JP2011103181A - Lithium secondary battery - Google Patents

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Hideyuki Morimoto
英行 森本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery capable of preventing failure from occurring due to thermal decomposition of a positive electrode active material at its failures. <P>SOLUTION: The lithium secondary battery includes an electrode body equipped with a positive electrode 66 and a negative electrode, and a case housing the electrode body and electrolyte. The positive electrode includes a positive electrode layer 64 mainly composed of a positive electrode active material 67 formed on a positive electrode collector 62, and the negative electrode includes a negative electrode layer mainly composed of a negative electrode active material formed on a negative electrode collector. At least either of the electrode layers of the positive electrode layer and the negative electrode layer contains an endothermic material 69 made of a substance showing a phase change from solid to liquid at a given temperature, and the endothermic material is of a double structure having its surface coated with an oxide film made of an oxide of a matter constituting it, and is so structured to flow into the inside of the electrode layer by performing a phase change from solid to liquid when a temperature of the electrode layer reaches a given height. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウム二次電池に関し、詳しくは内部短絡や過充電等の電池誤用時に電池温度上昇を抑制する吸熱材を備えたリチウム二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly to a lithium secondary battery including a heat absorbing material that suppresses battery temperature rise when the battery is misused such as internal short circuit or overcharge.

リチウムイオンが正極と負極との間を行き来することにより充電および放電するリチウム二次電池(例えば、リチウムイオン電池)は、軽量で高エネルギー密度が得られることから、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源に好ましく用いられるものとして重要性が高まっている。   A lithium secondary battery (for example, a lithium ion battery) that is charged and discharged by moving lithium ions back and forth between the positive electrode and the negative electrode is lightweight and has a high energy density. The importance is increasing as what is preferably used for the power supply of a portable terminal.

リチウム二次電池を充電処理する際、不良電池の存在や充電装置の故障による誤作動によって電池に通常以上の電流が供給されて過充電状態に陥る場合や、内部短絡によって正極と負極との間に短絡電流が流れる場合が想定される。かかる過充電等の際には、電池反応が急速に進行して電池ケースの内部でガスが発生してケース内部の内圧が上昇すると共に、活物質の表面において電解液が分解反応することや電極中の活物質が発熱することによって電池内部の温度が上昇することがあり得る。このとき、電池に安全弁等が設けられていると安全弁等の作動によりガスが外部に排出されてケースの変形等の不具合を防止すると共に電流を遮断することができる。
しかしながら、内部で発生したガスが外部に排出され電池の電流を遮断したとしても、電池反応が継続して活物質(典型的には正極活物質)自体の温度が非常に高温となった場合には、正極活物質自体の熱分解反応が進行して電池内温度が急激に上昇して電池自体に不具合が発生する虞がある。このような異常時に対応すべく、従来技術として、特許文献1及び2が挙げられる。特許文献1には、正極層中に相変化を伴う吸熱物質を添加しておくことで、非常時の電池内の温度上昇を抑制しようとする技術が記載されている。特許文献2には、相変化を伴う材料を不活性材料製のカプセル内に入れたものを電極活物質に添加することによってバッテリーの通常時および異常時の温度上昇を効率的に抑制し、バッテリーの寿命と安全性を向上しようとする技術が記載されている。
When charging a lithium secondary battery, if the battery is overcharged due to malfunction due to the presence of a defective battery or a failure of the charger, the battery may be overcharged, or an internal short circuit may cause It is assumed that a short-circuit current flows in In the case of such overcharge, the battery reaction rapidly proceeds, gas is generated inside the battery case, the internal pressure inside the case rises, and the electrolytic solution decomposes on the surface of the active material or the electrode The temperature inside the battery may rise due to the heat generated in the active material. At this time, if the battery is provided with a safety valve or the like, the gas is discharged to the outside by the operation of the safety valve or the like, thereby preventing problems such as deformation of the case and interrupting the current.
However, even if the gas generated inside is discharged outside and the battery current is cut off, the battery reaction continues and the temperature of the active material (typically the positive electrode active material) itself becomes very high. In this case, the thermal decomposition reaction of the positive electrode active material itself progresses, and the temperature inside the battery suddenly rises, so that there is a possibility that the battery itself may malfunction. In order to cope with such an abnormality, Patent Documents 1 and 2 can be cited as conventional techniques. Patent Document 1 describes a technique for suppressing an increase in temperature in a battery in an emergency by adding an endothermic substance accompanying a phase change in a positive electrode layer. Patent Document 2 discloses that a battery in which a material accompanied with a phase change is placed in an inert material capsule is added to an electrode active material to effectively suppress a temperature increase during normal and abnormal battery operation. The technology which tries to improve the life and safety of is described.

特開平11−040200号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-040200 特開2008−509519号公報JP 2008-509519 A

しかしながら、上記各特許文献に記載の技術では、電池の通常使用時の電池反応によっても予め添加しておいた吸熱物質等の変質、溶解等が生じてしまう虞がある。その結果、過充電等によって電池内部の温度が上昇するような異常時に吸熱物質等が適切に作用せず、正極活物質の熱分解等に起因する不都合を未然に防止できない虞がある。
そこで本発明は、上述した従来の課題を解決すべく創出されたものであり、その目的は、電池異常の際に正極活物質の熱分解による不具合が発生することを未然に防止することができる電池を提供することである。
However, in the techniques described in the above patent documents, there is a possibility that the endothermic substance or the like that has been added in advance may be altered or dissolved by the battery reaction during normal use of the battery. As a result, there is a possibility that the endothermic substance or the like does not act properly at the time of an abnormality in which the temperature inside the battery rises due to overcharging or the like, and inconvenience due to thermal decomposition of the positive electrode active material cannot be prevented.
Therefore, the present invention has been created to solve the above-described conventional problems, and its purpose is to prevent the occurrence of problems due to thermal decomposition of the positive electrode active material in the event of battery abnormality. It is to provide a battery.

本発明によって、正極および負極を備える電極体と、前記電極体と電解質とを収容するケースとを備えたリチウム二次電池が提供される。ここで開示されるリチウム二次電池において、上記正極は、正極集電体上に形成された正極活物質を主体とする正極層を備えており、上記負極は、負極集電体上に形成された負極活物質を主体とする負極層を備えている。上記正極層と上記負極層のうちの少なくとも一方(以下、正極層と負極層を総称して電極層という。)は、所定の温度で固体から液体への相変化(相転移)を示す物質からなる吸熱材を含んでいる。そして、上記吸熱材は、その表面が上記吸熱材を構成する物質の酸化物からなる酸化皮膜により被覆された二重構造であり、上記吸熱材を含む電極層の温度が上記所定の温度に達したときは、上記吸熱材が固体から液体へと相変化して上記電極層の内域に流出するように構成されていることを特徴とする。   According to the present invention, there is provided a lithium secondary battery including an electrode body including a positive electrode and a negative electrode, and a case containing the electrode body and an electrolyte. In the lithium secondary battery disclosed herein, the positive electrode includes a positive electrode layer mainly composed of a positive electrode active material formed on a positive electrode current collector, and the negative electrode is formed on the negative electrode current collector. And a negative electrode layer mainly composed of the negative electrode active material. At least one of the positive electrode layer and the negative electrode layer (hereinafter, the positive electrode layer and the negative electrode layer are collectively referred to as an electrode layer) is a substance that exhibits a phase change (phase transition) from solid to liquid at a predetermined temperature. Contains an endothermic material. The endothermic material has a double structure in which the surface is covered with an oxide film made of an oxide of the substance constituting the endothermic material, and the temperature of the electrode layer including the endothermic material reaches the predetermined temperature. In this case, the endothermic material is configured to change phase from solid to liquid and to flow out to the inner region of the electrode layer.

なお、本明細書において「リチウム二次電池」とは、電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正負極間のリチウムイオンの移動によって充放電が実現される二次電池をいう。一般にリチウムイオン電池と称される二次電池は、本明細書におけるリチウム二次電池に包含される典型例である。
また、本明細書において「正極活物質」とは、二次電池において電荷担体となる化学種(ここではリチウムイオン)を可逆的に吸蔵および放出(典型的には挿入および離脱)可能な正極側の活物質をいう。
さらにまた、本明細書において「負極活物質」とは、二次電池において電荷担体となる化学種(ここではリチウムイオン)を可逆的に吸蔵および放出(典型的には挿入および離脱)可能な負極側の活物質をいう。
In the present specification, the “lithium secondary battery” refers to a secondary battery that uses lithium ions as electrolyte ions and is charged and discharged by movement of lithium ions between the positive and negative electrodes. A secondary battery generally referred to as a lithium ion battery is a typical example included in the lithium secondary battery in this specification.
In this specification, the “positive electrode active material” means a positive electrode side capable of reversibly occluding and releasing (typically inserting and removing) chemical species (here, lithium ions) which are charge carriers in a secondary battery. The active material.
Furthermore, in this specification, the “negative electrode active material” refers to a negative electrode capable of reversibly occluding and releasing (typically inserting and removing) chemical species (here, lithium ions) that serve as charge carriers in a secondary battery. The active material on the side.

本発明によって提供されるリチウム二次電池は、正極層または負極層の少なくとも一方の電極層内に、所定の温度で固体から液体への相変化を示す物質からなる吸熱材を含んでおり、該吸熱材の表面は該吸熱材を構成する物質の酸化物からなる酸化皮膜によって被覆された二重構造(典型的には金属材と該金属材の酸化皮膜とからなる構造)である。そして、吸熱材を含む電極層の温度が上記所定の温度に達したときは、吸熱材が固体から液体へと相変化して電極層の内域に流出する。
このように、電極層に含まれている吸熱材は該吸熱材の酸化物からなる酸化皮膜によって被覆された二重構造であるため、リチウム二次電池の通常使用時の充放電電位域(典型的には、3.0V〜4.1V)において吸熱材が溶解してイオンとして溶け出すことを防止することができる。そして、電池異常の際に吸熱材を含む電極層の温度が所定の温度(吸熱材の融点)に達したとき、吸熱材は、活物質や電解液の分解による熱を吸収して固体から液体に相変化(相転移)するので、電極層の更なる温度上昇を抑制することができる。さらに、電極層内に含まれている吸熱材が固体から液体へと相変化して、液状化した(溶融した)吸熱材が電極層の内域に流れ出ることによって当該溶融(液体)状態の吸熱材が活物質の表面を覆う。これによって、活物質の表面積が小さくなるため活物質表面における電解液の分解反応が停止または少なくなり該分解反応に起因する発熱を抑えると共に、活物質の表面からリチウムイオンの放出および/または吸蔵が阻止されて電流の流れをシャットダウンするため、活物質での発熱を抑制することができる(これによって活物質での発熱反応は収束していく)。
従って、本発明によると、電池異常の際に活物質の急激な熱分解反応によって電池に不具合が発生することなく安全性と信頼性に優れたリチウム二次電池を提供することができる。
The lithium secondary battery provided by the present invention includes an endothermic material made of a substance that exhibits a phase change from solid to liquid at a predetermined temperature in at least one of the positive electrode layer and the negative electrode layer, The surface of the endothermic material has a double structure (typically a structure composed of a metal material and an oxide film of the metal material) coated with an oxide film composed of an oxide of the material constituting the endothermic material. When the temperature of the electrode layer including the endothermic material reaches the predetermined temperature, the endothermic material changes phase from solid to liquid and flows out to the inner region of the electrode layer.
Thus, the endothermic material contained in the electrode layer has a double structure covered with an oxide film made of an oxide of the endothermic material. Therefore, the charge / discharge potential region during typical use of a lithium secondary battery (typically Specifically, it is possible to prevent the endothermic material from being dissolved and dissolved out as ions at 3.0 V to 4.1 V). When the temperature of the electrode layer including the endothermic material reaches a predetermined temperature (melting point of the endothermic material) in the event of a battery abnormality, the endothermic material absorbs heat from decomposition of the active material and the electrolytic solution and becomes liquid from solid Therefore, a further temperature increase of the electrode layer can be suppressed. Furthermore, the endothermic material contained in the electrode layer undergoes a phase change from solid to liquid, and the liquefied (molten) endothermic material flows out into the inner region of the electrode layer, thereby causing the endothermic material in the molten (liquid) state. The material covers the surface of the active material. As a result, the surface area of the active material is reduced, so that the decomposition reaction of the electrolyte solution on the surface of the active material is stopped or reduced, so that heat generation due to the decomposition reaction is suppressed and lithium ions are released and / or occluded from the surface of the active material. Since the current flow is blocked and the current flow is shut down, heat generation in the active material can be suppressed (by this, the exothermic reaction in the active material converges).
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a lithium secondary battery that is excellent in safety and reliability without causing trouble in the battery due to a rapid thermal decomposition reaction of the active material in the event of battery abnormality.

ここで開示される二次電池の好適な一態様では、上記吸熱材は、前記正極活物質が熱分解反応を起こす温度よりも低い温度で溶融する物質により構成されていることを特徴とする。正極活物質が熱分解反応を起こす温度よりも低い溶融温度(融点)を有する吸熱材を電極層に含めることによって、電池異常の際に電極層の温度が上昇しても吸熱材によって温度の更なる上昇が抑制されるため正極活物質の熱分解反応が起こる温度に到達せず、熱分解反応に伴う電池の不具合の発生を未然に防止することができる。   In a preferred aspect of the secondary battery disclosed herein, the endothermic material is composed of a material that melts at a temperature lower than a temperature at which the positive electrode active material undergoes a thermal decomposition reaction. By including in the electrode layer an endothermic material having a melting temperature (melting point) lower than the temperature at which the positive electrode active material undergoes a thermal decomposition reaction, even if the temperature of the electrode layer rises in the event of a battery abnormality, the endothermic material increases the temperature. Therefore, the temperature at which the thermal decomposition reaction of the positive electrode active material occurs is not reached, and it is possible to prevent the occurrence of a battery failure due to the thermal decomposition reaction.

ここで開示される二次電池の好適な一態様では、上記吸熱材は、金属材、特にスズ若しくはスズを主成分とするはんだ合金で構成されていることを特徴とする。スズ若しくはスズを主成分とするはんだ合金の融点は比較的低く、電極層に含まれている活物質が熱分解反応を起こす温度と同程度かそれよりも低い。従って、過充電等の電池異常時であっても活物質の熱分解反応が起こる前に吸熱材の相変化によって電極層の温度上昇を抑えられるか、または活物質の熱分解反応が起こっていても直ちに吸熱材の相変化によって電極層の温度上昇を抑えることができる。さらに液状化した(溶融した)吸熱材が活物質の表面を被覆することによって電池反応をシャットダウンするので電池に不具合が発生するのを未然に防ぐことができる。   In a preferred aspect of the secondary battery disclosed herein, the endothermic material is composed of a metal material, particularly tin or a solder alloy containing tin as a main component. The melting point of tin or a solder alloy containing tin as a main component is relatively low, and is about the same as or lower than the temperature at which the active material contained in the electrode layer undergoes a thermal decomposition reaction. Therefore, even when the battery is abnormal such as overcharge, the temperature rise of the electrode layer can be suppressed by the phase change of the endothermic material before the thermal decomposition reaction of the active material occurs, or the thermal decomposition reaction of the active material has occurred. However, the temperature increase of the electrode layer can be suppressed immediately by the phase change of the endothermic material. Further, since the liquefied (molten) endothermic material covers the surface of the active material, the battery reaction is shut down, so that it is possible to prevent the battery from being defective.

ここで開示される二次電池の好適な一態様では、上記吸熱材は、少なくとも上記正極層に含まれていることを特徴とする。正極活物質は負極活物質に比べて活物質自体の熱分解反応が起こる温度が低い。従って、正極層中に上記二重構造の吸熱材を含めておくことで、負極層よりも低温域で生じ得る正極層における正極活物質の熱分解反応をより効果的に防止することができる。   In a preferred aspect of the secondary battery disclosed herein, the endothermic material is included in at least the positive electrode layer. The positive electrode active material has a lower temperature at which the thermal decomposition reaction of the active material itself occurs than the negative electrode active material. Therefore, the thermal decomposition reaction of the positive electrode active material in the positive electrode layer that can occur in a lower temperature region than the negative electrode layer can be more effectively prevented by including the endothermic material having the double structure in the positive electrode layer.

また、本発明によると、ここに開示されるいずれかのリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン電池)を備える車両が提供される。本発明によって提供されるリチウム二次電池は、車両に搭載されるリチウム二次電池として適した品質(例えば、リチウム二次電池の安全性と信頼性の更なる向上)を示すものであり得る。従って、かかるリチウム二次電池は、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車等の車両に搭載されるモーター(電動機)用の電源として好適に使用され得る。   Further, according to the present invention, there is provided a vehicle including any of the lithium secondary batteries disclosed herein (typically, lithium ion batteries). The lithium secondary battery provided by the present invention may exhibit quality suitable as a lithium secondary battery mounted on a vehicle (for example, further improvement in safety and reliability of the lithium secondary battery). Therefore, the lithium secondary battery can be suitably used as a power source for a motor (electric motor) mounted on a vehicle such as an automobile equipped with an electric motor such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, and a fuel cell vehicle.

一実施形態に係るリチウム二次電池の外形を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the external shape of the lithium secondary battery which concerns on one Embodiment. 図1中のII−II線に沿う縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which follows the II-II line | wire in FIG. 一実施形態に係る正極集電体に塗布された正極層を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the positive electrode layer apply | coated to the positive electrode electrical power collector which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る負極集電体に塗布された負極層を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the negative electrode layer apply | coated to the negative electrode collector which concerns on one Embodiment. SOCと電池温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between SOC and battery temperature. 本発明に係るリチウム二次電池を備えた車両(自動車)を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the vehicle (automobile) provided with the lithium secondary battery which concerns on this invention.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事項は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. It should be noted that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for carrying out the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.

ここで開示されるリチウム二次電池に備えられる正極は、本発明を特徴付ける性状の吸熱材を備えるほかは従来と同様の構成をとり得る。かかる正極を構成する正極集電体としては、従来のリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン電池)の正極に用いられている集電体と同様、導電性の良好な金属からなる導電性部材が好ましく用いられる。例えば、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金を用いることができる。正極集電体の形状は、リチウム二次電池の形状等に応じて異なり得るため、特に制限はなく、棒状、板状、シート状、箔状、メッシュ状等の種々の形態であり得る。典型的にはシート状のアルミニウム製の正極集電体が用いられる。   The positive electrode provided in the lithium secondary battery disclosed herein can have the same configuration as that of the prior art, except that it includes a heat-absorbing material having characteristics that characterize the present invention. As a positive electrode current collector constituting such a positive electrode, a conductive material made of a metal having good conductivity is used as in the current collector used in the positive electrode of a conventional lithium secondary battery (typically, a lithium ion battery). A member is preferably used. For example, aluminum or an alloy containing aluminum as a main component can be used. The shape of the positive electrode current collector can vary depending on the shape of the lithium secondary battery, and is not particularly limited, and may be various forms such as a rod shape, a plate shape, a sheet shape, a foil shape, and a mesh shape. Typically, a sheet-like positive electrode current collector made of aluminum is used.

次に、上記正極集電体の表面に形成された正極層を構成する材料について説明する。上記正極集電体の表面には、正極活物質、導電材、結着材、吸熱材等を適当な溶媒に混合されてなる組成物(典型的にはペースト状に形成された組成物、以下正極層形成用ペーストという。)が用いられて形成された正極層を有している。   Next, the material constituting the positive electrode layer formed on the surface of the positive electrode current collector will be described. On the surface of the positive electrode current collector, a composition in which a positive electrode active material, a conductive material, a binder, an endothermic material, etc. are mixed in a suitable solvent (typically a composition formed in a paste form, hereinafter It has a positive electrode layer formed using a positive electrode layer forming paste).

ここで開示されるリチウム二次電池の正極に形成される正極層に含まれる正極活物質としては、リチウムを吸蔵および放出可能な粒状の活物質材料が用いられる。典型的な正極活物質として、リチウムおよび少なくとも1種の遷移金属元素を含む複合酸化物が挙げられる。例えば、コバルトリチウム複合酸化物(LiCoO)、ニッケルリチウム複合酸化物(LiNiO)、マンガンリチウム複合酸化物(LiMn)、あるいは、ニッケル・コバルト系のLiNiCo1−x(0<x<1)、コバルト・マンガン系のLiCoMn1−x(0<x<1)、ニッケル・マンガン系のLiNiMn1−x(0<x<1)やLiNiMn2−x(0<x<2)で表わされるような、遷移金属元素を2種含むいわゆる二元系リチウム含有複合酸化物、或いは、遷移金属元素を3種含むニッケル・コバルト・マンガン系のような三元系リチウム含有複合酸化物でもよい。
なお、上記正極活物質として一般式がLiMAO(ここでMは、Fe,Co,NiおよびMnから成る群から選択される少なくとも1種の金属元素であり、Aは、P,Si,SおよびVから成る群から選択される元素である。)で表記されるポリアニオン型化合物も好ましく用いられる。
As the positive electrode active material included in the positive electrode layer formed on the positive electrode of the lithium secondary battery disclosed herein, a granular active material capable of inserting and extracting lithium is used. A typical positive electrode active material includes a composite oxide containing lithium and at least one transition metal element. For example, cobalt lithium composite oxide (LiCoO 2 ), nickel lithium composite oxide (LiNiO 2 ), manganese lithium composite oxide (LiMn 2 O 4 ), or nickel-cobalt-based LiNi x Co 1-x O 2 ( 0 <x <1), cobalt / manganese-based LiCo x Mn 1-x O 2 (0 <x <1), nickel / manganese-based LiNi x Mn 1-x O 2 (0 <x <1) and LiNi as represented by x Mn 2-x O 4 ( 0 <x <2), a so-called binary lithium-containing composite oxide containing two kinds of transition metal elements, or nickel cobalt containing three transition metal elements A ternary lithium-containing composite oxide such as manganese may be used.
The positive electrode active material has a general formula of LiMAO 4 (where M is at least one metal element selected from the group consisting of Fe, Co, Ni and Mn, and A is P, Si, S and A polyanionic compound represented by the following formula is also preferably used: an element selected from the group consisting of V.

このような正極活物質を構成する化合物は、例えば、従来公知の方法で調製し、提供することができる。例えば、原子組成に応じて適宜選択されるいくつかの原料化合物を所定のモル比で混合し、当該混合物を適当な手段で所定温度で焼成することによって該酸化物を調製することができる。また、焼成物を適当な手段で粉砕、造粒および分級することにより、所望する平均粒径および/または粒径分布を有する二次粒子によって実質的に構成された粒状の正極活物質粉末を得ることができる。なお、正極活物質(リチウム含有複合酸化物粉末等)の調製方法自体は本発明を何ら特徴付けるものではない。   The compound which comprises such a positive electrode active material can be prepared and provided by a conventionally well-known method, for example. For example, the oxide can be prepared by mixing several raw material compounds appropriately selected according to the atomic composition at a predetermined molar ratio and firing the mixture at a predetermined temperature by an appropriate means. Further, the fired product is pulverized, granulated and classified by an appropriate means to obtain a granular positive electrode active material powder substantially composed of secondary particles having a desired average particle size and / or particle size distribution. be able to. In addition, the preparation method itself of a positive electrode active material (lithium containing complex oxide powder etc.) does not characterize this invention at all.

また、ここで開示される正極に形成される正極層に含まれる導電材としては、従来この種の二次電池で用いられているものであればよく、特定の導電材に限定されない。例えばカーボン粉末やカーボンファイバー等のカーボン材料を用いることができる。カーボン粉末としては、種々のカーボンブラック(例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック)、グラファイト粉末、等のカーボン粉末を用いることができる。これらのうち一種又は二種以上を併用して用いてもよい。   In addition, the conductive material included in the positive electrode layer formed in the positive electrode disclosed herein is not limited to a specific conductive material as long as it is conventionally used in this type of secondary battery. For example, carbon materials such as carbon powder and carbon fiber can be used. As the carbon powder, various carbon blacks (for example, acetylene black, furnace black, ketjen black), graphite powder, and the like can be used. You may use 1 type or 2 types or more together among these.

また、ここで開示される正極に形成される正極層に含まれる吸熱材としては、所定温度で固体から液体に相変化する物質、例えば、比較的低融点(例えば融点が250℃以下、好ましくは200℃〜250℃または200℃以下)の金属や、該金属を主成分とする種々の合金材料が挙げられる。融点が250℃以下もしくは200℃以下であるような金属材料として例えば、はんだ材料、好ましくはスズ(Sn)若しくはスズを主成分とするはんだ合金が挙げられる。はんだ合金としては、自然環境や人体に対する影響を考慮して鉛フリーはんだ(無鉛はんだ)が好ましい。はんだ材料は、正極活物質の熱分解反応が進行する温度(熱分解温度、典型的には200℃〜300℃程度の温度域)よりも低い融点を持つ材料であることが好ましい。はんだ材料としては、Sn(融点232℃)、Sn−Cu系(融点227℃)、Sn−Ag系(融点221℃)、Sn−Ag−Cu系(融点217℃〜219℃)、Sn−Ag−Cu−Bi系(融点211℃〜221℃)、Sn−Ag−Bi−In系(融点170℃〜206℃)、Sn−Zn系(融点199℃)、Sn−Bi系(融点139℃)、Sn−Cu−Ni系(融点227℃)、Sn−Pb系(融点183℃)等が挙げられる。なお、ビスマス(Bi)やインジウム(In)或いはこれらを主成分とするはんだ合金を用いてもよい。
吸熱材(典型的にははんだ材料)の量は適宜決定されるが、正極層の導電性を妨げない程度、即ち正極活物質100質量部に対して1〜30質量部程度の使用が好ましい。さらに好ましくは5〜15質量部程度である。
また、吸熱材(はんだ材料)の電子顕微鏡(SEMまたはTEM等)観察に基づく(或いは光散乱法に基づく)平均粒径としては、0.1μm〜100μmの範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは1μm〜10μmの範囲内である。
Further, as the endothermic material contained in the positive electrode layer formed in the positive electrode disclosed herein, a substance that changes in phase from a solid to a liquid at a predetermined temperature, for example, a relatively low melting point (for example, a melting point of 250 ° C. or lower, preferably 200 ° C. to 250 ° C. or 200 ° C. or lower) and various alloy materials containing the metal as a main component. Examples of the metal material having a melting point of 250 ° C. or lower or 200 ° C. or lower include a solder material, preferably tin (Sn) or a solder alloy mainly composed of tin. As the solder alloy, lead-free solder (lead-free solder) is preferable in consideration of the influence on the natural environment and the human body. The solder material is preferably a material having a melting point lower than the temperature at which the thermal decomposition reaction of the positive electrode active material proceeds (thermal decomposition temperature, typically a temperature range of about 200 ° C. to 300 ° C.). As solder materials, Sn (melting point: 232 ° C.), Sn—Cu type (melting point: 227 ° C.), Sn—Ag type (melting point: 221 ° C.), Sn—Ag—Cu type (melting point: 217 ° C. to 219 ° C.), Sn—Ag -Cu-Bi system (melting point 211 ° C to 221 ° C), Sn-Ag-Bi-In system (melting point 170 ° C to 206 ° C), Sn-Zn system (melting point 199 ° C), Sn-Bi system (melting point 139 ° C) Sn-Cu-Ni system (melting point 227 ° C), Sn-Pb system (melting point 183 ° C), and the like. Note that bismuth (Bi), indium (In), or a solder alloy containing these as a main component may be used.
The amount of the endothermic material (typically a solder material) is appropriately determined, but it is preferably used in an amount that does not hinder the conductivity of the positive electrode layer, that is, about 1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. More preferably, it is about 5-15 mass parts.
The average particle diameter based on observation of an endothermic material (solder material) by an electron microscope (such as SEM or TEM) (or based on a light scattering method) is preferably within a range of 0.1 μm to 100 μm, and more preferably. Is in the range of 1 μm to 10 μm.

一般的に、吸熱材の全体が酸化皮膜に覆われていない場合、リチウム二次電池の正常時の充放電電位域(典型的には、3.0V〜4.1V)において、吸熱材を構成する物質がイオンとなって電解液中に溶け出してしまう。このため、イオンとして電解液中に溶け出した吸熱材は、過充電等の電池異常時にケース内の熱(典型的には電極層の熱)を吸収することができないため、正極活物質の熱分解反応が進行し電極層の温度が急激に上昇して電池に不具合が生じる虞がある。しかしながら、本発明では、上記吸熱材(典型的にははんだ材料)は、その表面が吸熱材を構成する物質の酸化物からなる酸化皮膜によって被覆された二重構造である(吸熱材の全体が酸化皮膜によって被覆されている状態であって、吸熱材の構成物(即ち酸化皮膜の内部)と外部(例えば、空気や電解液等)とが直接接触していない状態である。)。このため、リチウム二次電池の正常時の充放電電位域において吸熱材が電解液中に溶け出すことがなく、電池異常時に電極層の熱を吸収することができるため電池に不具合を生じることを未然に防止することができる。
なお、上述した平均粒径の吸熱材は従来公知の種々の方法によって製造することができる。例えば、噴霧熱分解法等の各種液相法や化学気相析出法等の各種気相法等によって製造することができる。
上記吸熱材の表面に酸化皮膜を形成する方法としては、例えば、吸熱材の粉末を吸熱材の融点より低い温度において酸素雰囲気下で熱処理する方法が挙げられる。また、ゾルゲル法やコーティング法等の従来公知の方法と同様の技法によっても酸化皮膜を形成することができる。
Generally, when the endothermic material is not entirely covered with an oxide film, the endothermic material is configured in a normal charge / discharge potential range (typically 3.0 V to 4.1 V) of the lithium secondary battery. The substance to be dissolved becomes ions and dissolves in the electrolyte. For this reason, the endothermic material dissolved in the electrolyte as ions cannot absorb the heat in the case (typically the heat of the electrode layer) when the battery is abnormal such as overcharge. There is a risk that the decomposition reaction proceeds and the temperature of the electrode layer rises rapidly, causing a problem in the battery. However, in the present invention, the endothermic material (typically a solder material) has a double structure in which the surface is coated with an oxide film made of an oxide of a substance constituting the endothermic material (the entire endothermic material is A state in which the composition of the endothermic material (that is, the inside of the oxide film) and the outside (for example, air, electrolyte, etc.) are not in direct contact with each other. For this reason, the endothermic material does not dissolve in the electrolyte solution in the normal charge / discharge potential region of the lithium secondary battery, and the battery layer can absorb heat when the battery is abnormal, causing problems in the battery. It can be prevented in advance.
The endothermic material having the above average particle diameter can be produced by various conventionally known methods. For example, it can be produced by various liquid phase methods such as spray pyrolysis and various gas phase methods such as chemical vapor deposition.
As a method for forming an oxide film on the surface of the endothermic material, for example, a method in which a powder of the endothermic material is heat-treated in an oxygen atmosphere at a temperature lower than the melting point of the endothermic material. The oxide film can also be formed by a technique similar to a conventionally known method such as a sol-gel method or a coating method.

さらに、ここで開示される正極に形成される正極層に含まれる結着材(バインダー)としては、例えば、上記正極層を形成する組成物として水系の液状組成物を用いる場合には、水に溶解または分散するポリマー材料を好ましく採用し得る。水に溶解する(水溶性の)ポリマー材料としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、酢酸フタル酸セルロース(CAP)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)等のセルロース系ポリマー;ポリビニルアルコール(PVA);等が例示される。また、水に分散する(水分散性の)ポリマー材料としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系樹脂;酢酸ビニル共重合体;スチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム類;が例示される。あるいは、正極層を形成する組成物として溶剤系の液状組成物(典型的にはペースト状またはスラリー状に調製された組成物、以下、正極層形成用ペーストという。)を用いる場合には、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)等のポリマー材料を用いることができる。なお、上記で例示したポリマー材料は、結着材として用いられる他に、上記組成物の増粘剤その他の添加剤として使用されることもあり得る。   Furthermore, as a binder (binder) contained in the positive electrode layer formed in the positive electrode disclosed herein, for example, when an aqueous liquid composition is used as the composition for forming the positive electrode layer, Polymer materials that dissolve or disperse can be preferably employed. Cellulose polymers such as carboxymethylcellulose (CMC), methylcellulose (MC), cellulose acetate phthalate (CAP), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), etc .; polyvinyl alcohol (PVA) And the like are exemplified. Examples of polymer materials that are dispersed in water (water dispersible) include fluorine resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE); vinyl acetate copolymers; rubbers such as styrene butadiene rubber (SBR); The Alternatively, when a solvent-based liquid composition (typically a composition prepared in the form of a paste or slurry, hereinafter referred to as a positive electrode layer forming paste) is used as a composition for forming the positive electrode layer, a polyfluoride is used. Polymer materials such as vinylidene chloride (PVDF) and polyvinylidene chloride (PVDC) can be used. In addition, the polymer material illustrated above may be used as a thickener and other additives in the above composition in addition to being used as a binder.

ここで、「水系の液状組成物」とは、活物質の分散媒として水または水を主体とする混合溶媒(水系溶媒)を用いた組成物を指す概念である。該混合溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る有機溶媒(低級アルコール、低級ケトン等)の一種または二種以上を適宜選択して用いることができる。「溶剤系の液状組成物」とは、活物質の分散媒が主として有機溶媒(非水系溶媒)である組成物を指す概念である。有機溶媒としては、例えば、N‐メチルピロリドン(NMP)等を用いることができる。   Here, the “aqueous liquid composition” is a concept indicating a composition using water or a mixed solvent mainly composed of water (aqueous solvent) as a dispersion medium of the active material. As the solvent other than water constituting the mixed solvent, one or more organic solvents (lower alcohol, lower ketone, etc.) that can be uniformly mixed with water can be appropriately selected and used. The “solvent-based liquid composition” is a concept indicating a composition in which a dispersion medium of an active material is mainly an organic solvent (non-aqueous solvent). As the organic solvent, for example, N-methylpyrrolidone (NMP) can be used.

ここで開示される正極は、例えば概ね以下の手順で好適に製造することができる。上述した正極活物質、導電材、吸熱材および有機溶媒に対して可溶性である結着材等を有機溶媒に分散させてなる正極層形成用ペーストを調製する。調製した該ペーストを正極集電体に塗布し、乾燥させた後、圧縮(プレス)することによって、正極集電体と該正極集電体上に形成された正極層とを備える正極を作製することができる。
ここで、マンガンリチウム複合酸化物(LiMnを正極活物質とする正極層)は熱的安定性に比較的優れておりその熱分解温度は典型的には300℃〜330℃程度である。また、コバルトリチウム複合酸化物の熱分解温度は典型的には240℃〜270℃程度であり、ニッケルリチウム複合酸化物の熱分解温度は典型的には210℃〜230℃程度ある。
The positive electrode disclosed here can be suitably manufactured, for example, generally by the following procedure. A positive electrode layer forming paste is prepared by dispersing the above-described positive electrode active material, conductive material, endothermic material, binder material soluble in an organic solvent, and the like in an organic solvent. The prepared paste is applied to a positive electrode current collector, dried, and then compressed (pressed) to produce a positive electrode including the positive electrode current collector and a positive electrode layer formed on the positive electrode current collector. be able to.
Here, manganese lithium composite oxide (positive electrode layer using LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material) is relatively excellent in thermal stability, and its thermal decomposition temperature is typically about 300 ° C. to 330 ° C. . The thermal decomposition temperature of the cobalt lithium composite oxide is typically about 240 ° C. to 270 ° C., and the thermal decomposition temperature of the nickel lithium composite oxide is typically about 210 ° C. to 230 ° C.

次に、ここで開示されるリチウム二次電池の負極の各構成要素について説明する。ここで開示される負極は、負極集電体と該集電体上に形成された負極層とを備えるリチウム二次電池用の負極である。かかる負極を構成する負極集電体としては、例えば、銅やニッケル或いはそれらを主成分とする合金を用いることができる。
また、ここで開示される負極に形成される負極層に含まれる負極活物質としては、リチウムを吸蔵および放出可能な材料であればよく、例えば、黒鉛(グラファイト)等の炭素材料、リチウム・チタン酸化物(LiTi12)等の酸化物材料、スズ、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、ケイ素(Si)等の合金からなる合金材料、等が挙げられる。典型例として、黒鉛等から成る粉末状の炭素材量が挙げられる。特に黒鉛粒子は、粒径が小さく単位体積当たりの表面積が大きいことからより急速充放電(例えば高出力放電)に適した負極活物質となり得る。
Next, each component of the negative electrode of the lithium secondary battery disclosed here will be described. The negative electrode disclosed here is a negative electrode for a lithium secondary battery including a negative electrode current collector and a negative electrode layer formed on the current collector. As the negative electrode current collector constituting such a negative electrode, for example, copper, nickel, or an alloy containing them as a main component can be used.
The negative electrode active material contained in the negative electrode layer formed in the negative electrode disclosed herein may be any material that can occlude and release lithium. For example, carbon materials such as graphite, lithium / titanium Examples thereof include oxide materials such as oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ), alloy materials composed of alloys such as tin, aluminum (Al), zinc (Zn), and silicon (Si). A typical example is the amount of powdery carbon material made of graphite or the like. In particular, the graphite particles can be a negative electrode active material more suitable for rapid charge / discharge (for example, high-power discharge) because the particle size is small and the surface area per unit volume is large.

ここで開示される負極に形成される負極層には、上記負極活物質の他に、上記正極層に配合され得る一種または二種以上の材料を必要に応じて含有させることができる。そのような材料として、上記の正極層の構成材料として列挙したような結着材や吸熱材として機能し得る各種の材料を同様に使用し得る。吸熱材(典型的にははんだ材料)の量は負極活物質100質量部に対して1〜40質量部程度の使用が好ましい。さらに好ましくは5〜20質量部程度である。
ここで開示される負極は、上記正極と同様の手法により製造することができる。負極活物質と吸熱材と結着材等とを適当な溶媒に分散させてなるペースト状(或いはスラリー状)の組成物(以下、負極層形成用ペーストという)を調製する。調製した該負極層形成用ペーストを負極集電体に塗布し、乾燥させた後、圧縮(プレス)することによって、負極集電体と該負極集電体上に形成された負極層とを備える負極を作製することができる。
The negative electrode layer formed in the negative electrode disclosed herein may contain one or more materials that can be blended in the positive electrode layer, if necessary, in addition to the negative electrode active material. As such materials, various materials that can function as binders and heat absorbing materials as listed as constituent materials of the positive electrode layer can be used in the same manner. The amount of the endothermic material (typically a solder material) is preferably about 1 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material. More preferably, it is about 5-20 mass parts.
The negative electrode disclosed here can be manufactured by the same method as that for the positive electrode. A paste-like (or slurry-like) composition (hereinafter referred to as a negative electrode layer forming paste) is prepared by dispersing a negative electrode active material, an endothermic material, a binder and the like in an appropriate solvent. The prepared paste for forming a negative electrode layer is applied to a negative electrode current collector, dried, and then compressed (pressed) to provide a negative electrode current collector and a negative electrode layer formed on the negative electrode current collector. A negative electrode can be produced.

また、正極と負極と共に使用されるセパレータとしては、従来と同様のセパレータを使用することができる。例えばポリオレフィン樹脂から成る多孔質のシート(多孔質フィルム)等を使用することができる。或いはまた、高分子固体電解質をセパレータとして使用することができる。   Moreover, as a separator used with a positive electrode and a negative electrode, the separator similar to the past can be used. For example, a porous sheet (porous film) made of a polyolefin resin can be used. Alternatively, a polymer solid electrolyte can be used as a separator.

電解質としては、従来からリチウム二次電池に用いられる非水系の電解質(典型的には電解液)と同様のものを特に限定なく使用することができる。かかる非水系の電解質は、典型的には、適当な非水溶媒に支持塩を含有させた組成を有する。上記非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、プロピレンカーボネート(PC)等からなる群から選択された一種または二種以上を用いることができる。また、上記支持塩としては、例えば、LiPF、LiBF、LiAsF、LiCFSO等からなる群から選択された一種または二種以上のリチウム化合物(リチウム塩)を用いることができる。
また、ここで開示されるリチウム二次電池用正極および負極が採用される限りにおいて、構築されるリチウム二次電池の形状(外形やサイズ)には特に制限はない。外装がラミネートフィルム等で構成される薄型シートタイプであってもよく、電池外装ケースが円筒形状や直方体形状の電池でもよく、或いは小型のボタン形状であってもよい。
As the electrolyte, the same electrolyte as a non-aqueous electrolyte (typically, an electrolytic solution) conventionally used for a lithium secondary battery can be used without particular limitation. Such a nonaqueous electrolyte typically has a composition in which a supporting salt is contained in a suitable nonaqueous solvent. Examples of the non-aqueous solvent include one or two selected from the group consisting of ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), propylene carbonate (PC), and the like. More than seeds can be used. Further, as the supporting salt, for example, can be used LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , etc. One or two or more lithium compounds selected from the group consisting of a (lithium salt).
Moreover, as long as the positive electrode and negative electrode for lithium secondary batteries disclosed here are employed, the shape (outer shape and size) of the lithium secondary battery to be constructed is not particularly limited. The outer package may be a thin sheet type constituted by a laminate film or the like, and the battery outer case may be a cylindrical or cuboid battery, or may be a small button shape.

以下、ここで開示される吸熱材を含有する正極および負極を備えるリチウム二次電池の一形態を図面を参照しつつ説明するが、本発明をかかる実施形態に限定することを意図したものではない。
なお、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略することがある。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は、必ずしも実際の寸法関係を反映するものではない。
Hereinafter, one embodiment of a lithium secondary battery including a positive electrode and a negative electrode containing an endothermic material disclosed herein will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not intended to be limited to such an embodiment. .
In addition, in the following drawings, the same code | symbol is attached | subjected to the member and site | part which show | plays the same effect | action, and the overlapping description may be abbreviate | omitted. Moreover, the dimensional relationship (length, width, thickness, etc.) in each drawing does not necessarily reflect the actual dimensional relationship.

図1は、一実施形態に係るリチウム二次電池を模式的に示す斜視図である。図2は、図1中のII−II線に沿う縦断面図である。
図1および図2に示すように、本実施形態に係るリチウム二次電池10は、上記のリチウム二次電池構成材料(正負極それぞれの活物質、正負極それぞれの集電体、セパレータ等)を具備する電極体50と、該電極体50および適当な非水系の電解質(電解液)を収容する扁平な直方体形状(すなわち角型)の電池ケース15とを備える。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a lithium secondary battery according to an embodiment. FIG. 2 is a longitudinal sectional view taken along line II-II in FIG.
As shown in FIGS. 1 and 2, the lithium secondary battery 10 according to the present embodiment includes the above-described lithium secondary battery constituent materials (active material for each positive and negative electrode, current collector for each positive and negative electrode, separator, etc.). An electrode body 50 is provided, and a flat rectangular parallelepiped (that is, rectangular) battery case 15 that accommodates the electrode body 50 and a suitable nonaqueous electrolyte (electrolyte).

ケース15は、上記扁平直方体形状における幅狭面の一つが開口部20となっている箱型のケース本体30と、その開口部20に取り付けられて(例えば溶接されて)該開口部20を塞ぐ蓋体25とを備えている。ケース15を構成する材質としては、一般的なリチウム二次電池で使用されるものと同様のものを適宜使用することができ、特に制限はない。例えば、金属(例えばアルミニウム、スチール等)製の容器、合成樹脂(例えばポリオレフィン系樹脂等)製の容器等を好ましく用いることができる。本実施形態に掛かるケース15は例えばアルミニウム製である。
蓋体25は、ケース本体30の開口部20の形状に適合する長方形状に形成されている。さらに、蓋体25には、外部接続用の正極端子60と負極端子70とがそれぞれ設けられており、これらの端子60,70の一部は蓋体25からケース15の外方に向けて突出するように形成されている。また、従来のリチウム二次電池のケースと同様に、蓋体25には、電池異常の際にケース15内部で発生したガスをケース15の外部に排出するための安全弁(図示せず)が設けられている。安全弁は、ケース15内部の圧力が所定レベルを超えて上昇したときに、開弁してケース15の外部にガスを排出する機構を備えていれば特に制限無く使用することができる。
The case 15 is attached to (for example, welded) the box-shaped case main body 30 in which one of the narrow surfaces of the flat rectangular parallelepiped shape is the opening 20 and the opening 20 is closed. And a lid 25. As a material constituting the case 15, the same material as that used in a general lithium secondary battery can be used as appropriate, and there is no particular limitation. For example, a container made of metal (for example, aluminum or steel), a container made of synthetic resin (for example, polyolefin-based resin), or the like can be preferably used. The case 15 according to the present embodiment is made of, for example, aluminum.
The lid body 25 is formed in a rectangular shape that matches the shape of the opening 20 of the case body 30. Further, the lid body 25 is provided with a positive electrode terminal 60 and a negative electrode terminal 70 for external connection, respectively, and a part of these terminals 60, 70 protrudes from the lid body 25 toward the outside of the case 15. It is formed to do. Similarly to the case of the conventional lithium secondary battery, the lid 25 is provided with a safety valve (not shown) for discharging the gas generated inside the case 15 to the outside of the case 15 when the battery is abnormal. It has been. The safety valve can be used without any limitation as long as it has a mechanism that opens and discharges gas to the outside of the case 15 when the pressure inside the case 15 exceeds a predetermined level.

図2に示すように、リチウム二次電池10は、通常のリチウム二次電池と同様に捲回電極体50(以下「電極体50」と略称する場合がある。)を備えている。電極体50は、捲回軸が横倒しとなる姿勢(すなわち、上記開口部20が捲回軸に対して横方向に位置する向き)でケース本体30に収容されている。電極体50は、長尺シート状の正極集電体62の表面に正極層(電極層)64が形成された正極シート(正極)66と、長尺シート状の負極集電体72の表面に負極層(電極層)74が形成された負極シート(負極)76とを2枚の長尺シート状のセパレータ80と共に重ね合わせて捲回し、得られた電極体50を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって扁平形状に形成されている。   As shown in FIG. 2, the lithium secondary battery 10 includes a wound electrode body 50 (hereinafter may be abbreviated as “electrode body 50”) in the same manner as a normal lithium secondary battery. The electrode body 50 is accommodated in the case main body 30 in a posture in which the winding axis is laid down (that is, in the direction in which the opening 20 is positioned in the lateral direction with respect to the winding axis). The electrode body 50 includes a positive electrode sheet (positive electrode) 66 in which a positive electrode layer (electrode layer) 64 is formed on the surface of a long sheet-like positive electrode current collector 62 and a surface of a long sheet-like negative electrode current collector 72. A negative electrode sheet (negative electrode) 76 on which a negative electrode layer (electrode layer) 74 is formed is overlapped with two long sheet-like separators 80 and wound, and the obtained electrode body 50 is crushed from the side surface direction and abducted. By doing so, it is formed into a flat shape.

また、捲回される正極シート66において、その長手方向に沿う一方の端部には正極層64が形成されずに正極集電体62が露出しており、一方、捲回される負極シート76においても、その長手方向に沿う一方の端部は負極層74が形成されずに負極集電体72が露出している。そして、正極集電体62の上記露出している端部に正極端子60が接合され、上記扁平形状に形成された捲回電極体50の正極シート66と電気的に接続されている。同様に、負極集電体72の上記露出している端部に負極端子70が接合され、負極シート76と電気的に接続されている。なお、正負極端子60,70と正負極集電体62,72とは、例えば、超音波溶接、抵抗溶接等によりそれぞれ接合され得る。   Further, in the wound positive electrode sheet 66, the positive electrode current collector 62 is exposed without forming the positive electrode layer 64 at one end portion along the longitudinal direction, while the negative electrode sheet 76 is wound. The negative electrode current collector 72 is exposed at one end along the longitudinal direction without the negative electrode layer 74 being formed. A positive electrode terminal 60 is joined to the exposed end of the positive electrode current collector 62, and is electrically connected to the positive electrode sheet 66 of the wound electrode body 50 formed in the flat shape. Similarly, the negative electrode terminal 70 is joined to the exposed end portion of the negative electrode current collector 72 and is electrically connected to the negative electrode sheet 76. The positive and negative electrode terminals 60 and 70 and the positive and negative electrode current collectors 62 and 72 can be joined by, for example, ultrasonic welding, resistance welding, or the like.

上記構成の捲回電極体50を構成する材料および部材自体は、正極としてここで開示される正極層が正極集電体上に形成された正極(ここでは正極シート66)と負極としてここで開示される負極層が負極集電体上に形成された負極(ここでは負極シート76)を採用する以外、従来のリチウム二次電池の電極体と同様でよく特に制限はない。図3は、一実施形態に係る正極集電体62に塗布された正極層64を示す模式図である。図4は、一実施形態に係る負極集電体72に塗布された負極層74を示す模式図である。   The material and the member itself constituting the wound electrode body 50 having the above configuration are disclosed herein as a positive electrode (here, positive electrode sheet 66) in which the positive electrode layer disclosed here as a positive electrode is formed on the positive electrode current collector and a negative electrode. The negative electrode layer may be the same as the electrode body of the conventional lithium secondary battery except that a negative electrode (here, the negative electrode sheet 76) in which the negative electrode layer is formed on the negative electrode current collector is adopted. FIG. 3 is a schematic diagram showing the positive electrode layer 64 applied to the positive electrode current collector 62 according to one embodiment. FIG. 4 is a schematic diagram showing the negative electrode layer 74 applied to the negative electrode current collector 72 according to one embodiment.

正極シート66は、長尺状の正極集電体(例えば長尺状のアルミニウム箔)62の上に正極層64を形成することによって作製される。即ち、正極活物質(例えばLiCoO)67、導電材(例えばグラファイト)68、吸熱材(例えばスズ)69および有機溶媒に対して可溶性である結着材(例えばPVDF)を有機溶媒(例えばNMP)に分散させてなる正極層形成用ペーストを調製する。調製した該ペーストを正極集電体62に塗布し、乾燥させた後、圧縮(プレス)することによって正極層64が形成される。
ここで、正極集電体62に上記ペーストを塗付する方法としては、従来公知の方法と同様の技法を適宜採用することができる。例えば、スリットコーター、ダイコーター、グラビアコーター、コンマコーター等の適当な塗付装置を使用することにより、正極集電体62に該ペーストを好適に塗付することができる。また、圧縮方法としては、従来公知のロールプレス法、平板プレス法等の圧縮方法を採用することができる。かかる厚さを調整するにあたり、膜厚測定器で該厚みを測定し、プレス圧を調整して所望の厚さになるまで複数回圧縮してもよい。
The positive electrode sheet 66 is produced by forming a positive electrode layer 64 on a long positive electrode current collector (for example, a long aluminum foil) 62. That is, a positive electrode active material (for example, LiCoO 2 ) 67, a conductive material (for example, graphite) 68, an endothermic material (for example, tin) 69, and a binder (for example, PVDF) that is soluble in an organic solvent is used as an organic solvent (for example, NMP). A positive electrode layer forming paste dispersed in is prepared. The prepared paste is applied to the positive electrode current collector 62, dried, and then compressed (pressed) to form the positive electrode layer 64.
Here, as a method of applying the paste to the positive electrode current collector 62, a technique similar to a conventionally known method can be appropriately employed. For example, the paste can be suitably applied to the positive electrode current collector 62 by using an appropriate application device such as a slit coater, a die coater, a gravure coater, or a comma coater. Moreover, as a compression method, conventionally known compression methods such as a roll press method and a flat plate press method can be employed. In adjusting the thickness, the thickness may be measured with a film thickness measuring instrument, and the press pressure may be adjusted to compress a plurality of times until a desired thickness is obtained.

負極シート76は、長尺状の負極集電体(例えば長尺状の銅箔)72の上に負極層74を形成することによって作製される。即ち、負極活物質(例えばグラファイト)77、吸熱材(例えばスズ)79および有機溶媒に対して可溶性である結着材(例えばPVDF)を有機溶媒(例えばNMP)に分散させてなる負極層形成用ペーストを調製する。調製した該ペーストを負極集電体72に塗布し、乾燥させた後、圧縮(プレス)することによって負極層74が形成される。負極層74の形成方法自体は、正極側と同様であるため、詳細な説明は省略する。   The negative electrode sheet 76 is produced by forming a negative electrode layer 74 on a long negative electrode current collector (for example, a long copper foil) 72. That is, for forming a negative electrode layer formed by dispersing a negative electrode active material (for example, graphite) 77, an endothermic material (for example, tin) 79 and a binder (for example, PVDF) that is soluble in an organic solvent in an organic solvent (for example, NMP) Prepare paste. The prepared paste is applied to the negative electrode current collector 72, dried, and then compressed (pressed) to form the negative electrode layer 74. Since the formation method itself of the negative electrode layer 74 is the same as that of the positive electrode side, detailed description is omitted.

上記作製した正極シート66および負極シート76を2枚のセパレータ(例えば多孔質ポリオレフィン樹脂)80と共に積み重ね合わせて捲回し、得られた捲回電極体50をケース本体30内に捲回軸が横倒しとなるように収容するとともに、適当な支持塩(例えばLiPF等のリチウム塩)を適当量(例えば濃度1M)含むECとDMCとの混合溶媒(例えば質量比1:1)のような非水電解質(電解液)を注入した後、開口部20に蓋体25を装着し封止する(例えばレーザ溶接)ことによって本実施形態のリチウム二次電池10を構築することができる。
なお、吸熱材は正極層と負極層のうちの少なくとも一方の電極層に含められているが、好ましくは正極層に含められており、さらに好ましくは正極層および負極層のそれぞれに含められている。本実施形態では正極層64と負極層74のそれぞれに吸熱材(スズ)69,79が含まれている。
The positive electrode sheet 66 and the negative electrode sheet 76 produced above are stacked and wound together with two separators (for example, porous polyolefin resin) 80, and the wound electrode body 50 obtained is rolled into the case body 30 with its winding shaft lying sideways. And a non-aqueous electrolyte such as a mixed solvent of EC and DMC (for example, a mass ratio of 1: 1) containing a suitable supporting salt (for example, a lithium salt such as LiPF 6 ) in an appropriate amount (for example, a concentration of 1 M). After injecting (electrolytic solution), the lithium secondary battery 10 of the present embodiment can be constructed by mounting the lid body 25 in the opening 20 and sealing (for example, laser welding).
The endothermic material is included in at least one of the positive electrode layer and the negative electrode layer, preferably included in the positive electrode layer, and more preferably included in each of the positive electrode layer and the negative electrode layer. . In the present embodiment, each of the positive electrode layer 64 and the negative electrode layer 74 includes endothermic materials (tin) 69 and 79.

次に、過充電等の電池異常時における本実施形態に係るリチウム二次電池10の機能(作用、効果)について詳細に説明する。
リチウム二次電池(リチウムイオン電池)10の過充電等の電池異常時には、正極活物質67が自己発熱を起こしたり、正極活物質67および負極活物質77のそれぞれの表面において電解液の分解が進行して発熱したりして、正極層64および負極層74の温度が上昇する虞があるところ、本実施形態に示すように、正極層64内および負極層74内にそれぞれ含まれている吸熱材69,79は、正極層64および負極層74の熱を吸収して、吸熱材69,79の融点に達した際に固体から液体へと相変化し始める。吸熱材69,79が相変化をしている間は吸熱材69,79が正極層64および負極層74の熱を吸収しているため正極層64および負極層74の温度の上昇を抑制することができる。また、液状化した(溶融した)吸熱材69,79は、正極層64の内域および負極層74の内域に流れ出し正極活物質67および負極活物質77の表面をそれぞれ被覆(コーティング)する。表面を吸熱材69,79で覆われた(コーティングされた)活物質67,77は、電解液と接触する表面積がゼロまたは小さくなるため、活物質67,77の表面での電解液の分解反応が停止または抑制されて発熱量がゼロになるまたは減少する。さらに、表面を吸熱材69でコーティングされた正極活物質67において、その表面からリチウムイオンが放出されなくなるため、電流の流れをシャットダウンすることができ電池10の温度上昇を抑制することができる。これにより、正極層64および負極層74の発熱反応は収束していくので正極活物質67は酸素放出を伴う熱分解反応が進行する温度に達することがなく、熱分解反応に伴う温度の急上昇によるリチウム二次電池10の不具合の発生を未然に防止することができる。
Next, functions (actions and effects) of the lithium secondary battery 10 according to the present embodiment at the time of battery abnormality such as overcharge will be described in detail.
When the battery is abnormal such as overcharge of the lithium secondary battery (lithium ion battery) 10, the positive electrode active material 67 causes self-heating, or decomposition of the electrolyte progresses on the surfaces of the positive electrode active material 67 and the negative electrode active material 77. The temperature of the positive electrode layer 64 and the negative electrode layer 74 may increase due to heat generation. As shown in the present embodiment, the endothermic materials contained in the positive electrode layer 64 and the negative electrode layer 74, respectively. 69 and 79 absorb the heat of the positive electrode layer 64 and the negative electrode layer 74, and when the melting point of the endothermic materials 69 and 79 is reached, the phase starts from solid to liquid. While the endothermic materials 69 and 79 undergo a phase change, the endothermic materials 69 and 79 absorb the heat of the positive electrode layer 64 and the negative electrode layer 74, thereby suppressing an increase in temperature of the positive electrode layer 64 and the negative electrode layer 74. Can do. Further, the liquefied (melted) endothermic materials 69 and 79 flow into the inner region of the positive electrode layer 64 and the inner region of the negative electrode layer 74 to coat (coat) the surfaces of the positive electrode active material 67 and the negative electrode active material 77, respectively. Since the active materials 67 and 77 whose surfaces are covered (coated) with the endothermic materials 69 and 79 have zero or small surface area in contact with the electrolytic solution, the decomposition reaction of the electrolytic solution on the surfaces of the active materials 67 and 77 is performed. Is stopped or suppressed, and the calorific value becomes zero or decreases. Further, in the positive electrode active material 67 whose surface is coated with the endothermic material 69, lithium ions are not released from the surface, so that the flow of current can be shut down and the temperature rise of the battery 10 can be suppressed. Thereby, since the exothermic reaction of the positive electrode layer 64 and the negative electrode layer 74 converges, the positive electrode active material 67 does not reach the temperature at which the thermal decomposition reaction accompanied by oxygen release proceeds, but is caused by the rapid increase of the temperature accompanying the thermal decomposition reaction. Generation | occurrence | production of the malfunction of the lithium secondary battery 10 can be prevented beforehand.

また、他の実施形態として、吸熱材(例えばSn)の融点が正極活物質(例えばLiNiO)の熱分解反応が進行する温度よりも高い(例えば数℃〜数十℃程度)場合であっても、少なくとも正極層に吸熱材を含めておくことで、正極層の温度が吸熱材の融点に達したとき、吸熱材は正極層の熱を吸収して固体から液体へと相変化するため、正極層のさらなる温度上昇を抑制することができる。また、液状化した(溶融した)吸熱材が正極活物質の表面を被覆することで、正極活物質の表面における電解液の分解反応を停止または減少させると共に正極活物質の熱分解反応を抑制し、正極活物質の分解に伴う酸素の放出を防止することができるため、電池ケース内の蒸発した有機溶媒との反応を抑制することができる。これにより、正極層の発熱反応は収束していき、熱分解反応に伴う電池の不具合の発生を未然に防止することができる。 In another embodiment, the melting point of the endothermic material (for example, Sn) is higher than the temperature at which the thermal decomposition reaction of the positive electrode active material (for example, LiNiO 2 ) proceeds (for example, about several degrees Celsius to several tens of degrees Celsius). However, by including an endothermic material in at least the positive electrode layer, when the temperature of the positive electrode layer reaches the melting point of the endothermic material, the endothermic material absorbs the heat of the positive electrode layer and changes from a solid to a liquid, Further temperature increase of the positive electrode layer can be suppressed. In addition, the liquefied (molten) endothermic material covers the surface of the positive electrode active material, thereby stopping or reducing the decomposition reaction of the electrolyte solution on the surface of the positive electrode active material and suppressing the thermal decomposition reaction of the positive electrode active material. Since the release of oxygen accompanying the decomposition of the positive electrode active material can be prevented, the reaction with the evaporated organic solvent in the battery case can be suppressed. As a result, the exothermic reaction of the positive electrode layer converges, and it is possible to prevent the occurrence of battery malfunctions associated with the thermal decomposition reaction.

上記リチウム二次電池を構築することにより、電池異常時での安全性と信頼性に優れたリチウム二次電池を構築できることを確認するため、実施例として以下の実験を行った。なお、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。   In order to confirm that by constructing the lithium secondary battery, it is possible to construct a lithium secondary battery excellent in safety and reliability in the event of battery abnormality, the following experiment was conducted as an example. It should be noted that the present invention is not intended to be limited to those shown in the specific examples.

[実施例に係るリチウム二次電池の構築]
本実施例では、以下のようにしてリチウム二次電池(18650型セル)を構築した。まず、実施例に係るリチウム二次電池の正極を作製した。すなわち、吸熱材としてのスズ粉末(平均粒径10μm以下)を酸素雰囲気下、スズの融点(232℃)以下の200℃に3時間晒し、スズの表面にスズの酸化物からなる酸化皮膜を形成した。そして、正極活物質としてのコバルト酸リチウムとカーボンブラックとPVDFと上記酸化皮膜により被覆されたスズ(表面酸化スズ)とを含みこれら材料の質量比が80:5:5:10となるように秤量し、これら材料をNMPに分散させて正極層形成用ペースト(ペースト状組成物)を調整した。該ペーストをアルミニウム箔から構成される正極集電体(厚さ15μm)の両面に当該ペーストの塗工量が12mg/cmとなるように塗布し乾燥させた。乾燥後、該塗布物プレスして、正極層の厚さ80μm、正極層の密度2.5g/cmの正極層を成形した。このようにしてシート状の正極(正極シート)を作製した。
次に、実施例に係るリチウム二次電池の負極を作製した。すなわち、負極活物質としてのグラファイト粉末と結着材であるPVDFとを含みこれら材料の質量比が93:7となるように秤量し、これら材料をNMPに分散させて負極層形成用ペーストを調整した。該ペーストを銅箔から構成される負極集電体(厚さ15μm)の両面に当該ペーストの塗工量が8mg/cmとなるように塗布し乾燥させた。乾燥後、該塗布物をプレスして、負極層の厚さ40μm、負極層の密度1.4g/cmの負極層を成形した。このようにしてシート状の負極(負極シート)を作製した。
[Construction of Lithium Secondary Battery According to Example]
In this example, a lithium secondary battery (18650 type cell) was constructed as follows. First, the positive electrode of the lithium secondary battery according to the example was produced. That is, tin powder (average particle size of 10 μm or less) as an endothermic material is exposed to 200 ° C. below the melting point of tin (232 ° C.) for 3 hours in an oxygen atmosphere to form an oxide film made of tin oxide on the surface of tin. did. Then, it is weighed so that the mass ratio of these materials is 80: 5: 5: 10 including lithium cobaltate as a positive electrode active material, carbon black, PVDF, and tin (surface tin oxide) coated with the above oxide film. Then, these materials were dispersed in NMP to prepare a positive electrode layer forming paste (paste-like composition). The paste was applied to both sides of a positive electrode current collector (thickness: 15 μm) made of aluminum foil so that the applied amount of the paste was 12 mg / cm 2 and dried. After drying, the applied product was pressed to form a positive electrode layer having a positive electrode layer thickness of 80 μm and a positive electrode layer density of 2.5 g / cm 3 . Thus, a sheet-like positive electrode (positive electrode sheet) was produced.
Next, the negative electrode of the lithium secondary battery according to the example was produced. That is, the graphite powder as the negative electrode active material and PVDF as the binder are weighed so that the mass ratio of these materials becomes 93: 7, and these materials are dispersed in NMP to prepare the negative electrode layer forming paste. did. The paste was applied to both sides of a negative electrode current collector (thickness 15 μm) made of copper foil so that the coating amount of the paste was 8 mg / cm 2 and dried. After drying, the coated material was pressed to form a negative electrode layer having a negative electrode layer thickness of 40 μm and a negative electrode layer density of 1.4 g / cm 3 . In this way, a sheet-like negative electrode (negative electrode sheet) was produced.

上記作製した正極シートと負極シートとを二枚の長尺状のセパレータ(ここでは多孔質ポリプロピレンシートを用いた。)とともに積層し、その積層シートを長尺方向に捲回して捲回電極体を作製した。この電極体と電解質とを安全弁を備えた容器に収容して、直径18mm、高さ65mm(18650型)の円筒型リチウム二次電池を構築した。電解質としては、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)との3:7(体積比)混合溶媒に1mol/LのLiPFを溶解させた組成の非水電解液を用いた。 The prepared positive electrode sheet and negative electrode sheet are laminated together with two long separators (here, a porous polypropylene sheet is used), and the laminated sheet is wound in the longitudinal direction to form a wound electrode body. Produced. The electrode body and the electrolyte were housed in a container equipped with a safety valve to construct a cylindrical lithium secondary battery having a diameter of 18 mm and a height of 65 mm (18650 type). As the electrolyte, a nonaqueous electrolytic solution having a composition in which 1 mol / L LiPF 6 was dissolved in a 3: 7 (volume ratio) mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) was used.

[比較例に係るリチウム二次電池の構築]
本比較例では、以下のようにしてリチウム二次電池(18650型セル)を構築した。まず、比較例に係るリチウム二次電池の正極を作製した。すなわち、上記酸化皮膜に被覆されたスズ(表面酸化スズ)を用いることなく、正極活物質としてのコバルト酸リチウムとカーボンブラックとPVDFとを含みこれら材料の質量比が80:15:5となるように秤量し、これら材料をNMPに分散させて正極層形成用ペースト(ペースト状組成物)を調整した。そして、上記実施例と同様の手順で、比較例に係る正極を作製した。
本比較例では、上記作成した正極を使用する以外は、実施例と同様の負極を用いて
実施例と同様の手順で、本比較例に係るリチウム二次電池を構築した。
[Construction of lithium secondary battery according to comparative example]
In this comparative example, a lithium secondary battery (18650 type cell) was constructed as follows. First, the positive electrode of the lithium secondary battery which concerns on a comparative example was produced. That is, without using tin (surface tin oxide) coated on the oxide film, the mass ratio of these materials including lithium cobaltate, carbon black, and PVDF as the positive electrode active material is 80: 15: 5. Then, these materials were dispersed in NMP to prepare a positive electrode layer forming paste (paste-like composition). And the positive electrode which concerns on a comparative example was produced in the procedure similar to the said Example.
In this comparative example, a lithium secondary battery according to this comparative example was constructed in the same procedure as the example using the negative electrode similar to the example except that the positive electrode prepared above was used.

[過充電試験]
上記で構築した実施例および比較例に係るリチウム二次電池に適当なコンディショニング処理(0.1Cの充電レートで4.1Vまで定電流定電圧で充電する操作と、0.1Cの放電レートで3.0Vまで定電流定電圧放電させる操作を3回繰り返す初期充放電処理)を行った後、SOC80%の充電状態に調整した。そして、実施例と比較例の各リチウム二次電池に対して室温(25℃)の温度条件下において5Cの充電レートでSOC500%まで定電流充電を行い(すなわち、充電が完了した後のリチウム二次電池に強制的に充電電流を流し続ける試験である。)各電池の不具合(熱暴走)の発生の有無を確認した。その結果を図5及び表1に示す。図5において、横軸がSOC(%)を、縦軸が電池表面温度(℃)を表している。
[Overcharge test]
Conditioning treatment suitable for the lithium secondary batteries according to the examples and comparative examples constructed as described above (the operation of charging at constant current and constant voltage up to 4.1 V at a charging rate of 0.1 C, and 3 at a discharging rate of 0.1 C) After the initial charge / discharge process of repeating the operation of discharging constant current and constant voltage to 0.0 V three times, the state of charge was adjusted to 80% SOC. Then, the lithium secondary batteries of the example and the comparative example were charged at a constant current of up to 500% SOC at a charging rate of 5C under a temperature condition of room temperature (25 ° C.) (that is, the lithium secondary battery after charging was completed). This is a test in which the charging current is forced to flow to the next battery.) It was confirmed whether or not a malfunction (thermal runaway) occurred in each battery. The results are shown in FIG. In FIG. 5, the horizontal axis represents SOC (%), and the vertical axis represents the battery surface temperature (° C.).

Figure 2011103181
Figure 2011103181

図5に示すように、実施例および比較例のいずれもSOC185%付近(図5の点線で囲った部分)でケースに備えられている安全弁が開弁した。比較例に係る電池は安全弁が開弁した後もさらに温度が上昇して正極活物質の熱分解反応が進行する温度(図5の点線で示す温度)を超えて不具合が発生したのが確認できた。一方、実施例に係る電池は安全弁が開弁した後も温度は上昇しているが、正極活物質の熱分解反応が進行する温度に達するまでには至らずに不具合の発生(例えば発煙)も確認されなかった。以上より、実施例に係るリチウム二次電池は、過充電による電池異常時であっても電池に不具合が発生することのない安全性と信頼性に優れているリチウム二次電池であることが示された。   As shown in FIG. 5, in both the example and the comparative example, the safety valve provided in the case was opened near SOC 185% (portion surrounded by the dotted line in FIG. 5). In the battery according to the comparative example, it was confirmed that the temperature was further increased after the safety valve was opened and the malfunction occurred beyond the temperature at which the thermal decomposition reaction of the positive electrode active material proceeds (the temperature indicated by the dotted line in FIG. 5). It was. On the other hand, although the temperature of the battery according to the example has risen even after the safety valve is opened, it does not reach the temperature at which the thermal decomposition reaction of the positive electrode active material proceeds, and the occurrence of a malfunction (for example, smoke) It was not confirmed. From the above, it is shown that the lithium secondary battery according to the example is a lithium secondary battery that is excellent in safety and reliability without causing malfunction of the battery even when the battery is abnormal due to overcharge. It was done.

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、本発明は、上述した角型の電池に限られず、種々の形状(例えば円筒型等)のリチウム二次電池に適用することができる。電極体の構成は上述のような捲回タイプに限られず、例えば、正負の電極シートをセパレータシートと共に交互に積層して成る積層タイプの電極体(積層電極体)であってもよい。   As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, such description is not a limitation matter and of course various modifications are possible. For example, the present invention is not limited to the prismatic battery described above, and can be applied to lithium secondary batteries having various shapes (for example, a cylindrical shape). The configuration of the electrode body is not limited to the wound type as described above, and may be, for example, a laminated type electrode body (laminated electrode body) formed by alternately laminating positive and negative electrode sheets together with a separator sheet.

本発明に係るリチウム二次電池(例えばリチウムイオン電池)は、大電流出力が可能であり上記のとおり安全性と信頼性に優れることから、特に自動車等の車両に搭載されるモーター(電動機)用電源として好適に使用し得る。従って本発明は、図6に模式的に示すように、かかるリチウム二次電池10(典型的には当該電池10を複数個直列接続してなる組電池)を電源として備える車両(典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料自動車のような電動機を備える自動車)100を提供する。   Since the lithium secondary battery (for example, lithium ion battery) according to the present invention is capable of outputting a large current and is excellent in safety and reliability as described above, it is particularly used for a motor (electric motor) mounted on a vehicle such as an automobile. It can be suitably used as a power source. Therefore, as schematically shown in FIG. 6, the present invention provides a vehicle (typically, a battery (typically, an assembled battery formed by connecting a plurality of such batteries 10 in series) as a power source. Automobiles, in particular automobiles equipped with electric motors such as hybrid cars, electric cars, fuel cars, etc.) 100.

10 リチウム二次電池
15 電池ケース
20 開口部
25 蓋体
30 ケース本体
50 捲回電極体
60 正極端子
62 正極集電体
64 正極層(電極層)
66 正極シート(正極)
67 正極活物質
68 導電材
69 吸熱材
70 負極端子
72 負極集電体
74 負極層(電極層)
76 負極シート(負極)
77 負極活物質
79 吸熱材
80 セパレータ
100 車両
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Lithium secondary battery 15 Battery case 20 Opening part 25 Cover body 30 Case main body 50 Winding electrode body 60 Positive electrode terminal 62 Positive electrode collector 64 Positive electrode layer (electrode layer)
66 Positive electrode sheet (positive electrode)
67 Positive electrode active material 68 Conductive material 69 Endothermic material 70 Negative electrode terminal 72 Negative electrode current collector 74 Negative electrode layer (electrode layer)
76 Negative electrode sheet (negative electrode)
77 Negative electrode active material 79 Endothermic material 80 Separator 100 Vehicle

Claims (5)

正極および負極を備える電極体と、前記電極体と電解質とを収容するケースと、
を備えたリチウム二次電池であって、
前記正極は、正極集電体上に形成された正極活物質を主体とする正極層を備えており、
前記負極は、負極集電体上に形成された負極活物質を主体とする負極層を備えており、
前記正極層と前記負極層のうちの少なくとも一方の電極層は、所定の温度で固体から液体への相変化を示す物質からなる吸熱材を含んでおり、
前記吸熱材は、その表面が前記吸熱材を構成する物質の酸化物からなる酸化皮膜により被覆された二重構造であり、前記電極層の温度が前記所定の温度に達したときには、前記吸熱材が固体から液体へと相変化して前記電極層の内域に流出するように構成されていることを特徴とするリチウム二次電池。
An electrode body comprising a positive electrode and a negative electrode, a case housing the electrode body and the electrolyte,
A lithium secondary battery comprising:
The positive electrode includes a positive electrode layer mainly composed of a positive electrode active material formed on a positive electrode current collector,
The negative electrode includes a negative electrode layer mainly composed of a negative electrode active material formed on a negative electrode current collector,
At least one of the positive electrode layer and the negative electrode layer includes an endothermic material made of a substance that exhibits a phase change from solid to liquid at a predetermined temperature.
The endothermic material has a double structure in which the surface is covered with an oxide film made of an oxide of a substance constituting the endothermic material, and when the temperature of the electrode layer reaches the predetermined temperature, the endothermic material The lithium secondary battery is configured such that the phase changes from solid to liquid and flows into the inner region of the electrode layer.
前記吸熱材は、前記正極活物質が熱分解反応を起こす温度よりも低い温度で溶融する物質により構成されていることを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the endothermic material is made of a material that melts at a temperature lower than a temperature at which the positive electrode active material undergoes a thermal decomposition reaction. 前記吸熱材は、スズ若しくはスズを主成分とするはんだ合金で構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のリチウム二次電池。   3. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the endothermic material is made of tin or a solder alloy containing tin as a main component. 4. 前記吸熱材は、少なくとも前記正極層に含まれていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the endothermic material is included in at least the positive electrode layer. 請求項1から4のいずれかに記載のリチウム二次電池を備える車両。   A vehicle comprising the lithium secondary battery according to claim 1.
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