3. That is, when heat is generated due to overcharge or the like, the conductive material having a positive resistance temperature characteristic is increased in resistance and becomes a nonconductor, and the active material 4 is almost completely cut off from the conductive network in the active material layer 3. As a result, the energization of the active material 4 is almost completely eliminated, the Joule heat generation of the active material 4 is prevented, and the heat generation of the entire battery can be reliably suppressed with good responsiveness.

これに対し、特許文献1の技術では、活物質の粒子表面全体が、他の活物質または導電材と接触しないように、正の抵抗温度特性を有する導電性物質を存在させていない。このため、活物質の粒子表面の少なくとも一部が露出し、他の活物質または導電材と部分的ではあっても導電ネットワークを形成するのを避けることができない。その結果、電池が発熱した場合、正の抵抗温度特性を有する導電性物質が存在する部分では導電ネットワークが遮断されるが、正の抵抗温度特性を有する導電性物質が存在しない部分では導電ネットワークが遮断されず、活物質への通電が行われ、活物質の発熱が継続し、過加熱状態に至る。   On the other hand, in the technique of Patent Document 1, a conductive material having a positive resistance temperature characteristic is not present so that the entire particle surface of the active material does not come into contact with another active material or a conductive material. For this reason, at least a part of the particle surface of the active material is exposed, and it is inevitable to form a conductive network even if partially with other active material or conductive material. As a result, when the battery generates heat, the conductive network is cut off in the portion where the conductive material having the positive resistance temperature characteristic is present, but the conductive network is blocked in the portion where the conductive material having the positive resistance temperature characteristic is not present. Without being interrupted, energization of the active material is performed, and the active material continues to generate heat, resulting in an overheated state.

本明細書において、導電体とは、25℃の温度下での比抵抗が3×103Ω・cm未満である各種材料を意味する。また、非導電体または不導体とは、25℃の温度下での比抵抗が1×106Ω・cmを超える各種材料を意味する。 In this specification, the conductor means various materials having a specific resistance of less than 3 × 10 3 Ω · cm at a temperature of 25 ° C. The non-conductor or non-conductor means various materials having a specific resistance exceeding 1 × 10 6 Ω · cm at a temperature of 25 ° C.

本発明の非水電解質二次電池は、活物質同士または活物質と導電材との接触面に、正の抵抗温度特性を有する導電性物質を存在させる以外は、従来の非水電解質二次電池と同様の構成を採ることができる。
本発明の非水電解質二次電池は、正極、負極、セパレータおよび非水電解質を含む。正極および負極のいずれか一方または両方において、活物質同士または活物質と導電材との接触面に、正の抵抗温度特性を有する導電性物質が存在している。
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a conventional nonaqueous electrolyte secondary battery except that a conductive material having a positive resistance temperature characteristic is present on the contact surfaces between the active materials or between the active material and the conductive material. The same configuration can be adopted.
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte. In either one or both of the positive electrode and the negative electrode, a conductive material having a positive resistance temperature characteristic is present on the contact surface between the active materials or between the active material and the conductive material.

正極は、セパレータを介して負極に対向するように設けられ、正極集電体および正極活物質層を含む。
正極集電体としては、非水電解質二次電池の分野で常用されるものを使用でき、たとえば、ステンレス鋼、アルミニウム、チタンなどを含有するシート、箔などが挙げられる。シートおよび箔の厚さは、特に限定されないが、たとえば、1〜500μmである。
正極活物質層は、正極集電体の厚み方向における一方または両方の面に形成され、正極活物質を含有し、さらに必要に応じて、導電材、結着材などを含有してもよい。
The positive electrode is provided to face the negative electrode with a separator interposed therebetween, and includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer.
As the positive electrode current collector, those commonly used in the field of non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used, and examples thereof include sheets and foils containing stainless steel, aluminum, titanium and the like. Although the thickness of a sheet | seat and foil is not specifically limited, For example, it is 1-500 micrometers.
The positive electrode active material layer is formed on one or both surfaces in the thickness direction of the positive electrode current collector, contains the positive electrode active material, and may further contain a conductive material, a binder, and the like as necessary.

正極活物質としてはこの分野で常用されるものを使用でき、たとえば、リチウム含有複合金属酸化物、オリビン型リチウム塩、カルコゲン化合物、二酸化マンガンなどが挙げられる。リチウム含有複合金属酸化物は、リチウムと遷移金属とを含む金属酸化物または該金属酸化物中の遷移金属の一部が異種元素によって置換された金属酸化物である。ここで、異種元素としては、たとえば、Na、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、Bなどが挙げられ、Mn、Al、Co、Ni、Mgなどが好ましい。異種元素は1種でもよくまたは2種以上でもよい。これらの中でも、リチウム含有複合金属酸化物を好ましく使用できる。リチウム含有複合金属酸化物の具体例としては、たとえば、LixCoO2、LixNiO2、LixMnO2、LixCoyNi1-y2、LixCoy1-yz、LixNi1-yyz、LixMn24、LixMn2-yy4、LiMPO4、Li2MPO4F(前記各式中、MはNa、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、VおよびBよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示す。x=0〜1.2、y=0〜0.9、z=2.0〜2.3である。)、などが挙げられる。ここで、リチウムのモル比を示すx値は、充放電により増減する。また、オリビン型リチウム塩としては、たとえば、LiFePO4などが挙げられる。カルコゲン化合物としては、たとえば、二硫化チタン、二硫化モリブデンなどが挙げられる。正極活物質は1種を単独で使用できまたは2種以上を併用できる。 As the positive electrode active material, those commonly used in this field can be used, and examples thereof include lithium-containing composite metal oxides, olivine-type lithium salts, chalcogen compounds, and manganese dioxide. The lithium-containing composite metal oxide is a metal oxide containing lithium and a transition metal or a metal oxide in which a part of the transition metal in the metal oxide is substituted with a different element. Here, examples of the different element include Na, Mg, Sc, Y, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Cr, Pb, Sb, and B. Mn, Al, Co, Ni, Mg and the like are preferable. One kind or two or more kinds of different elements may be used. Among these, lithium-containing composite metal oxides can be preferably used. Specific examples of the lithium-containing composite metal oxide include, for example, Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x MnO 2 , Li x Co y Ni 1-y O 2 , and Li x Co y M 1-y O z. , Li x Ni 1-y M y O z, Li x Mn 2 O 4, Li x Mn 2-y M y O 4, LiMPO 4, Li 2 MPO 4 F ( in the respective formulas, M is Na, Mg, It represents at least one element selected from the group consisting of Sc, Y, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Cr, Pb, Sb, V and B. x = 0 to 1.2, y = 0-0.9, z = 2.0-2.3). Here, x value which shows the molar ratio of lithium increases / decreases by charging / discharging. Examples of the olivine type lithium salt include LiFePO 4 . Examples of the chalcogen compound include titanium disulfide and molybdenum disulfide. A positive electrode active material can be used individually by 1 type, or can use 2 or more types together.

正極活物質は、その粒子表面が、正の抵抗温度特性を有する導電性物質により被覆されている。すなわち、正極活物質層は、その表面に、正の抵抗温度特性を有する導電性物質を含有する被覆層を有している。
正の抵抗温度特性を有する導電性物質としては、従来からPTC素子として知られている各種の導電性物質を特に限定なく使用できる。それらの中でも、導電材と有機材料との混合物であるPTC素子が好ましく、導電材と130℃以下(好ましくは70〜130℃)に軟化点を有する有機材料との混合物であるPTC素子がさらに好ましい。このようなPTC素子は、有機材料の軟化点未満の温度域で導電体として機能し、軟化点以上の温度域で不導体として機能する。
The particle surface of the positive electrode active material is coated with a conductive material having positive resistance temperature characteristics. That is, the positive electrode active material layer has a coating layer containing a conductive material having positive resistance temperature characteristics on the surface thereof.
As the conductive material having a positive resistance temperature characteristic, various conductive materials conventionally known as PTC elements can be used without any particular limitation. Among them, a PTC element that is a mixture of a conductive material and an organic material is preferable, and a PTC element that is a mixture of a conductive material and an organic material having a softening point at 130 ° C. or lower (preferably 70 to 130 ° C.) is more preferable. . Such a PTC element functions as a conductor in a temperature range below the softening point of the organic material, and functions as a nonconductor in a temperature range above the softening point.

PTC素子に含まれる導電材としては特に制限されないが、好ましくは、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸バリウム鉛などのチタン酸アルカリ土類金属塩および異種金属が固溶化された固溶体、黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラックなどの炭素材料、ニッケル粒子などの金属粒子、WC、B4C、ZrC、NbC、MoC、TiC、TaCなどの金属炭化物、TiN、ZrN、TaNなどの金属窒化物やWSi2、MoSi2などの金属ケイ化物などが挙げられる。有機材料としても特に制限されないが、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、ポリビニルクロライド、ポリビニリデンクロライド、ポリビニルフルオライド、ポリビニリデンフルオライド、ポリアミド、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、熱可塑性エラストマー、ポリエチレンオキサイド、ポリアセタール、熱可塑性変性セルロース、ポリスルホン類、ポリメチル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。これらの中でも、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)などが好ましい。導電材および有機材料は、それぞれ、1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。導電材と有機材料との使用割合は特に制限されず、導電材の種類、有機材料の種類などの各種条件に応じて適宜選択できるが、好ましくは重量比で95:5〜50:50である。 Although it does not restrict | limit especially as an electrically conductive material contained in a PTC element, Preferably, the solid solution in which alkaline earth metal titanates, such as barium titanate, barium strontium titanate, and barium lead titanate, and a dissimilar metal were solid-solubilized, graphite Carbon materials such as acetylene black and carbon black, metal particles such as nickel particles, metal carbides such as WC, B 4 C, ZrC, NbC, MoC, TiC and TaC, metal nitrides such as TiN, ZrN and TaN, and WSi 2 and metal silicides such as MoSi 2 . Although it does not restrict | limit especially as an organic material, For example, polyethylene, a polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polyamide, polystyrene, polyacrylonitrile, heat Examples thereof include a plastic elastomer, polyethylene oxide, polyacetal, thermoplastic modified cellulose, polysulfones, and polymethyl (meth) acrylate. Among these, polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) and the like are preferable. Each of the conductive material and the organic material can be used alone or in combination of two or more. The usage ratio of the conductive material and the organic material is not particularly limited and can be appropriately selected according to various conditions such as the type of the conductive material and the type of the organic material, but is preferably 95: 5 to 50:50 by weight ratio. .

PTC素子を含有する被覆層は、たとえば、活物質とPTC素子との混合物に機械的摩擦力を付与する方法、メカノフュージョン法、シータコンポーザ法、アグロマスタ法、溶融ニーダ法、蒸着法、スパッタリング法などの被覆方法に従って形成できる。また、活物質とPTC素子との混合物に対して、加熱下に造粒操作を施すことによっても、被覆を行うことができる。   The coating layer containing the PTC element is, for example, a method of imparting mechanical frictional force to a mixture of an active material and a PTC element, a mechano-fusion method, a theta composer method, an agromaster method, a melt kneader method, a vapor deposition method, a sputtering method, etc. It can be formed according to the coating method. Moreover, it can coat | cover by performing granulation operation with heating with respect to the mixture of an active material and a PTC element.

この時、活物質とPTC素子との使用割合は、活物質100重量部に対して、PTC素子を1〜15重量部使用するのが好ましい。PTC素子の使用量が1重量部未満では活物質表面をPTC素子で十分に被覆できないおそれがある。また、PTC素子の使用量が15重量部を超えると、電池の容量低下を招くおそれがある。
本発明では、上記した被覆方法および使用割合を採用することにより、活物質粒子の表面のほぼ全面に、PTC素子を含有する被覆層を形成できる。
At this time, the usage ratio of the active material and the PTC element is preferably 1 to 15 parts by weight of the PTC element with respect to 100 parts by weight of the active material. If the amount of the PTC element used is less than 1 part by weight, the active material surface may not be sufficiently covered with the PTC element. Moreover, when the usage-amount of a PTC element exceeds 15 weight part, there exists a possibility of causing the capacity | capacitance fall of a battery.
In the present invention, a coating layer containing a PTC element can be formed on almost the entire surface of the active material particles by employing the above-described coating method and usage ratio.

また、本発明では、活物質の表面に、該表面から外方に突出する突起部を形成し、該突起部をPTC素子で形成しても良い。これにより、活物質同士または活物質と導電材との間に、PTC素子を含有する突起部が介在することになる。すなわち、突起部を介在して、活物質同士または活物質と導電材とが接触することになる。このため、通常の充放電時には、突起部が導電体であるため、導電ネットワークが形成される。一方、過充電などに伴う発熱時には、突起部が不導体になることにより、活物質が導電ネットワークからほぼ確実に遮断され、活物質の発熱が抑制される。   In the present invention, a protrusion protruding outward from the surface may be formed on the surface of the active material, and the protrusion may be formed of a PTC element. Thereby, the protrusion part containing a PTC element interposes between active materials or between an active material and a electrically conductive material. That is, the active materials or the active material and the conductive material come into contact with each other through the protrusion. For this reason, at the time of normal charging / discharging, since a projection part is a conductor, a conductive network is formed. On the other hand, when the heat is generated due to overcharge or the like, the protrusion becomes a non-conductor, so that the active material is almost certainly cut off from the conductive network, and the heat generation of the active material is suppressed.

活物質の表面に、PTC素子を含有する粒子を複数付着させるには、たとえば、活物質とPTC素子との混合物に機械的な摩擦と衝撃とを付与し、PTC素子の活物質への付着力および凝集力を高める方法が好ましい。機械的な摩擦および衝撃を付与する方法としては、たとえば、攪拌型造粒機、二軸混練機、振動式造粒機などを用いる方法、メカノフュージョン法などが挙げられる。
このようにしてPTC素子を含有する複数の粒子が表面に付着した活物質が得られる。この粒子により、活物質同士または活物質と導電材とが直接接触することが防止される。
In order to attach a plurality of particles containing the PTC element to the surface of the active material, for example, mechanical friction and impact are applied to the mixture of the active material and the PTC element, and the adhesion force of the PTC element to the active material A method for increasing the cohesive force is also preferred. Examples of methods for imparting mechanical friction and impact include a method using a stirring granulator, a twin-screw kneader, a vibration granulator, a mechanofusion method, and the like.
In this way, an active material in which a plurality of particles containing a PTC element are attached to the surface is obtained. These particles prevent the active materials or the active material and the conductive material from coming into direct contact.

活物質の表面に、PTC素子を含有する突起部を形成するには、たとえば、活物質とPTC素子との混合物に機械的衝撃を付与し、PTC素子の活物質への付着力および凝集力を高める方法が好ましい。機械的衝撃を付与する方法としては、たとえば、転動型、流動型などの微粒子コーティング・造粒機などを用いる方法が挙げられる。このようにしてPTC素子により表面処理された活物質が得られる。   In order to form the protrusion containing the PTC element on the surface of the active material, for example, a mechanical impact is applied to the mixture of the active material and the PTC element, and the adhesion force and cohesive force of the PTC element to the active material are increased. A method of increasing is preferred. Examples of the method for imparting mechanical impact include a method using a rolling type, fluid type fine particle coating / granulating machine or the like. In this way, an active material surface-treated with the PTC element is obtained.

PTC素子により表面処理された活物質とともに正極活物質層中に含有される導電材としては、たとえば、カーボンブラック、黒鉛、炭素繊維、金属繊維などを使用できる。カーボンブラックとしては、たとえば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどが挙げられる。導電材は1種を単独で使用できまたは必要に応じて2種以上を組み合わせて使用できる。   As the conductive material contained in the positive electrode active material layer together with the active material surface-treated with the PTC element, for example, carbon black, graphite, carbon fiber, metal fiber, or the like can be used. Examples of carbon black include acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black. A conductive material can be used individually by 1 type, or can be used in combination of 2 or more type as needed.

結着材としては、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂、ゴム粒子などを使用できる。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体などが挙げられる。ゴム粒子としては、スチレン−ブタジエンゴム粒子、アクリロニトリルゴム粒子などが挙げられる。これらの中でも、正極活物質層の耐酸化性を向上させることなどを考慮すると、フッ素を含む結着材が好ましい。結着材は1種を単独で使用できまたは必要に応じて2種以上を組み合わせて使用できる。   As the binder, for example, polyethylene, polypropylene, fluororesin, rubber particles and the like can be used. Examples of the fluororesin include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer. Examples of the rubber particles include styrene-butadiene rubber particles and acrylonitrile rubber particles. Among these, in consideration of improving the oxidation resistance of the positive electrode active material layer, a binder containing fluorine is preferable. A binder can be used individually by 1 type, or can be used in combination of 2 or more type as needed.

正極活物質層は、たとえば、正極合剤ペーストを正極集電体表面に塗布し、乾燥することにより形成できる。正極合剤ペーストは、たとえば、正極活物質またはPTC素子で表面処理を施された正極活物質を、必要に応じて、結着材、導電材などとともに分散媒に添加して混合することにより調製できる。分散媒には、たとえば、脱水N−メチル−2−ピロリードン(NMP)などを使用できる。   The positive electrode active material layer can be formed, for example, by applying a positive electrode mixture paste to the surface of the positive electrode current collector and drying it. The positive electrode mixture paste is prepared by, for example, adding a positive electrode active material or a positive electrode active material surface-treated with a PTC element to a dispersion medium and mixing with a binder, a conductive material, and the like as necessary. it can. For example, dehydrated N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) can be used as the dispersion medium.

負極は、セパレータを介して正極に対向するように設けられ、負極集電体および負極活物質層を含む。
負極集電体としては、たとえば、ステンレス鋼、ニッケル、銅などを含むシート、箔などが挙げられる。シートおよび箔の厚さは特に限定されないが、たとえば、1〜500μmである。
負極活物質層は、負極集電体の厚み方向における一方または両方の面に形成され、負極活物質を含有し、さらに必要に応じて、結着材、導電材、増粘剤などを含有する。
The negative electrode is provided so as to face the positive electrode through the separator, and includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer.
Examples of the negative electrode current collector include sheets and foils containing stainless steel, nickel, copper, and the like. Although the thickness of a sheet | seat and foil is not specifically limited, For example, it is 1-500 micrometers.
The negative electrode active material layer is formed on one or both surfaces in the thickness direction of the negative electrode current collector, contains the negative electrode active material, and further contains a binder, a conductive material, a thickener and the like as necessary. .

負極活物質は、正極活物質と同様にして、その表面にPTC素子を含有する被覆層を形成することができる。また、その表面に、PTC素子を含有する突起部を設けることができる。被覆層および突起部の形成方法、PTC素子の種類および使用量などの各種条件は、正極活物質の場合と同様である。
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵および放出可能な材料を使用でき、たとえば、金属リチウム、炭素材料、金属繊維、合金、錫化合物、珪素化合物、窒化物などを使用できる。炭素材料としては、天然黒鉛(鱗片状黒鉛など)、人造黒鉛などの黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック、炭素繊維などが挙げられる。負極活物質は、は1種を単独で使用できまたは2種以上を組み合わせて使用できる。
The negative electrode active material can form a coating layer containing a PTC element on the surface in the same manner as the positive electrode active material. Moreover, the projection part containing a PTC element can be provided in the surface. Various conditions such as the method for forming the coating layer and the protrusion, the type and amount of use of the PTC element are the same as those for the positive electrode active material.
As the negative electrode active material, a material capable of inserting and extracting lithium ions can be used. For example, metallic lithium, carbon material, metal fiber, alloy, tin compound, silicon compound, nitride, and the like can be used. Examples of the carbon material include natural graphite (such as flake graphite), graphite such as artificial graphite, carbon black such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black, and carbon fiber. A negative electrode active material can be used individually by 1 type, or can be used in combination of 2 or more type.

結着材および導電材としては、正極活物質層に含有される結着材および導電材と同様のものを使用できる。ただし、負極活物質層の耐還元性を向上させることなどを考慮すると、フッ素を含有しない結着材を用いるのが好ましい。増粘剤としては、たとえば、カルボキシメチルセルロ−スなどが挙げられる。
負極活物質層は、たとえば、負極合剤ペーストを負極集電体表面に塗布し、乾燥することにより形成できる。負極合剤ペーストは、たとえば、負極活物質またはPTC素子で表面処理を施された負極活物質を、必要に応じて、結着材、導電材、増粘剤などとともに分散媒に添加して混合することにより調製できる。分散媒には、たとえば、水などを使用できる。
As the binder and the conductive material, the same binder and conductive material contained in the positive electrode active material layer can be used. However, in consideration of improving the reduction resistance of the negative electrode active material layer, it is preferable to use a binder containing no fluorine. Examples of the thickener include carboxymethyl cellulose.
The negative electrode active material layer can be formed, for example, by applying a negative electrode mixture paste to the surface of the negative electrode current collector and drying. The negative electrode mixture paste is, for example, a negative electrode active material or a negative electrode active material surface-treated with a PTC element, if necessary, added to a dispersion medium together with a binder, a conductive material, a thickener, etc. Can be prepared. For example, water can be used as the dispersion medium.

セパレータは、正極と負極との間に介在するように設けられる樹脂製の多孔質シートである。セパレータを構成する樹脂としては、非水電解質二次電池の分野で常用されるものを使用でき、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどポリオレフィン、ポリアミド、ポリアミドイミドなどが挙げられる。多孔質シートの形態としては、たとえば、多孔質シート状物、不織布、織布などが挙げられる。これらの中でも、内部に形成される空孔の径が非常に微細であり、通常0.05〜0.15μm程度である微多孔質シートが、イオン透過性、機械的強度および絶縁性を高い水準で兼ね備えているので、好ましい。また、セパレータの厚さは、特に限定されないが、インピーダンスの過度の増加を抑制する観点から、たとえば、10〜300μmであればよい。   A separator is a resin-made porous sheet provided so that it may interpose between a positive electrode and a negative electrode. As the resin constituting the separator, those commonly used in the field of non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used, and examples thereof include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyamides, and polyamideimides. Examples of the form of the porous sheet include a porous sheet-like material, a nonwoven fabric, and a woven fabric. Among these, a microporous sheet having a very small diameter of pores formed therein and usually about 0.05 to 0.15 μm has a high level of ion permeability, mechanical strength, and insulation. It is preferable because it has both. Moreover, although the thickness of a separator is not specifically limited, From a viewpoint of suppressing the excessive increase in impedance, what is necessary is just 10-300 micrometers, for example.

非水電解質としては、たとえば、液状非水電解質、ゲル状非水電解質、固体状電解質(たとえば高分子固体電解質)などが挙げられる。
液状非水電解質は、溶質(支持塩)と非水溶媒とを含み、さらに必要に応じて各種添加剤を含む。溶質は通常非水溶媒中に溶解する。液状非水電解質は、たとえば、セパレータに含浸される。
Examples of the non-aqueous electrolyte include a liquid non-aqueous electrolyte, a gel-like non-aqueous electrolyte, a solid electrolyte (for example, a polymer solid electrolyte), and the like.
The liquid non-aqueous electrolyte contains a solute (supporting salt) and a non-aqueous solvent, and further contains various additives as necessary. Solutes usually dissolve in non-aqueous solvents. For example, the separator is impregnated with the liquid non-aqueous electrolyte.

溶質としては、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAlCl4、LiSbF6、LiSCN、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiB10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランリチウム、ホウ酸塩類、イミド塩類などが挙げられる。ホウ酸塩類としては、ビス(1,2−ベンゼンジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(2,3−ナフタレンジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(2,2’−ビフェニルジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(5−フルオロ−2−オレート−1−ベンゼンスルホン酸−O,O’)ホウ酸リチウムなどが挙げられる。イミド塩類としては、ビストリフルオロメタンスルホン酸イミドリチウム((CF3SO22NLi)、トリフルオロメタンスルホン酸ノナフルオロブタンスルホン酸イミドリチウム((CF3SO2)(C49SO2)NLi)、ビスペンタフルオロエタンスルホン酸イミドリチウム((C25SO22NLi)などが挙げられる。溶質は1種を単独で用いてもよくまたは必要に応じて2種以上を組み合わせて用いてもよい。溶質の非水溶媒に対する溶解量は、0.5〜2モル/Lの範囲内とすることが望ましい。 As the solute, those commonly used in this field can be used. For example, LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAlCl 4 , LiSbF 6 , LiSCN, LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiB 10 Cl 10 , lower aliphatic lithium carboxylates, LiCl, LiBr, LiI, chloroborane lithium, borates, imide salts and the like. Examples of borates include lithium bis (1,2-benzenediolate (2-)-O, O ') and bis (2,3-naphthalenedioleate (2-)-O, O') boric acid. Lithium, bis (2,2′-biphenyldiolate (2-)-O, O ′) lithium borate, bis (5-fluoro-2-olate-1-benzenesulfonic acid-O, O ′) lithium borate Etc. Examples of the imide salts include lithium bistrifluoromethanesulfonate imide ((CF 3 SO 2 ) 2 NLi), lithium trifluoromethanesulfonate nonafluorobutanesulfonate ((CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ) NLi) ), Lithium bispentafluoroethanesulfonate imide ((C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi), and the like. A solute may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type as needed. The amount of the solute dissolved in the non-aqueous solvent is preferably in the range of 0.5 to 2 mol / L.

非水溶媒としては、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステルなどが挙げられる。環状炭酸エステルとしては、たとえば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)などが挙げられる。鎖状炭酸エステルとしては、たとえば、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)などが挙げられる。環状カルボン酸エステルとしては、たとえば、γ−ブチロラクトン(GBL)、γ−バレロラクトン(GVL)などが挙げられる。非水溶媒は1種を単独で用いてもよくまたは必要に応じて2種以上を組み合わせて用いてもよい。   As the non-aqueous solvent, those commonly used in this field can be used, and examples thereof include cyclic carbonate esters, chain carbonate esters, and cyclic carboxylic acid esters. Examples of the cyclic carbonate include propylene carbonate (PC) and ethylene carbonate (EC). Examples of the chain carbonate include diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC), and the like. Examples of the cyclic carboxylic acid ester include γ-butyrolactone (GBL) and γ-valerolactone (GVL). A non-aqueous solvent may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type as needed.

添加剤としては、たとえば、充放電効率を向上させる材料、電池を不活性化させる材料などが挙げられる。充放電効率を向上させる材料は、たとえば、負極上で分解してリチウムイオン伝導性の高い被膜を形成し、充放電効率を向上させる。このような材料の具体例としては、たとえば、ビニレンカーボネート(VC)、4−メチルビニレンカーボネート、4,5−ジメチルビニレンカーボネート、4−エチルビニレンカーボネート、4,5−ジエチルビニレンカーボネート、4−プロピルビニレンカーボネート、4,5−ジプロピルビニレンカーボネート、4−フェニルビニレンカーボネート、4,5−ジフェニルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、ジビニルエチレンカーボネート等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでは、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートおよびジビニルエチレンカーボネートから選ばれる少なくとも1種が好ましい。なお、上記化合物は、その水素原子の一部がフッ素原子で置換されていてもよい。   Examples of the additive include a material that improves charge / discharge efficiency and a material that inactivates the battery. A material that improves charge / discharge efficiency, for example, decomposes on the negative electrode to form a film having high lithium ion conductivity, and improves charge / discharge efficiency. Specific examples of such materials include, for example, vinylene carbonate (VC), 4-methyl vinylene carbonate, 4,5-dimethyl vinylene carbonate, 4-ethyl vinylene carbonate, 4,5-diethyl vinylene carbonate, 4-propyl vinylene. Examples include carbonate, 4,5-dipropyl vinylene carbonate, 4-phenyl vinylene carbonate, 4,5-diphenyl vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate (VEC), divinyl ethylene carbonate, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, at least one selected from vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, and divinyl ethylene carbonate is preferable. In the above compound, part of the hydrogen atoms may be substituted with fluorine atoms.

電池を不活性化させる材料は、たとえば、電池の過充電時に分解して電極表面に被膜を形成することによって電池を不活性化する。このような材料としては、たとえば、ベンゼン誘導体が挙げられる。ベンゼン誘導体としては、フェニル基と、フェニル基に隣接する環状化合物基とを含むベンゼン化合物が挙げられる。環状化合物基としては、たとえば、フェニル基、環状エーテル基、環状エステル基、シクロアルキル基、フェノキシ基などが好ましい。ベンゼン誘導体の具体例としては、たとえば、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、ジフェニルエーテルなどが挙げられる。ベンゼン誘導体は1種を単独で使用できまたは2種以上を組み合わせて使用できる。ただし、ベンゼン誘導体の液状非水電解質における含有量は、非水溶媒100体積部に対して10体積部以下であることが好ましい。
ゲル状非水電解質は、液状非水電解質と液状非水電解質を保持する高分子材料とを含むものである。ここで用いる高分子材料は液状物をゲル化させ得るものである。高分子材料としてはこの分野で常用されるものを使用でき、たとえば、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキサイド、ポリ塩化ビニル、ポリアクリレート、ポリビニリデンフルオライドなどが挙げられる。
The material that inactivates the battery inactivates the battery by, for example, decomposing when the battery is overcharged to form a film on the electrode surface. Examples of such a material include benzene derivatives. Examples of the benzene derivative include a benzene compound containing a phenyl group and a cyclic compound group adjacent to the phenyl group. As the cyclic compound group, for example, a phenyl group, a cyclic ether group, a cyclic ester group, a cycloalkyl group, a phenoxy group and the like are preferable. Specific examples of the benzene derivative include cyclohexylbenzene, biphenyl, diphenyl ether, and the like. A benzene derivative can be used individually by 1 type, or can be used in combination of 2 or more type. However, the content of the benzene derivative in the liquid nonaqueous electrolyte is preferably 10 parts by volume or less with respect to 100 parts by volume of the nonaqueous solvent.
The gel-like non-aqueous electrolyte includes a liquid non-aqueous electrolyte and a polymer material that holds the liquid non-aqueous electrolyte. The polymer material used here is capable of gelling a liquid material. As the polymer material, those commonly used in this field can be used, and examples thereof include polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyethylene oxide, polyvinyl chloride, polyacrylate, and polyvinylidene fluoride.

固体状電解質は、溶質(支持塩)と高分子材料とを含む。溶質は前記で例示したものと同様のものを使用できる。高分子材料としては、たとえば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、エチレンオキシドとプロピレンオキシドとの共重合体などが挙げられる。   The solid electrolyte includes a solute (supporting salt) and a polymer material. Solutes similar to those exemplified above can be used. Examples of the polymer material include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), a copolymer of ethylene oxide and propylene oxide, and the like.

図1は、本発明の実施形態の1つである円筒型非水電解質二次電池1の構成を模式的に示す縦断面図である。円筒型非水電解質二次電池1は、正極11、負極12、セパレータ13、正極リード14、負極リード15、上部絶縁板16、下部絶縁板17、電池ケース18、封口板19、正極端子20および図示しない非水電解質を含む捲回型電池である。   FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration of a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery 1 which is one embodiment of the present invention. The cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery 1 includes a positive electrode 11, a negative electrode 12, a separator 13, a positive electrode lead 14, a negative electrode lead 15, an upper insulating plate 16, a lower insulating plate 17, a battery case 18, a sealing plate 19, a positive electrode terminal 20, and This is a wound battery including a non-aqueous electrolyte (not shown).

正極11、負極12およびセパレータ13は、正極11、セパレータ13および負極12の順番で重ね合わされ、渦巻き状に捲回される。これにより、捲回型電極群が形成される。正極リード14は、一端が正極11に接続され、他端が封口板19に接続されている。なお、本実施の形態では、封口板19には電池内部圧力により作動する電流遮断弁、また電池の異常高温、大電流通電時に機能するPTC素子を設置していない封口板を使用している。正極リード14の材質は、たとえば、アルミニウムである。負極リード15は、一端が負極12に接続され、他端が負極端子になる電池レース20の底部に接続されている。負極リード15の材質は、たとえば、ニッケルである。   The positive electrode 11, the negative electrode 12, and the separator 13 are superposed in the order of the positive electrode 11, the separator 13, and the negative electrode 12, and are wound in a spiral shape. Thereby, a wound electrode group is formed. The positive electrode lead 14 has one end connected to the positive electrode 11 and the other end connected to the sealing plate 19. In the present embodiment, the sealing plate 19 is a current blocking valve that is operated by the internal pressure of the battery, or a sealing plate that is not provided with a PTC element that functions when the battery is abnormally hot and energized with a large current. The material of the positive electrode lead 14 is, for example, aluminum. The negative electrode lead 15 has one end connected to the negative electrode 12 and the other end connected to the bottom of the battery race 20 that serves as a negative electrode terminal. The material of the negative electrode lead 15 is, for example, nickel.

電池ケース18は有底円筒状容器部材であり、長手方向の一端が開口部になり、他端が底部になって、負極端子として機能する。上部絶縁板16および下部絶縁板17は樹脂製部材であり、捲回型電極群を上下から挟持するように配置され、捲回型電極群を他の部材から絶縁する。電池ケース18の材質は、たとえば、鉄である。電池ケース18の内面には、たとえば、ニッケルめっきが施されている。封口板19は、正極端子20を備えている。   The battery case 18 is a bottomed cylindrical container member, and one end in the longitudinal direction is an opening and the other end is a bottom, and functions as a negative electrode terminal. The upper insulating plate 16 and the lower insulating plate 17 are resin members, are arranged so as to sandwich the wound electrode group from above and below, and insulate the wound electrode group from other members. The material of the battery case 18 is, for example, iron. For example, nickel plating is applied to the inner surface of the battery case 18. The sealing plate 19 includes a positive electrode terminal 20.

円筒型の非水電解質二次電池1は、たとえば、次のようにして作製できる。まず、捲回型電極群の上端部および下端部に、それぞれ、上部絶縁板16および下部絶縁板17を装着し、その状態で電池ケース18内に収容する。正極リード14により接続する。負極12と、負極端子を兼ねる電池ケース18の底部とを、負極リード15により接続する。次いで、非水電解質を電池ケース18内に注液し、さらに、封口板19を用いて、電池ケース18の開口部を密封する。これにより、非水電解質二次電池1が得られる。   The cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery 1 can be manufactured, for example, as follows. First, the upper insulating plate 16 and the lower insulating plate 17 are attached to the upper end portion and the lower end portion of the wound electrode group, respectively, and housed in the battery case 18 in that state. The positive lead 14 is used for connection. The negative electrode 12 and the bottom of the battery case 18 that also serves as a negative electrode terminal are connected by a negative electrode lead 15. Next, a nonaqueous electrolyte is injected into the battery case 18, and the opening of the battery case 18 is sealed using the sealing plate 19. Thereby, the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 is obtained.

以下に実施例および比較例を挙げ、本発明を具体的に説明する。
(実施例1)
(1)非水電解質の調製
エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとの体積比10:30の混合溶媒を調製した。これに、ビニレンカーボネート2重量%を添加して混合液を得た。この混合液に、LiPF6を1.5mol/Lの濃度で溶解させ、非水電解液を調製した。
(2)セパレータ
セパレータには、厚さ20μmのポリエチレン製微多孔質シート(旭化成ケミカルズ(株)製)を用いた。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples.
Example 1
(1) Preparation of non-aqueous electrolyte A mixed solvent of ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate in a volume ratio of 10:30 was prepared. To this, 2% by weight of vinylene carbonate was added to obtain a mixed solution. LiPF 6 was dissolved in this mixed solution at a concentration of 1.5 mol / L to prepare a nonaqueous electrolytic solution.
(2) Separator A polyethylene microporous sheet (manufactured by Asahi Kasei Chemicals Corporation) having a thickness of 20 μm was used as the separator.

(3)正極の作製
NiSO4水溶液に、Ni:Co:Al=7:2:1(モル比)になるように硫酸コバルトおよび硫酸アルミニウムを加えて金属イオン濃度2mol/Lの水溶液を調製した。この水溶液に撹拌下、2mol/Lの水酸化ナトリウム溶液を徐々に滴下して中和することにより、Ni0.7Co0.2Al0.1(OH)2で示される組成を有する三元系の沈殿物を共沈法により生成させた。この沈殿物をろ過により分離し、水洗し、80℃で乾燥し、複合水酸化物を得た。得られた複合水酸化物の平均粒径を粒度分布計(商品名:MT3000、日機装(株)製)にて測定した結果、平均粒径10μmであった。
(3) Production of Positive Electrode Cobalt sulfate and aluminum sulfate were added to an NiSO 4 aqueous solution so that Ni: Co: Al = 7: 2: 1 (molar ratio) to prepare an aqueous solution having a metal ion concentration of 2 mol / L. While stirring this aqueous solution, a 2 mol / L sodium hydroxide solution was gradually added and neutralized to neutralize a ternary precipitate having a composition represented by Ni 0.7 Co 0.2 Al 0.1 (OH) 2. It was produced by a sedimentation method. This precipitate was separated by filtration, washed with water, and dried at 80 ° C. to obtain a composite hydroxide. As a result of measuring the average particle diameter of the obtained composite hydroxide with a particle size distribution meter (trade name: MT3000, manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), the average particle diameter was 10 μm.

この複合水酸化物を大気中にて900℃で10時間加熱して熱処理を行い、Ni0.7Co0.2Al0.1Oで示される組成を有する三元系の複合酸化物を得た。ここでNi、CoおよびAlの原子数の和とLiの原子数とが等量になるように水酸化リチウム・1水和物を加え、大気中にて800℃で10時間加熱して熱処理を行うことにより、LiNi0.7Co0.2Al0.12で示される組成を有するリチウムニッケル含有複合金属酸化物を得た。このリチウム含有複合金属酸化物を粉末X線回折にて分析した結果、単一相の六方晶層状構造であると共に、CoおよびAlが固溶していることが確認された。こうして、二次粒子の平均粒径が10μm、BET法による比表面積が0.45m2/gの正極活物質を得た。 This composite hydroxide was heated in the atmosphere at 900 ° C. for 10 hours for heat treatment to obtain a ternary composite oxide having a composition represented by Ni 0.7 Co 0.2 Al 0.1 O. Here, lithium hydroxide monohydrate is added so that the sum of the number of atoms of Ni, Co and Al and the number of atoms of Li are equal, and heat treatment is performed by heating at 800 ° C. for 10 hours in the air. by performing, to obtain a lithium-nickel-containing composite metal oxide having a composition represented by LiNi 0.7 Co 0.2 Al 0.1 O 2 . As a result of analyzing this lithium-containing composite metal oxide by powder X-ray diffraction, it was confirmed that the lithium-containing composite metal oxide had a single-phase hexagonal layered structure, and that Co and Al were in solid solution. Thus, a positive electrode active material having an average secondary particle size of 10 μm and a specific surface area by the BET method of 0.45 m 2 / g was obtained.

上記で得られた正極活物質の粉末95重量部およびアセチレンブラックとポリエチレンとの混合物(PTC素子、重量基準で5:95)5重量部を混合し、得られた混合物をアルゴンガス雰囲気中でメカノフュージョン装置(商品名:AM−15F、ホソカワミクロン(株)製、撹拌動力:0.5kW、ケーシング回転数1200rpm)に投入し、ニッケル酸リチウム粉末の表面をPTC素子で被覆した。得られた被覆処理後のニッケル酸リチウム粉末を走査型電子顕微鏡で観察したところ、ニッケル酸リチウム粉末の全表面に、PTC素子が被覆されていた。   95 parts by weight of the positive electrode active material powder obtained above and 5 parts by weight of a mixture of acetylene black and polyethylene (PTC element, 5:95 on a weight basis) were mixed, and the resulting mixture was mechanized in an argon gas atmosphere. A fusion apparatus (trade name: AM-15F, manufactured by Hosokawa Micron Corporation, stirring power: 0.5 kW, casing rotational speed: 1200 rpm) was charged, and the surface of the lithium nickelate powder was covered with a PTC element. When the obtained lithium nickelate powder after the coating treatment was observed with a scanning electron microscope, the entire surface of the lithium nickelate powder was covered with the PTC element.

被覆処理後のニッケル酸リチウム粉末100重量部、ポリフッ化ビニリデン樹脂(結着材、(株)クレハ製)2重量部および脱水N−メチル−2−ピロリードン(NMP、分散媒)40重量部を混合し、正極合剤ペーストを調製した。正極合剤ペーストを、コンマコータを用いてアルミニウム箔からなる正極集電体(厚さ15μm)に塗布した。その後、正極合剤を60℃で)乾燥し、圧延して、厚さ130μmの正極合剤層を形成し、正極を作製した。   Mixing 100 parts by weight of the lithium nickelate powder after coating, 2 parts by weight of polyvinylidene fluoride resin (binder, manufactured by Kureha Co., Ltd.) and 40 parts by weight of dehydrated N-methyl-2-pyrrolidone (NMP, dispersion medium) Then, a positive electrode mixture paste was prepared. The positive electrode mixture paste was applied to a positive electrode current collector (thickness: 15 μm) made of an aluminum foil using a comma coater. Thereafter, the positive electrode mixture was dried (at 60 ° C.) and rolled to form a positive electrode mixture layer having a thickness of 130 μm, thereby producing a positive electrode.

(4)負極の作製
人造黒鉛粉末(負極活物質、体積基準のメディアン径20μm、日立化成工業(株)製)100重量部、ポリエチレン樹脂(結着材、三井化学(株)製)1重量部およびカルボキシメチルセルロ−ス(増粘剤、第一工業製薬(株)製)1重量部を混合した。得られた混合物に適量の水を加えて混練して、負極合剤ペーストを調製した。負極合剤ペーストを、銅箔からなる負極集電体(厚さ10μm)に塗布した。その後、負極合剤を100℃で5分間乾燥し、圧延して、厚さ160μmの負極合剤層を形成し、負極を作製した。
(4) Production of negative electrode Artificial graphite powder (negative electrode active material, volume-based median diameter 20 μm, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) 100 parts by weight, polyethylene resin (binder, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) 1 part by weight And 1 part by weight of carboxymethyl cellulose (thickener, manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) was mixed. An appropriate amount of water was added to the obtained mixture and kneaded to prepare a negative electrode mixture paste. The negative electrode mixture paste was applied to a negative electrode current collector (thickness 10 μm) made of copper foil. Thereafter, the negative electrode mixture was dried at 100 ° C. for 5 minutes and rolled to form a negative electrode mixture layer having a thickness of 160 μm, thereby preparing a negative electrode.

(5)円筒型電池の作製
上記で得られた正極、負極、セパレータおよび非水電解質を用いて、図1に示す円筒型非水電解質二次電池1を作製した。
正極11、セパレータ13および負極板12をこの順番で重ね合わせ、渦巻状に捲回して、捲回型電極群を作製した。捲回型電極群の上部に上部絶縁板16を装着し、下部には下部絶縁板17を装着した。これを内面にニッケルめっきを施した鉄製電池ケース18内に収容した。アルミニウム製正極リード14の一端を正極11に接続し、他端を正極端子20に導通した封口板19の裏面に接続した。ニッケル製負極リード15の一端を負極12に接続し、他端を電池ケース18の底部に接続した。次に、所定量の非水電解質を、電池ケース18内に注液した。電池ケース18の開口端部を封口板19にかしめつけて、電池ケース18の開口部を密封して、本発明の円筒型非水電解質二次電池を作製した。
(5) Production of Cylindrical Battery Using the positive electrode, negative electrode, separator, and nonaqueous electrolyte obtained above, the cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery 1 shown in FIG. 1 was produced.
The positive electrode 11, the separator 13, and the negative electrode plate 12 were superposed in this order and wound in a spiral shape to produce a wound electrode group. An upper insulating plate 16 was attached to the upper part of the wound electrode group, and a lower insulating plate 17 was attached to the lower part. This was housed in an iron battery case 18 having an inner surface plated with nickel. One end of the positive electrode lead 14 made of aluminum was connected to the positive electrode 11, and the other end was connected to the back surface of the sealing plate 19 conducted to the positive electrode terminal 20. One end of the nickel negative electrode lead 15 was connected to the negative electrode 12, and the other end was connected to the bottom of the battery case 18. Next, a predetermined amount of nonaqueous electrolyte was injected into the battery case 18. The opening end of the battery case 18 was caulked to the sealing plate 19 and the opening of the battery case 18 was sealed to produce the cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention.

(実施例2)
ニッケル酸リチウム粉末表面へのPTC素子による被覆処理を、ニーダにより行う以外は、実施例1と同様にして、本発明の非水電解質二次電池を作製した。なお、溶融ニーダ法の実施に当たっては、連続式2軸混練機(商品名:KRCニーダ、(株)栗本鐵工所製)を用い、入口温度250℃、出口温度210℃の条件下に実施した。
(Example 2)
A nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except that the surface of the lithium nickelate powder was coated with a PTC element using a kneader. The melt kneader method was carried out under the conditions of an inlet temperature of 250 ° C. and an outlet temperature of 210 ° C. using a continuous twin-screw kneader (trade name: KRC Kneader, manufactured by Kurimoto Steel Works). .

(実施例3〜6)
活物質の使用量、導電材の使用量、PTC素子の種類および使用量ならびに活物質とPTC素子との混合方法を表1に示すように変更する以外は、実施例1と同様にして、本発明および比較用の非水電解質二次電池を作製した。なお、実施例6のPTC素子は、アセチレンブラックに代えてBaTiO3を使用する以外は、実施例1と同様にして作製した。また、表1において、AB:アセチレンブラック、KS:黒鉛、PE:ポリエチレンである。
(Examples 3 to 6)
Except for changing the usage amount of the active material, the usage amount of the conductive material, the type and usage amount of the PTC element, and the mixing method of the active material and the PTC element, as shown in Table 1, Non-aqueous electrolyte secondary batteries for invention and comparison were prepared. The PTC element of Example 6 was produced in the same manner as Example 1 except that BaTiO 3 was used instead of acetylene black. In Table 1, AB: acetylene black, KS: graphite, PE: polyethylene.

(実施例7)
ニッケル酸リチウム粉末(正極活物質)95重量部およびアセチレンブラックとポリエチレンとの混合物(PTC素子、重量基準で5:95)5重量部を混合し、得られた混合物をアルゴンガス雰囲気中で攪拌型造粒機(商品名:SPG−25型、不二パウダル(株)製、攪拌羽根250rpm、高速チョッパ3000rpm)に投入し、ニッケル酸リチウム粉末の表面にPTC素子を複数付着させた。得られた処理後のニッケル酸リチウム粉末を走査型電子顕微鏡で観察したところ、ニッケル酸リチウム粉末の全表面に、PTC素子が複数付着していた。
PTC素子が付着したこのニッケル酸リチウム粉末を正極活物質として用いる以外は、実施例1と同様にして、本発明の非水電解質二次電池を作製した。
(Example 7)
95 parts by weight of lithium nickelate powder (positive electrode active material) and 5 parts by weight of a mixture of acetylene black and polyethylene (PTC element, 5:95 by weight) were mixed, and the resulting mixture was stirred in an argon gas atmosphere. A granulator (trade name: SPG-25 type, manufactured by Fuji Powder Co., Ltd., stirring blade 250 rpm, high speed chopper 3000 rpm) was put in, and a plurality of PTC elements were adhered to the surface of the lithium nickelate powder. When the obtained lithium nickelate powder after treatment was observed with a scanning electron microscope, a plurality of PTC elements adhered to the entire surface of the lithium nickelate powder.
A nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except that this lithium nickelate powder with the PTC element attached was used as the positive electrode active material.

(実施例8)
ニッケル酸リチウム粉末(正極活物質)95重量部およびアセチレンブラックとポリエチレンとの混合物(PTC素子、重量基準で5:95)5重量部を混合し、得られた混合物をアルゴンガス雰囲気中で流動コーティング法としてマルチプレックス(商品名:MP−01、給気温度80℃、ローター回転数300rpm、給気風量40m3/hr、(株)パウレック製)に投入し、ニッケル酸リチウム粉末の表面にPTC素子を突出する突起部が設けた。得られた処理後のニッケル酸リチウム粉末を走査型電子顕微鏡で観察したところ、ニッケル酸リチウム粉末の全表面に、PTC素子が突出する突起部が設けられていた。
PTC素子が付着したこのニッケル酸リチウム粉末を正極活物質として用いる以外は、実施例1と同様にして、本発明の非水電解質二次電池を作製した。
(Example 8)
95 parts by weight of lithium nickelate powder (positive electrode active material) and 5 parts by weight of a mixture of acetylene black and polyethylene (PTC element, 5:95 on a weight basis) are mixed, and the resulting mixture is fluidly coated in an argon gas atmosphere. As a method, it was introduced into a multiplex (trade name: MP-01, supply air temperature 80 ° C., rotor rotation speed 300 rpm, supply air flow 40 m 3 / hr, manufactured by POWREC Co., Ltd.), and PTC element on the surface of the lithium nickelate powder The protrusion part which protruded was provided. When the obtained lithium nickelate powder after treatment was observed with a scanning electron microscope, protrusions from which the PTC element protruded were provided on the entire surface of the lithium nickelate powder.
A nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except that this lithium nickelate powder with the PTC element attached was used as the positive electrode active material.

(比較例1〜3)
活物質の使用量、導電材の使用量、PTC素子の種類および使用量ならびに活物質とPTC素子との混合方法を表1に示すように変更する以外は、実施例1と同様にして、本発明および比較用の非水電解質二次電池を作製した。なお、表1において、AB:アセチレンブラック、KS:黒鉛、PE:ポリエチレンである。
(Comparative Examples 1-3)
Except for changing the usage amount of the active material, the usage amount of the conductive material, the type and usage amount of the PTC element, and the mixing method of the active material and the PTC element, as shown in Table 1, Non-aqueous electrolyte secondary batteries for invention and comparison were prepared. In Table 1, AB: acetylene black, KS: graphite, PE: polyethylene.

実施例1〜8および比較例1〜3で得られた非水電解質二次電池について、過充電試験を実施し、電池の最高到達温度(℃)を求めた。なお、過充電試験は、次のようにして実施した。
実施例1〜8および比較例1〜3で得られた非水電解質二次電池を、電池電圧を3.0Vまで放電を実施する。その後、封口板、ケース底部に電線を溶接し、25℃恒温槽内にて宙吊りにして設置した。充電用電源を用いて、電流値5A、最大電圧12Vの条件下で過充電試験を行った。なお電池中央部に熱電対を設置し、電池温度の測定を実施した。
About the nonaqueous electrolyte secondary battery obtained in Examples 1-8 and Comparative Examples 1-3, the overcharge test was implemented and the highest ultimate temperature (degreeC) of the battery was calculated | required. The overcharge test was performed as follows.
The nonaqueous electrolyte secondary batteries obtained in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3 are discharged to a battery voltage of 3.0V. Thereafter, an electric wire was welded to the sealing plate and the bottom of the case, and the suspension plate was suspended in a 25 ° C. constant temperature bath. An overcharge test was performed under the conditions of a current value of 5 A and a maximum voltage of 12 V using a charging power source. A thermocouple was installed at the center of the battery, and the battery temperature was measured.

Figure 2009176597
Figure 2009176597

表1から、実施例1〜8の電池における最高到達温度は、比較例1〜3の電池における最高到達温度よりも15℃以上も低く、実施例1〜8の電池が高い安全性を有していることが明らかである。これは、実施例1〜8の電池において、活物質同士または活物質と導電材との間にPTC素子が介在し、該PTC素子は非発熱状態では良導体として機能するが、発熱状態では不導体として機能し、活物質同士または活物質と導電材との導電ネットワークを遮断することによるものと推測される。すなわち、本発明では、PTC素子が活物質層内における導電ネットワークの一部として存在しているため、発熱時には導電ネットワークを遮断し、活物質への通電を停止させ、活物質への通電による発熱を抑制することができる。   From Table 1, the highest attained temperature in the batteries of Examples 1 to 8 is 15 ° C. or more lower than the highest attained temperature in the batteries of Comparative Examples 1 to 3, and the batteries of Examples 1 to 8 have high safety. It is clear that This is because, in the batteries of Examples 1 to 8, a PTC element is interposed between active materials or between an active material and a conductive material, and the PTC element functions as a good conductor in a non-heat generation state, but is not a conductor in a heat generation state. It is presumed that this is caused by blocking the conductive network between the active materials or between the active material and the conductive material. That is, in the present invention, since the PTC element exists as a part of the conductive network in the active material layer, the conductive network is cut off during heat generation, the energization to the active material is stopped, and the heat generation due to the energization to the active material. Can be suppressed.

これに対し、比較例2および3では、PTC素子が活物質層内における導電ネットワークの一部として必ずしも存在しないため、電池の発熱によりPTC素子が不導体になっても、導電ネットワークがほぼ完全に遮断されず、活物質への通電を避けることができない。その結果、PTC素子が存在するにも係わらず、電池の発熱が進行し、電池が過加熱状態になり易い。   On the other hand, in Comparative Examples 2 and 3, since the PTC element does not necessarily exist as a part of the conductive network in the active material layer, even if the PTC element becomes non-conductive due to heat generation of the battery, the conductive network is almost complete. It is not cut off and energization of the active material cannot be avoided. As a result, despite the presence of the PTC element, heat generation of the battery proceeds and the battery tends to be overheated.

本発明の非水電解質二次電池は、従来の非水電解質二次電池と同様の用途に使用できる。特に、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯用情報端末、電子辞書、ゲーム機器などの各種携帯用電子機器類の電源として好適に使用できる。このような用途に利用する場合、充電時に万が一過充電状態になっても、発熱が抑制されるので、熱暴走、電池の破裂などが確実に防止される。また、本発明の非水電解質二次電池は、たとえば、電力貯蔵用、電気自動車、ハイブリッド自動車などの輸送機器用などの用途にも応用可能である。   The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be used for the same applications as conventional nonaqueous electrolyte secondary batteries. In particular, it can be suitably used as a power source for various portable electronic devices such as a mobile phone, a notebook personal computer, a portable information terminal, an electronic dictionary, and a game device. When used for such applications, even if the battery is overcharged during charging, heat generation is suppressed, so that thermal runaway, battery rupture, and the like are reliably prevented. The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can also be applied to uses such as for power storage, transportation equipment such as electric vehicles and hybrid vehicles.

本発明の実施形態の1つである非水電解質二次電池の構成を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing typically the composition of the nonaqueous electrolyte secondary battery which is one of the embodiments of the present invention. 本発明の非水電解質二次電池における電極の構成を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the structure of the electrode in the nonaqueous electrolyte secondary battery of this invention. 特許文献1の電池における正極の構成を模式的に示す縦断面図である。2 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration of a positive electrode in a battery of Patent Document 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 電極
2 電極芯材
3 活物質層
4 活物質
5 正の抵抗温度特性を有する導電性材料
6 結着材
10 非水電解質二次電池
11 正極
12 負極
13 セパレータ
14 正極リード
15 負極リード
16 上部絶縁板
17 下部絶縁板
18 電池ケース
19 封口板
20 正極端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrode 2 Electrode core material 3 Active material layer 4 Active material 5 Conductive material which has positive resistance temperature characteristic 6 Binder 10 Nonaqueous electrolyte secondary battery 11 Positive electrode 12 Negative electrode 13 Separator 14 Positive electrode lead 15 Negative electrode lead 16 Upper insulation Plate 17 Lower insulating plate 18 Battery case 19 Sealing plate 20 Positive terminal

Claims (8)

正極活物質層と正極集電体とを有する正極、負極活物質層と負極集電体とを有する負極、セパレータおよび非水電解質を含む非水電解質二次電池であって、
正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方が、活物質または活物質と導電材とともに、活物質同士または活物質と導電材との間にこれらに接触するように存在し、正の抵抗温度特性を有する導電性物質を含有する非水電解質二次電池。
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode having a positive electrode active material layer and a positive electrode current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer and a negative electrode current collector, a separator and a non-aqueous electrolyte,
At least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is present together with the active material or the active material and the conductive material so as to be in contact with each other between the active materials or between the active material and the conductive material, and has a positive resistance temperature. A non-aqueous electrolyte secondary battery containing a conductive material having characteristics.
正の抵抗温度特性を有する導電性物質の含有量が、活物質100重量部に対して、1〜15重量部である請求項1に記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the content of the conductive material having a positive resistance temperature characteristic is 1 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the active material. 正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方が、活物質、導電材および正の抵抗温度特性を有する導電性物質を含有し、正の抵抗温度特性を有する導電性物質の含有量が、導電材100重量部に対して、100〜500重量部である請求項1または2に記載の非水電解質二次電池。   At least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer contains an active material, a conductive material, and a conductive material having a positive resistance temperature characteristic, and the content of the conductive material having a positive resistance temperature characteristic is The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the amount is 100 to 500 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the material. 活物質の粒子表面に、正の抵抗温度特性を有する導電性物質を含有する被覆層が設けられている請求項1〜3のいずれか1つに記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein a coating layer containing a conductive material having a positive resistance temperature characteristic is provided on the particle surface of the active material. 正の抵抗温度特性を有する導電性物質を含有する層の厚さが、0.1〜10μmである請求項4に記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, wherein the thickness of the layer containing a conductive substance having positive resistance temperature characteristics is 0.1 to 10 μm. 活物質の粒子表面に、正の抵抗温度特性を有する導電性物質を含有する粒子が複数付着している請求項1〜3のいずれか1つに記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of particles containing a conductive material having a positive resistance temperature characteristic are attached to the particle surface of the active material. 活物質の粒子表面の少なくとも一部に、正の抵抗温度特性を有する導電性物質を含有し、活物質の粒子表面から外方に向けて突出する突起部が設けられている請求項1〜3のいずれか1つに記載の非水電解質二次電池。   The active material particle surface includes at least part of a conductive material having a positive resistance temperature characteristic, and is provided with a protrusion protruding outward from the active material particle surface. The nonaqueous electrolyte secondary battery as described in any one of these. 正の抵抗温度特性を有する導電性物質が、130℃以下の温度域で導電体から不導体に変化する請求項1〜7のいずれか1つに記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the conductive material having a positive resistance temperature characteristic changes from a conductor to a nonconductor in a temperature range of 130 ° C. or less.
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