JP2013152874A - Sealed lithium secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sealed lithium secondary battery including a current interruption mechanism, the battery in which reliability (typically, safety under a wide range of temperature environments) is enhanced when compared with prior art.SOLUTION: There is provided a sealed lithium secondary battery 100 in which an electrode body 80 including a positive electrode and a negative electrode, and an electrolyte are housed in a predetermined battery case. The electrolyte contains an aliphatic carboxylic acid ester capable of generating carbon dioxide gas and an aromatic compound capable of generating hydrogen gas when a predetermined battery voltage is exceeded. A current interruption mechanism 30 operating when the pressure in the battery case 50 rises, due to generation of the carbon dioxide gas and/or hydrogen gas, is provided in the battery case 50.

Description

本発明は、密閉型リチウム二次電池(典型的には密閉型リチウムイオン電池)に関する。詳しくは、内圧上昇により作動する電流遮断機構を備えた密閉型リチウム二次電池に関する。   The present invention relates to a sealed lithium secondary battery (typically a sealed lithium ion battery). Specifically, the present invention relates to a sealed lithium secondary battery provided with a current interrupting mechanism that operates by increasing internal pressure.

リチウムイオン電池その他のリチウム二次電池は、既存の電池に比べ、小型、軽量かつ高エネルギー密度であって、出力密度に優れる。このため、近年、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源や、車両駆動用電源として好ましく用いられている。   Lithium ion batteries and other lithium secondary batteries are smaller, lighter and have a higher energy density than the existing batteries, and are excellent in output density. For this reason, in recent years, it is preferably used as a so-called portable power source for personal computers and portable terminals, and a power source for driving vehicles.

かかる電池の一形態として、密閉型リチウム二次電池が挙げられる。該電池は、典型的には、活物質を含む合材層を備えた正負極からなる電極体が、電解質(典型的には、電解液)とともに電池ケースに収容された後、蓋体が装着されて封口(密閉)されることにより構築される。密閉型リチウム二次電池は、一般に電圧が所定の領域(例えば3.0V以上4.2V以下)に収まるよう制御された状態で使用されるが、誤操作等により電池に通常以上の電流が供給されると、所定の電圧を超えて過充電となる場合がある。   One form of such a battery is a sealed lithium secondary battery. The battery is typically mounted with a lid after an electrode body composed of positive and negative electrodes having a composite layer containing an active material is housed in a battery case together with an electrolyte (typically, an electrolyte). It is constructed by being sealed (sealed). Sealed lithium secondary batteries are generally used in a state where the voltage is controlled so as to be within a predetermined region (for example, 3.0 V or more and 4.2 V or less). As a result, overcharging may occur beyond a predetermined voltage.

かかる場合においても安全を確保し得る技術として、電池ケース内の圧力が所定値以上になると充電電流を遮断する電流遮断機構(CID:Current Interrupt Device)が広く用いられている。一般に、電池が過充電状態になると電解質の非水溶媒等が電気分解され、ガスが発生する。上記電流遮断機構は、このガス発生に基づいて電池の充電経路を切断することで、それ以上の過充電を防止し得るようになっている。上記機構をより迅速に作動させるための手法としては、例えば、正極合材層中に無機化合物を添加する方法が挙げられる。かかる従来技術として、特許文献1〜3には正極合材層中に予め炭酸塩(炭酸リチウム)を含有しておくことで、過充電時に該炭酸塩が分解され、炭酸ガスを大量に発生させ得る方法が記載されている。   Even in such a case, as a technology that can ensure safety, a current interruption device (CID: Current Interrupt Device) that cuts off a charging current when the pressure in the battery case becomes a predetermined value or more is widely used. Generally, when the battery is overcharged, the nonaqueous solvent of the electrolyte is electrolyzed and gas is generated. The current interruption mechanism can prevent further overcharging by cutting the charging path of the battery based on the gas generation. As a method for operating the mechanism more quickly, for example, a method of adding an inorganic compound to the positive electrode mixture layer can be mentioned. As such prior art, Patent Documents 1 to 3 contain a carbonate (lithium carbonate) in advance in the positive electrode mixture layer, so that the carbonate is decomposed during overcharge, and a large amount of carbon dioxide gas is generated. The method of obtaining is described.

また、他の手法として、電解質中に該電解質の非水溶媒よりも酸化電位の低い(即ち、酸化分解反応の始まる電圧が低い)化合物(以下、「過充電防止剤」という。)を、含有させておく手法が知られている。かかる過充電防止剤は、電池が過充電状態になると正極表面において速やかに酸化分解され、ガスを発生させ得る。そして発生したガスにより電池ケース内の圧力が上昇するため、電流遮断機構が迅速に作動し得る。この種の従来技術として、例えば特許文献2、3には、過充電防止剤として芳香族化合物(シクロヘキシルベンゼン(CHB)やビフェニル(BP)等)を添加する方法が記載されている。   As another technique, the electrolyte contains a compound having a lower oxidation potential (that is, a lower voltage at which the oxidative decomposition reaction starts) than the nonaqueous solvent of the electrolyte (hereinafter referred to as “overcharge inhibitor”). There are known techniques to keep them. Such an overcharge inhibitor can be rapidly oxidized and decomposed on the surface of the positive electrode when the battery is overcharged to generate gas. And since the pressure in a battery case rises with the generated gas, an electric current interruption mechanism can operate | move rapidly. As this type of prior art, for example, Patent Documents 2 and 3 describe a method of adding an aromatic compound (such as cyclohexylbenzene (CHB) or biphenyl (BP)) as an overcharge inhibitor.

特開2003−308843号公報JP 2003-308443 A 特開2009−277397号公報JP 2009-277397 A 特開2008−277106号公報JP 2008-277106 A 特許第3032338号公報Japanese Patent No. 3032338

しかしながら、かかるリチウム二次電池では、使用環境および/または保存環境が高温(例えば、50℃〜60℃)となった場合に、電解質の粘性が低下し、芳香族化合物のレドックスシャトル反応が優先的に生じる。このため、過充電防止剤の分解反応が抑制され、ガスの発生量が減少してしまう。とりわけ、車両駆動用電源等に用いられる大型(または大容量)の電池では、電池内の空間体積が比較的大きいことから、電流遮断機構を作動させるためには多量のガスを必要とする。しかし、かかる高温環境下においては、ガス発生量が不足することで電池ケース内の圧力が迅速に上昇せず、電流遮断機構の作動が遅れる虞がある。   However, in such a lithium secondary battery, when the use environment and / or the storage environment become a high temperature (for example, 50 ° C. to 60 ° C.), the viscosity of the electrolyte decreases, and the redox shuttle reaction of the aromatic compound is preferential. To occur. For this reason, the decomposition reaction of the overcharge inhibitor is suppressed, and the amount of gas generated is reduced. In particular, a large-sized (or large-capacity) battery used for a vehicle driving power source or the like has a relatively large space volume in the battery, and therefore requires a large amount of gas to operate the current interrupting mechanism. However, under such a high temperature environment, the gas generation amount is insufficient, so that the pressure in the battery case does not rise rapidly, and the operation of the current interrupt mechanism may be delayed.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電池ケース内の圧力上昇により作動する電流遮断機構を備えた密閉型リチウム二次電池であって、高い電池性能を維持しつつ、且つ従来に比べ信頼性(典型的には、広範な温度環境下における安全性)が向上した該電池を提供することである。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is a sealed lithium secondary battery including a current interrupting mechanism that operates due to a pressure increase in a battery case, and has high battery performance. It is an object of the present invention to provide a battery that is maintained and improved in reliability (typically, safety under a wide temperature environment) as compared with the conventional one.

上記目的を実現すべく、正極と負極とを備えた電極体と、電解質とが所定の電池ケース内に収容された密閉型リチウム二次電池が提供される。ここで、上記電解質には、所定の電池電圧を超えた際に、炭酸ガスを発生させ得る脂肪族カルボン酸エステルと、水素ガスを発生させ得る芳香族化合物と、が含まれており、上記電池ケースは、上記炭酸ガスおよび/または水素ガスの発生に伴って、上記電池ケース内の圧力が上昇した際に作動する電流遮断機構を備えていることを特徴とする。
上記電池は、電解質中に2種類の過充電防止剤を有している。そして、後述する試験例に述べるように、上記芳香族化合物は、主に低温〜中温環境下(例えば、0℃〜40℃)において激しく酸化分解され、大量の水素ガスを生じる。一方、脂肪族カルボン酸エステルは、とりわけ高温環境下(典型的には40℃〜70℃、例えば50℃〜60℃)において激しく分解され、大量の炭酸ガスを発生させる。従って、電池ケース内に両者を備えることで、広範な温度環境下(例えば、0℃〜70℃)において所望のガス量を発生させることができる。かかるガスの発生によって電池ケース内に圧力上昇が生じるため、電流遮断機構を安定的に作動させることができる。
In order to achieve the above object, there is provided a sealed lithium secondary battery in which an electrode body including a positive electrode and a negative electrode and an electrolyte are accommodated in a predetermined battery case. Here, the electrolyte includes an aliphatic carboxylic acid ester capable of generating carbon dioxide gas and an aromatic compound capable of generating hydrogen gas when a predetermined battery voltage is exceeded, and the battery described above. The case includes a current interrupting mechanism that operates when the pressure in the battery case increases with the generation of the carbon dioxide gas and / or hydrogen gas.
The battery has two types of overcharge inhibitors in the electrolyte. And as described in the test examples described later, the aromatic compound is violently oxidized and decomposed mainly in a low temperature to medium temperature environment (for example, 0 ° C. to 40 ° C.) to generate a large amount of hydrogen gas. On the other hand, aliphatic carboxylic acid esters are severely decomposed, particularly in a high temperature environment (typically 40 ° C. to 70 ° C., for example 50 ° C. to 60 ° C.), and generate a large amount of carbon dioxide. Therefore, by providing both in the battery case, a desired gas amount can be generated in a wide temperature environment (for example, 0 ° C. to 70 ° C.). Since the generation of gas causes a pressure increase in the battery case, the current interruption mechanism can be stably operated.

ここで開示される密閉型リチウム二次電池の好適な一態様として、上記脂肪族カルボン酸エステルの添加量が、上記電解質100質量%に対し、2質量%以上15質量%以下であることが挙げられる。
脂肪族カルボン酸エステルの添加量が上記範囲にある場合、優れた電池性能と、本発明の効果(即ち、広範な温度環境下における安全性の向上)とを高いレベルで両立させることができる。
As a preferred embodiment of the sealed lithium secondary battery disclosed herein, the addition amount of the aliphatic carboxylic acid ester is 2% by mass or more and 15% by mass or less with respect to 100% by mass of the electrolyte. It is done.
When the addition amount of the aliphatic carboxylic acid ester is within the above range, it is possible to achieve both excellent battery performance and the effects of the present invention (that is, improvement in safety under a wide temperature environment) at a high level.

ここで開示される密閉型リチウム二次電池の好適な一態様として、上記脂肪族カルボン酸エステルは、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチルおよび酪酸エチルからなる群から選択される少なくとも1種を含んでいることが挙げられる。
上記脂肪族カルボン酸エステルは、リチウム二次電池の電解液として用いられる非水溶媒と親和性が高く、電解液中に均一に混合し得る。さらに、該電池に用いられる他の非水溶媒に比べて低粘度、低沸点であることから、電池性能(例えば、低温特性や急速充放電特性)が高く、且つ信頼性の高い電池を得ることができる。
なお、従来技術として特許文献4には、電解液の溶媒としてプロピオン酸メチルを用いることが記載されている。しかし、かかる従来技術は低温特性の向上を目的としており、且つ該プロピオン酸メチルの含有量を、(電解液中の溶媒成分100体積%に対して)25体積%以上75体積%以下とすることが記載されている。即ち、ここで開示される技術とはプロピオン酸メチルを用いる目的も、含有率も異なっている。
As a preferred embodiment of the sealed lithium secondary battery disclosed herein, the aliphatic carboxylic acid ester is at least one selected from the group consisting of methyl propionate, ethyl propionate, methyl butyrate and ethyl butyrate. It may be included.
The aliphatic carboxylic acid ester has high affinity with a non-aqueous solvent used as an electrolytic solution for a lithium secondary battery, and can be uniformly mixed in the electrolytic solution. Furthermore, since it has a low viscosity and a low boiling point compared to other non-aqueous solvents used in the battery, a battery with high battery performance (for example, low temperature characteristics and rapid charge / discharge characteristics) and high reliability can be obtained. Can do.
As a conventional technique, Patent Document 4 describes that methyl propionate is used as a solvent for an electrolytic solution. However, this conventional technique aims at improving low temperature characteristics, and the content of the methyl propionate is 25% by volume or more and 75% by volume or less (relative to 100% by volume of the solvent component in the electrolytic solution). Is described. That is, the purpose of using methyl propionate and the content are different from the technique disclosed here.

ここで開示される密閉型リチウム二次電池の好適な一態様として、上記正極は、正極集電体と、該集電体上に形成された正極活物質を含む正極合材層と、を備えており、上記正極活物質は、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を含んでいることが挙げられる。
リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物は、イオン伝導性が高く、該酸化物を用いた電池では高いエネルギー密度を実現し得る。また、熱安定性にも優れることから好ましく用いることができる。
As a preferred embodiment of the sealed lithium secondary battery disclosed herein, the positive electrode includes a positive electrode current collector, and a positive electrode mixture layer including a positive electrode active material formed on the current collector. The positive electrode active material includes a lithium nickel cobalt manganese composite oxide.
The lithium nickel cobalt manganese composite oxide has high ion conductivity, and a battery using the oxide can achieve a high energy density. Moreover, since it is excellent also in thermal stability, it can use preferably.

ここで開示される密閉型リチウム二次電池の好適な一態様として、上記リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物は、ニッケル元素、コバルト元素およびマンガン元素のうち少なくとも一部がジルコニウム元素で置換されていることが挙げられる。
構成元素たる遷移金属元素(即ち、Ni、CoおよびMn)の一部がジルコニウム元素(Zr)で置換されたリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物は、結晶安定性や熱安定性に優れるため、該材料を正極に用いた電池では、高い電池性能(例えば、高温環境下における保持特性)を発揮することができる。
As a preferred embodiment of the sealed lithium secondary battery disclosed herein, the lithium nickel cobalt manganese composite oxide is such that at least a part of nickel element, cobalt element and manganese element is substituted with zirconium element. Is mentioned.
The lithium nickel cobalt manganese composite oxide in which a transition metal element (ie, Ni, Co and Mn) as a constituent element is partially substituted with a zirconium element (Zr) has excellent crystal stability and thermal stability. In a battery using as a positive electrode, high battery performance (for example, retention characteristics in a high temperature environment) can be exhibited.

ここで開示される密閉型リチウム二次電池の好適な一態様として、上記ジルコニウム元素の量は、上記ジルコニウム元素と上記ニッケル元素と上記コバルト元素と上記マンガン元素の合計100質量%に対し、0.1質量%以上1.0質量%以下であることが挙げられる。
ジルコニウムの置換量が上記範囲にある場合、より一層結晶安定性や熱安定性に優れる。よって、該材料を正極に用いた電池では、優れた電池性能(例えば、後述する高温環境下における保持特性)と、本発明の効果(即ち、広範な温度環境下における安全性の向上)とを更に高いレベルで両立させることができる。
As a preferable aspect of the sealed lithium secondary battery disclosed herein, the amount of the zirconium element is set to 0.000% with respect to a total of 100 mass% of the zirconium element, the nickel element, the cobalt element, and the manganese element. It is mentioned that they are 1 mass% or more and 1.0 mass% or less.
When the substitution amount of zirconium is in the above range, the crystal stability and thermal stability are further improved. Therefore, in a battery using the material for the positive electrode, excellent battery performance (for example, retention characteristics in a high temperature environment described later) and the effect of the present invention (that is, improvement in safety in a wide temperature environment) are obtained. It is possible to achieve both at a higher level.

ここで開示される密閉型リチウム二次電池の好適な一態様として、上記芳香族化合物として、シクロヘキシルベンゼンまたはビフェニルを含んでいることが挙げられる。
シクロヘキシルベンゼンやビフェニルは、酸化電位が凡そ4.5V〜4.6Vであるため、例えば4.1V〜4.2Vを上限充電電圧とする電池では、過充電時に速やかに酸化分解され、水素ガスを発生し得る。このため、電流遮断機構をより迅速に作動させることができる。
As a preferable embodiment of the sealed lithium secondary battery disclosed herein, the aromatic compound includes cyclohexylbenzene or biphenyl.
Since cyclohexylbenzene and biphenyl have an oxidation potential of about 4.5 V to 4.6 V, for example, in a battery having an upper limit charging voltage of 4.1 V to 4.2 V, it is rapidly oxidized and decomposed when overcharged, and hydrogen gas is removed. Can occur. For this reason, a current interruption mechanism can be operated more rapidly.

ここで開示される密閉型リチウム二次電池の好適な一態様として、上記水素ガスを発生させ得る化合物の添加量が、上記電解質100質量%に対し、0.5質量%以上7質量%以下であることが挙げられる。
ここで開示される技術では、過充電防止剤の反応効率が高いため、従来に比べ少ない量の過充電防止剤で、高温時においても電流遮断機構を確実に作動させるために必要なガス量を得ることができる。従って、優れた電池性能と、本発明の効果(即ち、広範な温度環境下における安全性の向上)とをより一層高いレベルで両立させることができる。
As a preferred embodiment of the sealed lithium secondary battery disclosed herein, the amount of the compound capable of generating hydrogen gas is 0.5% by mass to 7% by mass with respect to 100% by mass of the electrolyte. There are some.
In the technology disclosed here, the reaction efficiency of the overcharge preventing agent is high, so that the amount of gas necessary for reliably operating the current interrupting mechanism even at high temperatures is reduced with a smaller amount of overcharge preventing agent than in the past. Can be obtained. Therefore, excellent battery performance and the effects of the present invention (that is, improvement in safety under a wide temperature environment) can be achieved at a higher level.

ここで開示される密閉型リチウム二次電池の好適な一態様として、上記電極体は、長尺状の正極集電体上に、所定の幅の正極合材層が該集電体の長手方向に沿って形成されている長尺状の正極と、長尺状の負極集電体上に、所定の幅の負極合材層が該集電体の長手方向に沿って形成されている長尺状の負極と、を備え、上記正極と上記負極とが積層され、長手方向に捲回されてなる捲回電極体であることが挙げられる。
捲回電極体を備えた電池は、リチウム二次電池の中でも高容量なため、信頼性の向上(例えば、誤作動等が生じた場合の安全対策)が殊に重要である。ここで開示される技術によれば、かかる電池の安全性(例えば、過充電や内部短絡が発生した際の安全性)を従来に比べ向上させることができる。
As a preferable aspect of the sealed lithium secondary battery disclosed herein, the electrode body includes a positive electrode mixture layer having a predetermined width on a long positive electrode current collector, and a longitudinal direction of the current collector. A long positive electrode and a long negative electrode current collector formed on a long negative electrode current collector along a longitudinal direction of the current collector. A negative electrode in the form of a laminated electrode, and the positive electrode and the negative electrode are laminated and wound in the longitudinal direction.
Since a battery including a wound electrode body has a high capacity among lithium secondary batteries, it is particularly important to improve reliability (for example, safety measures in the case of malfunction). According to the technology disclosed herein, the safety of such a battery (for example, safety when an overcharge or an internal short-circuit occurs) can be improved as compared with the related art.

ここで開示される密閉型リチウム二次電池の好適な一態様として、充電上限電圧が3.0V以上4.1V以下で用いられることが挙げられる。
ここで用いられる脂肪族カルボン酸エステルは比較的酸化電位が低く、使用する溶媒等にも拠るが、凡そ4.2V前後で酸化分解され、炭酸ガスを生じる。このため、該電池の充電上限電圧(稼動上限電圧)を上記範囲とすることで、通常使用時における酸化分解(炭酸ガスの発生)を抑制し、必要なとき(即ち、過充電時)にのみ効果的にガスを発生させることができる。
A preferred embodiment of the sealed lithium secondary battery disclosed herein is that the upper limit charging voltage is 3.0V to 4.1V.
The aliphatic carboxylic acid ester used here has a relatively low oxidation potential and depends on the solvent used, but is oxidatively decomposed at about 4.2 V to produce carbon dioxide. Therefore, by setting the upper limit voltage (operation upper limit voltage) of the battery within the above range, oxidative decomposition (generation of carbon dioxide) during normal use is suppressed, and only when necessary (that is, during overcharge). Gas can be generated effectively.

また、ここで開示される密閉型リチウム二次電池を駆動用電源として備える車両が提供される。
上記電池は、信頼性(典型的には、広範な温度環境下における安全性)が向上しているため、高容量、高出力の大型電池であって、且つ使用および/または放置環境が高温になり得る場合に特に有効である。従って、例えば車両(典型的には、プラグインハイブリッド自動車(PHV)、ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)のような電動機)に搭載されるモーター駆動のための動力源(駆動用電源)として好適に用いることができる。
Further, there is provided a vehicle including the sealed lithium secondary battery disclosed herein as a driving power source.
The above-described battery has improved reliability (typically safety under a wide range of temperature environments), so it is a large-capacity, high-output large-sized battery, and the use and / or storage environment is at a high temperature. It is especially effective when it can be. Therefore, for example, a power source (drive power source) for driving a motor mounted on a vehicle (typically, an electric motor such as a plug-in hybrid vehicle (PHV), a hybrid vehicle (HV), or an electric vehicle (EV)). Can be suitably used.

本発明の一実施形態に係る、密閉型リチウム二次電池の外形を模式的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing an outer shape of a sealed lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. 図1の密閉型リチウム二次電池のII−II線における断面構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross-sectional structure in the II-II line | wire of the sealed lithium secondary battery of FIG. 本発明の一実施形態に係る、密閉型リチウム二次電池の捲回電極体の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the winding electrode body of the sealed lithium secondary battery based on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る、密閉型リチウム二次電池を備えた車両(自動車)を示す側面図である。It is a side view which shows the vehicle (automobile) provided with the sealed lithium secondary battery based on one Embodiment of this invention. 過充電時のガス発生量を示すグラフであり、(A)は例1の結果を、(B)は例10の結果をそれぞれ示す。It is a graph which shows the gas generation amount at the time of overcharge, (A) shows the result of Example 1, (B) shows the result of Example 10, respectively.

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、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により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(もしくはリチウムイオン二次電池)、リチウムポリマー電池等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「活物質」とは、正極側又は負極側において蓄電に関与する物質(化合物)をいう。即ち、電池の充放電時において電子の吸蔵および放出に関与する物質をいう。
なお、本明細書において、過充電状態とは充電深度(SOC:State of Charge)が100%を超えた状態を指す。SOCとは、可逆的に充放電可能な稼動電圧の範囲において、その上限となる電圧が得られる充電状態(即ち、満充電状態)を100%とし、下限となる電圧が得られる充電状態(即ち、充電されていない状態)を0%としたときの充電状態を示す。
In the present specification, the “lithium secondary battery” refers to a secondary battery that uses lithium ions as electrolyte ions and is charged / discharged by movement of charges accompanying the lithium ions between the positive and negative electrodes. A secondary battery generally referred to as a lithium ion battery (or a lithium ion secondary battery), a lithium polymer battery, or the like is a typical example included in the lithium secondary battery in this specification. Further, in this specification, the “active material” refers to a substance (compound) involved in power storage on the positive electrode side or the negative electrode side. That is, it refers to a substance that is involved in the insertion and extraction of electrons during battery charge / discharge.
In the present specification, the overcharge state refers to a state in which a charge depth (SOC: State of Charge) exceeds 100%. The SOC is a charge state (that is, a fully charged state) in which an upper limit voltage is obtained in an operating voltage range that can be reversibly charged and discharged, and a charge state (that is, a lower limit voltage is obtained). , The state of not being charged) shows the state of charge when 0%.

以下、ここで開示される密閉型リチウム二次電池の好適な実施形態について、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、実施に必要な事柄は、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。かかる構造の密閉型リチウム二次電池は、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 sealed lithium secondary battery disclosed herein will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for implementation can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The sealed lithium secondary battery having such a structure can be implemented based on the contents disclosed in the present specification and common technical knowledge in the field.

ここで開示されるリチウム二次電池の正極としては、正極活物質と導電材とバインダ(結着剤)等とを適当な溶媒中で混合してスラリー状(ペースト状、インク状のものを包含する。)の組成物(以下、「正極合材スラリー」という。)を調製し、該スラリーを正極集電体上に付与して正極合材層(正極活物質層ともいう。)を形成した形態のものを用いる。
正極合材スラリーを調製する方法としては、上記正極活物質と導電材とバインダとを一度に混練してもよく、何回かに分けて段階的に混練してもよい。特に限定されるものではないが、正極合材スラリーの固形分濃度(NV)は凡そ50%〜75%(好ましくは55%〜65%、より好ましくは55%〜60%)となる。また、正極合材層を形成する方法としては、上記正極合材スラリーを正極集電体の片面または両面に、従来公知の塗布装置(例えば、スリットコーター、ダイコーター、コンマコーター、グラビアコーター等)を用いて適量塗布し、乾燥させる方法を好ましく採用することができる。
As the positive electrode of the lithium secondary battery disclosed herein, a positive electrode active material, a conductive material, a binder (binder), etc. are mixed in a suitable solvent to include a slurry (paste or ink). The composition (hereinafter referred to as “positive electrode mixture slurry”) was prepared, and the slurry was applied onto the positive electrode current collector to form a positive electrode mixture layer (also referred to as a positive electrode active material layer). Use the form.
As a method for preparing the positive electrode mixture slurry, the positive electrode active material, the conductive material, and the binder may be kneaded at a time, or may be kneaded stepwise in several steps. Although not particularly limited, the solid content concentration (NV) of the positive electrode mixture slurry is about 50% to 75% (preferably 55% to 65%, more preferably 55% to 60%). In addition, as a method of forming the positive electrode mixture layer, the positive electrode mixture slurry is applied to one or both surfaces of the positive electrode current collector with a conventionally known coating device (for example, a slit coater, a die coater, a comma coater, a gravure coater, etc.). A method of applying an appropriate amount using and drying can be preferably employed.

正極集電体の素材としては、従来のリチウムイオン二次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、ニッケル、チタン、ステンレス鋼、あるいはそれらを主体とする合金等が挙げられる。集電体の形状は、構築される電池の形状等に応じて異なり得るため特に限定されず、棒状体、板状体、箔状体、網状体等を用いることができる。なお、後述する捲回電極体を備えた電池では、主に箔状体が用いられる。箔状集電体の厚みは特に限定されないが、電池の容量密度と集電体の強度との兼ね合いから、5μm〜50μm(より好ましくは8μm〜30μm)程度を好ましく用いることができる。   As the material for the positive electrode current collector, a conductive member made of a metal having good conductivity is preferably used, as in the current collector used for the positive electrode of a conventional lithium ion secondary battery. For example, aluminum, nickel, titanium, stainless steel, or an alloy mainly containing them can be used. The shape of the current collector is not particularly limited because it can vary depending on the shape of the battery to be constructed, and a rod-like body, a plate-like body, a foil-like body, a net-like body, or the like can be used. In addition, in the battery provided with the winding electrode body mentioned later, a foil-like body is mainly used. The thickness of the foil-shaped current collector is not particularly limited, but about 5 μm to 50 μm (more preferably 8 μm to 30 μm) can be preferably used in consideration of the capacity density of the battery and the strength of the current collector.

正極活物質としては、従来からリチウム二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。例えば、リチウムニッケル酸化物(例えばLiNiO)、リチウムコバルト酸化物(例えばLiCoO)、リチウムマンガン酸化物(例えばLiMn)等のリチウムと遷移金属元素とを構成金属元素として含む酸化物(リチウム遷移金属酸化物)や、リン酸マンガンリチウム(LiMnPO)、リン酸鉄リチウム(LiFePO)等のリチウムと遷移金属元素とを構成金属元素として含むリン酸塩等が挙げられる。中でも、一般式:LiNiCoMnOで表される層状構造のリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(例えばLiNi1/3Co1/3Mn1/3)を主成分とする正極活物質(典型的には、実質的にリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物からなる正極活物質)は、イオン伝導性が高く、該酸化物を用いた電池では高いエネルギー密度を実現し得る。また、熱安定性にも優れることから好ましく用いることができる。特に限定するものではないが、正極合材層全体に占める正極活物質の割合は、50質量%以上(典型的には70質量%以上100質量%以下、例えば80質量%以上99質量%以下)であることが好ましい。 As the positive electrode active material, one type or two or more types of materials conventionally used in lithium secondary batteries can be used without any particular limitation. For example, an oxide containing lithium and a transition metal element as constituent metal elements such as lithium nickel oxide (eg LiNiO 2 ), lithium cobalt oxide (eg LiCoO 2 ), lithium manganese oxide (eg LiMn 2 O 4 ) Examples thereof include lithium transition metal oxides), phosphates including lithium and transition metal elements such as lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ) and lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) as constituent metal elements. Among them, a positive electrode active material (typically, a lithium nickel cobalt manganese composite oxide having a layered structure represented by the general formula: LiNiCoMnO 2 (for example, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) as a main component (typically Is a positive electrode active material substantially made of a lithium nickel cobalt manganese composite oxide), and has a high ion conductivity, and a battery using the oxide can realize a high energy density. Moreover, since it is excellent also in thermal stability, it can use preferably. Although not particularly limited, the proportion of the positive electrode active material in the entire positive electrode mixture layer is 50% by mass or more (typically 70% by mass or more and 100% by mass or less, for example, 80% by mass or more and 99% by mass or less). It is preferable that

リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物としては、リチウム以外の構成金属元素としてニッケル、コバルト、マンガンを含むが、これら必須の金属元素の他に、少なくとも一種の金属元素(即ち、Li、Ni、Co、Mn以外の金属元素)または半金属元素を含んでいることが好ましい。かかる元素としては、例えば、周期表の2族(マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属)、4族(チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)等の遷移金属)、5族(バナジウム(V)、ニオブ(Nb)等の遷移金属)、6族(クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等の遷移金属)、8族(鉄(Fe)等の遷移金属)、9族(ロジウム(Rh)等の遷移金属)、10族(パラジウム(Pb)、白金(Pt)等の遷移金属)、11族(銅(Cu)等の遷移金属)、12族(亜鉛(Zn)等の金属)、13族(半金属元素であるホウ素(B)、もしくはアルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)等の金属元素)、14族(スズ(Sn)等の半金属元素)および希土類(ランタン(La)、セリウム(Ce)等の金属元素)に属するいずれかの元素のうちの一種または二種以上の元素であり得る。例えば、Zr、Mg、Sr、Ti、V、Nb、Mo、W、B、Alを含む場合が好ましく、特にZrを含む場合が好ましい。
上記置換的な構成元素の量は、特に限定されないが、例えば、当該置換元素とNiとCoとMnとの合計100質量%に対し、0.1質量%以上(典型的には0.2質量%以上、例えば0.3質量%以上)であって、1.0質量%以下(典型的には0.8質量%以下、例えば0.7質量%以下)とすることができる。置換的な構成元素(例えばジルコニウム)の置換量が上記範囲にある場合、より一層結晶安定性や熱安定性に優れる。よって、該材料を正極に用いた電池では、優れた電池性能(例えば、後述する高温環境下における保持特性)と、本発明の効果(即ち、広範な温度環境下における安全性の向上)とを更に高いレベルで両立させることができる。
The lithium nickel cobalt manganese composite oxide includes nickel, cobalt, and manganese as constituent metal elements other than lithium. In addition to these essential metal elements, at least one metal element (ie, Li, Ni, Co, Mn It is preferable that a metal element other than the above or a metalloid element is included. Examples of such elements include transitions of group 2 of the periodic table (alkaline earth metals such as magnesium (Mg), calcium (Ca), and strontium (Sr)), group 4 (titanium (Ti), zirconium (Zr), and the like. Metal), group 5 (transition metals such as vanadium (V) and niobium (Nb)), group 6 (transition metals such as chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W)), and group 8 (iron (Fe )), Group 9 (transition metals such as rhodium (Rh)), Group 10 (transition metals such as palladium (Pb) and platinum (Pt)), Group 11 (transition metals such as copper (Cu)) , Group 12 (metal such as zinc (Zn)), Group 13 (metal element such as boron (B) which is a metalloid element, or aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In)), Group 14 ( Metalloid elements such as tin (Sn)) And the rare earth may be one or more elements of any of the elements belonging to the (lanthanum (La), cerium (Ce) metal element, etc.). For example, it preferably includes Zr, Mg, Sr, Ti, V, Nb, Mo, W, B, and Al, and particularly preferably includes Zr.
The amount of the substitutional constituent element is not particularly limited. For example, it is 0.1% by mass or more (typically 0.2% by mass with respect to 100% by mass in total of the substitution element, Ni, Co, and Mn. % Or more, for example 0.3% by mass or more), and 1.0% by mass or less (typically 0.8% by mass or less, for example 0.7% by mass or less). When the amount of substitutional constituent elements (for example, zirconium) is in the above range, the crystal stability and thermal stability are further improved. Therefore, in a battery using the material for the positive electrode, excellent battery performance (for example, retention characteristics in a high temperature environment described later) and the effect of the present invention (that is, improvement in safety in a wide temperature environment) are obtained. It is possible to achieve both at a higher level.

このようなリチウム遷移金属酸化物(典型的には粒子状)としては、例えば従来公知の方法で調製されるリチウム遷移金属酸化物粉末をそのまま使用することができる。特に限定するものではないが、例えば、D50粒径が凡そ1μm〜25μm(好ましくは2μm〜10μm、より好ましくは6μm〜10μm、例えば6μm〜8μm)の範囲にある二次粒子によって実質的に構成されたリチウム遷移金属酸化物粉末を、好ましく用いることができる。なお、本明細書において「粒径」とは一般的なレーザー回折・光散乱法に基づく粒度分布測定により測定した体積基準の粒度分布おいて、微粒子側からの累積50%に相当する粒径(D50粒径、メジアン径ともいう。)を示す。 As such a lithium transition metal oxide (typically in particulate form), for example, a lithium transition metal oxide powder prepared by a conventionally known method can be used as it is. Although not particularly limited, for example, the D 50 particle size is substantially constituted by secondary particles in the range of about 1 μm to 25 μm (preferably 2 μm to 10 μm, more preferably 6 μm to 10 μm, for example 6 μm to 8 μm). The lithium transition metal oxide powder thus prepared can be preferably used. In the present specification, “particle size” means a particle size corresponding to 50% cumulative from the fine particle side in a volume-based particle size distribution measured by particle size distribution measurement based on a general laser diffraction / light scattering method. D 50 particle diameter, also referred to as median diameter).

導電材としては、従来からリチウム二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。例えば、種々のカーボンブラック(例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック)、黒鉛粉末(天然、人造)、炭素繊維(PAN系、ピッチ系)等から選択される、一種または二種以上であり得る。あるいは金属繊維(例えばAl、SUS等)、導電性金属粉末(例えばAg、Ni、Cu等)、金属酸化物(例えばZnO、SnO等)、金属で表面被覆した合成繊維等を用いてもよい。なかでも好ましいカーボン粉末としては、アセチレンブラックが挙げられる。特に限定するものではないが、正極合材層全体に占める導電材の割合は、例えば、凡そ0.1質量%〜15質量%とすることができ、凡そ1質量%〜10質量%(より好ましくは2質量%〜6質量%)とすることが好ましい。 As the conductive material, one kind or two or more kinds of substances conventionally used in lithium secondary batteries can be used without any particular limitation. For example, it may be one or more selected from various carbon blacks (for example, acetylene black, ketjen black), graphite powder (natural, artificial), carbon fibers (PAN-based, pitch-based) and the like. Or metal fibers (e.g. Al, SUS or the like), conductive metal powder (e.g. Ag, Ni, Cu, etc.), metal oxides (e.g. ZnO, SnO 2, etc.), may be used the surface-coated synthetic fiber such as a metal . Among these, a preferable carbon powder is acetylene black. Although not particularly limited, the proportion of the conductive material in the entire positive electrode mixture layer can be, for example, approximately 0.1% by mass to 15% by mass, and approximately 1% by mass to 10% by mass (more preferably Is preferably 2% by mass to 6% by mass).

バインダとしては、後述する溶媒中に均一に溶解または分散し得る化合物であって、従来からリチウム二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。例えば、溶剤系の液状組成物(分散媒の主成分が有機溶媒である溶剤系組成物)を用いて正極合材層を形成する場合には、有機溶剤に分散または溶解するポリマー材料を好ましく採用し得る。かかるポリマー材料としては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリ塩化ビニリデン(PVdC)、ポリエチレンオキサイド(PEO)等が挙げられる。あるいは、水系の液状組成物を用いて正極合材層を形成する場合には、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。かかるポリマー材料としては、セルロース系ポリマー、フッ素系樹脂、酢酸ビニル共重合体、ゴム類等が例示される。より具体的には、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、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)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリル酸変性SBR樹脂(SBR系ラテックス)等が挙げられる。特に限定するものではないが、正極活物質100質量%に対するバインダの使用量は、例えば0.1質量%〜10質量%(好ましくは1質量%〜5質量%)とすることができる。   The binder is a compound that can be uniformly dissolved or dispersed in a solvent to be described later, and one or more kinds of substances conventionally used in lithium secondary batteries can be used without any particular limitation. For example, when forming a positive electrode mixture layer using a solvent-based liquid composition (solvent-based composition in which the main component of the dispersion medium is an organic solvent), a polymer material that is dispersed or dissolved in an organic solvent is preferably employed. Can do. Examples of the polymer material include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinylidene chloride (PVdC), polyethylene oxide (PEO), and the like. Alternatively, when the positive electrode mixture layer is formed using an aqueous liquid composition, a polymer material that is dissolved or dispersed in water can be preferably employed. Examples of such polymer materials include cellulose polymers, fluorine resins, vinyl acetate copolymers, rubbers, and the like. More specifically, carboxymethylcellulose (CMC), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), polyvinyl alcohol (PVA), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), styrene butadiene rubber (SBR), acrylic acid-modified SBR resin (SBR latex), and the like. Although it does not specifically limit, the usage-amount of the binder with respect to 100 mass% of positive electrode active materials can be 0.1 mass%-10 mass% (preferably 1 mass%-5 mass%), for example.

溶媒としては、従来からリチウム二次電池に用いられる溶媒のうち一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。なお、かかる溶媒は水系と有機溶剤に大別され、有機溶媒としては、例えば、アミド、アルコール、ケトン、エステル、アミン、エーテル、ニトリル、環状エーテル、芳香族炭化水素等が挙げられる。より具体的には、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド、2−プロパノール、エタノール、メタノール、アセトン、メチルエチルケトン、プロペン酸メチル、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、アセトニトリル、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン(THF)、ジオキサン、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレンジメチルスルホキシド(DMSO)、ジクロロメタン、トリクロロメタン、ジクロロエタン等が挙げられ、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を好適に用いることができる。また、水系溶媒としては、水または水を主体とする混合溶媒であることが好ましい。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剤(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。例えば、該水系溶媒の凡そ80質量%以上(より好ましくは凡そ90質量%以上、さらに好ましくは凡そ95質量%以上)が水である水系溶媒の使用が好ましい。特に好ましい例として、実質的に水からなる水系溶媒(例えば水)が挙げられる。   As the solvent, one kind or two or more kinds of solvents conventionally used in lithium secondary batteries can be used without any particular limitation. Such a solvent is roughly classified into an aqueous solvent and an organic solvent. Examples of the organic solvent include amide, alcohol, ketone, ester, amine, ether, nitrile, cyclic ether, and aromatic hydrocarbon. More specifically, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide, 2-propanol, ethanol, methanol, acetone, methyl ethyl ketone, methyl propenoate, Cyclohexanone, methyl acetate, ethyl acetate, methyl acrylate, diethyl triamine, N, N-dimethylaminopropylamine, acetonitrile, ethylene oxide, tetrahydrofuran (THF), dioxane, benzene, toluene, ethylbenzene, xylene dimethyl sulfoxide (DMSO), dichloromethane, Examples thereof include trichloromethane and dichloroethane, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) can be preferably used. In addition, the aqueous solvent is preferably water or a mixed solvent mainly composed of water. 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. For example, it is preferable to use an aqueous solvent in which about 80% by mass or more (more preferably about 90% by mass or more, more preferably about 95% by mass or more) of the aqueous solvent is water. A particularly preferable example is an aqueous solvent (for example, water) substantially consisting of water.

また、ここで調製される正極合材スラリーには、本発明の効果を著しく損なわない限りにおいて、各種添加剤(例えば、分散剤として機能し得る材料や、過充電時においてガスを発生させ得る無機化合物)等を添加することもできる。該分散剤としては、疎水性鎖と親水性基をもつ高分子化合物(例えばアルカリ塩、典型的にはナトリウム塩)や、硫酸塩、スルホン酸塩、リン酸塩などを有するアニオン性化合物やアミンなどのカチオン性化合物などが挙げられる。より具体的には、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ブチラール、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリカルボン酸、酸化スターチ、リン酸スターチ等が例示され、例えば、カルボキシメチルセルロース等の水溶性高分子材料が好ましく用いられる。また、該過充電時にガスを発生させる無機化合物としては、炭酸塩やシュウ酸塩、硝酸塩等が挙げられ、例えば、炭酸リチウムやシュウ酸リチウムが好ましく用いられる。   In addition, the positive electrode mixture slurry prepared here includes various additives (for example, a material that can function as a dispersant and an inorganic material that can generate a gas during overcharge, as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Compound) and the like can also be added. Examples of the dispersant include a polymer compound having a hydrophobic chain and a hydrophilic group (for example, an alkali salt, typically a sodium salt), an anionic compound having a sulfate, a sulfonate, a phosphate, and the like. And a cationic compound. More specifically, carboxymethyl cellulose (CMC), methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, butyral, polyvinyl alcohol, modified polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polycarboxylic acid, oxidized starch, phosphate starch and the like are exemplified. For example, a water-soluble polymer material such as carboxymethyl cellulose is preferably used. In addition, examples of the inorganic compound that generates gas at the time of overcharge include carbonates, oxalates, and nitrates. For example, lithium carbonate and lithium oxalate are preferably used.

その後、適当な乾燥手段で正極合材層を乾燥し、正極合材スラリーに含まれていた溶媒を除去する。かかる手法としては、自然乾燥、熱風、低湿風、真空、赤外線、遠赤外線、電子線等を単独または組み合わせて用いることができる。
正極合材スラリーの乾燥後は、適宜プレス処理(例えば、ロールプレス法、平板プレス法等の従来公知の各種プレス方法を採用することができる。)を施すことによって、正極合材層の厚みや密度を調整することができる。正極集電体上に形成された正極合材層の密度が極端に低い(即ち、正極合材層内の活物質量が少ない)場合は、単位体積当たりの容量が低下する虞がある。また、該正極合材層の密度が極端に高い場合は、特に大電流充放電時や低温下での充放電時において内部抵抗が上昇する傾向にある。このため、正極合材層の密度は、例えば2.0g/cm以上(典型的には2.5g/cm以上)であって、4.2g/cm以下(典型的には4.0g/cm以下)とすることができる。
Thereafter, the positive electrode mixture layer is dried by an appropriate drying means, and the solvent contained in the positive electrode mixture slurry is removed. As such a method, natural drying, hot air, low-humidity air, vacuum, infrared rays, far-infrared rays, electron beams and the like can be used alone or in combination.
After drying of the positive electrode mixture slurry, the thickness of the positive electrode mixture layer and the like can be appropriately determined by applying press treatment (for example, various conventionally known press methods such as a roll press method and a flat plate press method). The density can be adjusted. When the density of the positive electrode mixture layer formed on the positive electrode current collector is extremely low (that is, the amount of the active material in the positive electrode mixture layer is small), the capacity per unit volume may decrease. Further, when the density of the positive electrode mixture layer is extremely high, the internal resistance tends to increase particularly during large current charge / discharge or charge / discharge at a low temperature. For this reason, the density of the positive electrode mixture layer is, for example, 2.0 g / cm 3 or more (typically 2.5 g / cm 3 or more) and 4.2 g / cm 3 or less (typically 4. g / cm 3 or more). 0 g / cm 3 or less).

ここで開示される密閉型リチウム二次電池の負極は、正極と同様、負極活物質とバインダ等とを混合してスラリー状(ペースト状、インク状のものを包含する。)の組成物(以下、「負極合材スラリー」という。)を調製する。該スラリーを負極集電体上に付与して負極合材層(負極活物質層ともいう。)を形成した形態のものを用いる。
負極合材層を形成する方法としては、上述した正極の場合と同様、負極合材スラリーを負極集電体上の片面または両面に適当量塗布し、乾燥させる方法を好ましく採用することができる。
The negative electrode of the sealed lithium secondary battery disclosed herein is a slurry-like composition (including paste-like and ink-like ones) obtained by mixing a negative electrode active material, a binder, and the like, similarly to the positive electrode. , Referred to as “negative electrode composite slurry”). A slurry in which the slurry is applied onto a negative electrode current collector to form a negative electrode mixture layer (also referred to as a negative electrode active material layer) is used.
As a method for forming the negative electrode mixture layer, as in the case of the positive electrode described above, a method in which an appropriate amount of the negative electrode mixture slurry is applied to one or both surfaces of the negative electrode current collector and dried can be preferably employed.

負極集電体の素材としては、従来のリチウムイオン二次電池の負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、銅、ニッケル、チタン、ステンレス鋼、あるいはそれらを主体とする合金等が挙げられる。
負極集電体の形状は、正極集電体の形状と同様であり得る。
As a material for the negative electrode current collector, a conductive member made of a metal having good conductivity is preferably used as in the current collector used for the negative electrode of a conventional lithium ion secondary battery. For example, copper, nickel, titanium, stainless steel, or an alloy mainly containing them can be used.
The shape of the negative electrode current collector can be the same as the shape of the positive electrode current collector.

負極活物質としては、従来からリチウム二次電池に用いられる物質の一種または二種以上の材料を特に限定することなく使用することができる。例えば、少なくとも一部に黒鉛構造(層状構造)を含む粒子状の炭素粉末(カーボン粒子)、チタン酸リチウム等の酸化物、スズ(Sn)やケイ素(Si)とリチウムの合金等が挙げられる。炭素粉末としては、黒鉛質のもの(グラファイト)、難黒鉛化炭素質のもの(ハードカーボン)、易黒鉛化炭素質のもの(ソフトカーボン)、またはこれらを組み合わせたもの等を用いることができ、なかでも黒鉛(例えば、天然鉱物から採られた天然黒鉛(石墨)や、石油または石炭系の材料から製造された人造黒鉛)を好ましく使用することができる。負極合材層全体に占める負極活物質の割合は特に限定されないが、通常は凡そ50質量%以上とすることが適当であり、好ましくは凡そ90質量%〜99質量%(例えば凡そ95質量%〜99質量%)である。   As the negative electrode active material, one kind or two or more kinds of materials conventionally used in lithium secondary batteries can be used without any particular limitation. For example, particulate carbon powder (carbon particles) including a graphite structure (layered structure) at least partially, an oxide such as lithium titanate, an alloy of tin (Sn), silicon (Si) and lithium, and the like can be given. As the carbon powder, graphite (graphite), non-graphitizable carbon (hard carbon), graphitizable carbon (soft carbon), or a combination of these can be used. Among these, graphite (for example, natural graphite (graphite) taken from natural minerals and artificial graphite produced from petroleum or coal-based materials) can be preferably used. The proportion of the negative electrode active material in the entire negative electrode mixture layer is not particularly limited, but it is usually appropriately about 50% by mass or more, preferably about 90% by mass to 99% by mass (for example, about 95% by mass to 99% by mass).

バインダとしては、上記正極合材層用のバインダとして例示したポリマー材料から適当なものを適宜選択することができる。典型的には、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)等が例示される。負極活物質100質量%に対するバインダの使用量は、負極活物質の種類や量に応じて適宜選択すればよく、例えば1質量%〜10質量%(好ましくは2質量%〜5質量%)とすることができる。その他、既に上述した分散剤として機能し得る各種のポリマー材料(例えばカルボキシメチルセルロース(CMC))等の添加剤や導電材等も使用することができる。   As the binder, an appropriate material can be appropriately selected from the polymer materials exemplified as the binder for the positive electrode mixture layer. Typically, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR) and the like are exemplified. What is necessary is just to select the usage-amount of a binder with respect to 100 mass% of negative electrode active materials suitably according to the kind and quantity of a negative electrode active material, for example, it shall be 1 mass%-10 mass% (preferably 2 mass%-5 mass%). be able to. In addition, additives such as various polymer materials (for example, carboxymethyl cellulose (CMC)) that can function as the above-described dispersant, conductive materials, and the like can also be used.

負極合材スラリーの乾燥後、正極の場合と同様に、適宜プレス処理(例えば、ロールプレス法、平板プレス法等の従来公知の各種プレス方法を採用することができる。)を施すことによって、負極合材層の厚みや密度を調製することができる。負極合材層の密度は、例えば、1.1g/cm以上(典型的には1.2g/cm以上、例えば1.3g/cm以上)であって、1.5g/cm以下(典型的には1.49g/cm以下)とすることができる。 After the drying of the negative electrode mixture slurry, similarly to the case of the positive electrode, the negative electrode is appropriately subjected to press treatment (for example, various conventionally known pressing methods such as a roll press method and a flat plate pressing method can be adopted). The thickness and density of the composite material layer can be adjusted. The density of the negative electrode mixture layer is, for example, 1.1 g / cm 3 or more (typically 1.2 g / cm 3 or more, for example, 1.3 g / cm 3 or more), and 1.5 g / cm 3 or less. (Typically 1.49 g / cm 3 or less).

上記正極および負極を積層し、電極体が作製される。かかる電極体の形状は特に限定されないが、例えば、長尺状の正極集電体上に、所定の幅の正極合材層が該集電体の長手方向に沿って形成されている長尺状の正極と、長尺状の負極集電体上に、所定の幅の負極合材層が該集電体の長手方向に沿って形成されている長尺状の負極と、が積層され、長手方向に捲回されてなる捲回電極体を用いることができる。かかる電極体(典型的には、該電極体の中心部分)は、相対的に放熱性が低いため、過充電時において、電流遮断機構を作動させるため(即ち、電池ケース内の内圧上昇を生じさせるため)に必要なガスの発生が抑制されてしまう虞がある。しかし、ここで開示される電池は、広範な温度環境下において安定的に所望のガス量を発生させることができるため、かかる場合においてもより確実に電流遮断機構を作動させることができる。   The positive electrode and the negative electrode are laminated to produce an electrode body. The shape of the electrode body is not particularly limited. For example, a long positive electrode mixture layer having a predetermined width is formed on a long positive electrode current collector along the longitudinal direction of the current collector. And a long negative electrode in which a negative electrode mixture layer having a predetermined width is formed along the longitudinal direction of the current collector on the long negative electrode current collector. A wound electrode body wound in the direction can be used. Since such an electrode body (typically, the central part of the electrode body) has relatively low heat dissipation, it causes an increase in internal pressure in the battery case in order to operate the current interruption mechanism during overcharging. For this reason, there is a risk that the generation of the gas necessary for the above-described purpose will be suppressed. However, since the battery disclosed herein can stably generate a desired amount of gas under a wide range of temperature environments, the current interruption mechanism can be more reliably operated even in such a case.

そして、上記電極体と、電解質と、2種以上の過充電防止剤(即ち、過充電時において、炭酸ガスを発生させ得る脂肪族カルボン酸エステルと、水素ガスを発生させ得る芳香族化合物)とともに適当な電池ケースに収容されることにより、密閉型リチウム二次電池が構築される。なお、該ケースには安全機構として、電流遮断機構(電池の過充電時に、該ガスの発生によって生じたケース内圧の上昇に応じて電流を遮断し得る機構)が備えられている。
ここで開示される密閉型リチウム二次電池は、電解質中に2種類の過充電防止剤を有しているため、広範な温度環境下において過充電時に所望のガス量を発生させることができる。そして、かかるガスの発生により電池ケース内に圧力上昇が生じるため、電流遮断機構を安定的に作動させることができる。
Along with the electrode body, the electrolyte, and two or more overcharge inhibitors (that is, an aliphatic carboxylic acid ester capable of generating carbon dioxide and an aromatic compound capable of generating hydrogen gas during overcharge). By being accommodated in an appropriate battery case, a sealed lithium secondary battery is constructed. The case is provided with a current interruption mechanism (a mechanism capable of interrupting the current in response to an increase in the case internal pressure caused by the generation of the gas when the battery is overcharged) as a safety mechanism.
Since the sealed lithium secondary battery disclosed herein has two types of overcharge inhibitors in the electrolyte, a desired gas amount can be generated during overcharge under a wide temperature environment. And since generation | occurrence | production of this gas raises a pressure in a battery case, an electric current interruption mechanism can be operated stably.

ここで開示される密閉型リチウム二次電池の代表的な構成では、正極と負極との間にセパレータが介在される。該セパレータとしては、従来からリチウム二次電池に用いられるものと同様の各種多孔質シートを用いることができ、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂から成る多孔質樹脂シート(フィルム、不織布等)が挙げられる。なお、かかる多孔質樹脂シートは、単層構造であってもよく、二層以上の複数構造(例えば、PE層の両面にPP層が積層された三層構造)であってもよい。セパレータの厚みは、特に限定されないが、例えば、5μm〜50μm(典型的には10μm〜40μm、例えば10μm〜30μm)とすることができる。セパレータ(典型的には多孔質樹脂シート)の性状も、特に限定されるものではないが、例えば、孔径が0.01μm〜20μm(典型的には0.1μm〜10μm)程度であり、気孔率(空隙率)が、例えば凡そ20体積%〜90体積%(典型的には30体積%〜80体積%)程度のものを用いることができる。また、固体状の電解質を用いた密閉型リチウム二次電池(リチウムポリマー電池)では、上記電解質がセパレータを兼ねる構成としてもよい。   In a typical configuration of the sealed lithium secondary battery disclosed herein, a separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode. As the separator, various porous sheets similar to those conventionally used for lithium secondary batteries can be used. For example, the separator is made of a resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, cellulose, or polyamide. Examples thereof include porous resin sheets (film, nonwoven fabric, etc.). Such a porous resin sheet may have a single-layer structure or a plurality of structures of two or more layers (for example, a three-layer structure in which a PP layer is laminated on both sides of a PE layer). Although the thickness of a separator is not specifically limited, For example, it is 5 micrometers-50 micrometers (typically 10 micrometers-40 micrometers, for example, 10 micrometers-30 micrometers). The properties of the separator (typically a porous resin sheet) are not particularly limited. For example, the pore diameter is about 0.01 μm to 20 μm (typically 0.1 μm to 10 μm), and the porosity is For example, a material having a (porosity) of about 20 volume% to 90 volume% (typically 30 volume% to 80 volume%) can be used. Further, in a sealed lithium secondary battery (lithium polymer battery) using a solid electrolyte, the electrolyte may also serve as a separator.

電池ケースとしては、従来のリチウム二次電池に用いられる材料や形状を用いることができる。材質としては、例えばアルミニウム、スチール等の比較的軽量な金属材や、PPS、ポリイミド樹脂等の樹脂材料が挙げられる。また、形状(容器の外形)も特に限定されず、例えば、円筒型、角型、直方体型、コイン型、袋体型等の形状であり得る。   As a battery case, the material and shape which are used for the conventional lithium secondary battery can be used. Examples of the material include relatively light metal materials such as aluminum and steel, and resin materials such as PPS and polyimide resin. Further, the shape (outer shape of the container) is not particularly limited, and may be, for example, a cylindrical shape, a rectangular shape, a rectangular parallelepiped shape, a coin shape, a bag shape, or the like.

電解質には、従来のリチウム二次電池に用いられる非水電解質と同様の一種または二種以上のものを特に限定なく使用することができる。かかる非水電解質は、典型的には、適当な非水溶媒に支持塩(リチウム塩)を含有させた組成を有する。
該非水溶媒としては、本発明の効果を著しく損なわない限りにおいて、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の非プロトン性溶媒を一種または二種以上、特に制限なく用いることができる。例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、アセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。なかでもカーボネート類を主体とする非水溶媒が好ましく用いられる。例えば、非水溶媒として一種または二種以上のカーボネート類を含み、それらカーボネート類の合計体積が非水溶媒全体の体積の60体積%以上(より好ましくは75体積%以上、さらに好ましくは90体積%以上であり、実質的に100体積%であってもよい。)を占める非水電解液を好ましく用いられる。なお、非水溶媒には、典型的には上記過充電防止剤として機能し得る脂肪族カルボン酸エステルを(非水溶媒として)用いることなく調製するが、かかる脂肪族カルボン酸エステルを用いることもできる。かかる場合は、例えば、非水溶媒としての添加量と炭酸ガスを発生させ得る過充電防止剤としての添加量との合計が、(上記電解質100質量%に対して)凡そ1質量%以上(典型的には2質量%以上、例えば3質量%以上、好ましくは5質量%以上)であって、20質量%以下(典型的には15質量%以下、例えば10質量%以下、好ましくは8質量%以下)であることが好ましい。
As the electrolyte, one kind or two or more kinds similar to the non-aqueous electrolyte used in the conventional lithium secondary battery can be used without any particular limitation. Such a nonaqueous electrolyte typically has a composition in which a supporting salt (lithium salt) is contained in a suitable nonaqueous solvent.
As the non-aqueous solvent, one or more aprotic solvents such as carbonates, esters, ethers, nitriles, sulfones, lactones and the like are not particularly limited as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Can be used. For example, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, Examples include 2-methyltetrahydrofuran, dioxane, 1,3-dioxolane, diethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, acetonitrile, propionitrile, nitromethane, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, and γ-butyrolactone. Of these, nonaqueous solvents mainly composed of carbonates are preferably used. For example, the nonaqueous solvent contains one or more carbonates, and the total volume of these carbonates is 60% by volume or more (more preferably 75% by volume or more, and further preferably 90% by volume) of the total volume of the nonaqueous solvent. The non-aqueous electrolyte solution occupying the above and substantially 100% by volume) is preferably used. The non-aqueous solvent is typically prepared without using (as the non-aqueous solvent) an aliphatic carboxylic acid ester that can function as the overcharge inhibitor. However, such an aliphatic carboxylic acid ester may also be used. it can. In such a case, for example, the total of the addition amount as a non-aqueous solvent and the addition amount as an overcharge inhibitor capable of generating carbon dioxide gas is about 1% by mass or more (relative to 100% by mass of the electrolyte) (typically 2% by mass or more, for example 3% by mass or more, preferably 5% by mass or more) and 20% by mass or less (typically 15% by mass or less, for example 10% by mass or less, preferably 8% by mass). Or less).

また該支持塩としては、例えばLiPF、LiBF、LiClO、LiN(SOCF、LiN(SO、LiCFSO、LiCSO、LiC(SOCF、LiClO等が例示される。なかでもLiPFが好ましく用いられる。電解質の濃度は特に制限されないが、電解質の濃度が低すぎると電解質に含まれるリチウムイオンの量が不足し、イオン伝導性が低下する傾向がある。また支持電解質の濃度が高すぎると非水電解質の粘度が高くなりすぎて、イオン伝導性が低下する傾向がある。このため、電解質を凡そ0.1mol/L〜2mol/L(好ましくは、凡そ0.8mol/L〜1.5mol/L)程度の濃度で含有する非水電解質が好ましく用いられる。 Examples of the supporting salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiC. (SO 2 CF 3 ) 3 , LiClO 4 and the like are exemplified. Of these, LiPF 6 is preferably used. The concentration of the electrolyte is not particularly limited, but if the concentration of the electrolyte is too low, the amount of lithium ions contained in the electrolyte is insufficient, and the ionic conductivity tends to decrease. On the other hand, if the concentration of the supporting electrolyte is too high, the viscosity of the non-aqueous electrolyte becomes too high, and the ionic conductivity tends to decrease. For this reason, a nonaqueous electrolyte containing an electrolyte at a concentration of about 0.1 mol / L to 2 mol / L (preferably about 0.8 mol / L to 1.5 mol / L) is preferably used.

ここで開示される密閉型リチウム二次電池の電解質には、所定の電池電圧を超えた際に、炭酸ガスを発生させ得る脂肪族カルボン酸エステルと、水素ガスを発生させ得る芳香族化合物とが含有されている。上記脂肪族カルボン酸エステルは、とりわけ高温環境下(典型的には40℃〜70℃、例えば50℃〜60℃)において激しく分解され、大量の炭酸ガスを発生させる。一方、上記芳香族化合物は、主に低温〜中温環境下(例えば、0℃〜40℃)において激しく酸化分解され、大量の水素ガスを生じる。従って、電池ケース内に両者を備えることで、広範な温度環境下において所望のガス量を発生させ得ることができる。
かかる過充電防止剤は、上記電解質中に均一に溶解または分散し得る化合物であって、且つ、酸化電位がリチウム二次電池の稼動電圧以上であって、過充電状態において分解されガスを発生させ得るような物質であれば、従来からリチウム二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。具体的には、例えば3.0V以上4.1V以下の稼動範囲で電池を用いる場合は、上記稼動上限電圧より0.1V以上高い酸化電位を有していることが好ましい。
The electrolyte of the sealed lithium secondary battery disclosed herein includes an aliphatic carboxylic acid ester capable of generating carbon dioxide gas and an aromatic compound capable of generating hydrogen gas when a predetermined battery voltage is exceeded. Contained. The aliphatic carboxylic acid ester is severely decomposed particularly in a high temperature environment (typically 40 ° C. to 70 ° C., for example, 50 ° C. to 60 ° C.) to generate a large amount of carbon dioxide. On the other hand, the aromatic compound is violently oxidized and decomposed mainly in a low to medium temperature environment (for example, 0 ° C. to 40 ° C.) to generate a large amount of hydrogen gas. Therefore, by providing both in the battery case, a desired gas amount can be generated under a wide temperature environment.
Such an overcharge inhibitor is a compound that can be uniformly dissolved or dispersed in the electrolyte, and has an oxidation potential equal to or higher than the operating voltage of the lithium secondary battery, and is decomposed in an overcharged state to generate gas. As long as it is a substance that can be obtained, one or more kinds of substances conventionally used in lithium secondary batteries can be used without any particular limitation. Specifically, for example, when a battery is used in an operating range of 3.0 V or more and 4.1 V or less, it preferably has an oxidation potential that is higher by 0.1 V or more than the above-described operating upper limit voltage.

脂肪族カルボン酸エステルとしては、例えば、一般式:R−COO−Rや、一般式:R−CO−CH3−O−R(ここでR、Rは、互いに独立した水素原子もしくは炭素数1〜10(好ましくは、炭素数1〜6)の直鎖または分岐状のアルキル基である。)で示されるようなエステル化合物が挙げられる。上記化学式においてRで表される炭素数1〜6のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基等が挙げられる。より具体的には、プロピオン酸メチル(MP)、プロピオン酸エチル(EP)等のプロピオン酸や、酪酸メチル、酪酸エチル等の酪酸が挙げられ、なかでも保存特性に優れたプロピオン酸メチルを好ましく用いることができる。上記脂肪族カルボン酸エステルは、リチウム二次電池の電解液として用いられる非水溶媒と親和性が高く、電解液中に均一に混合し得る。さらに、該電池に用いられる他の非水溶媒に比べて低粘度、低沸点であることから、電池性能(例えば、低温特性や急速充放電特性)が高く、且つ信頼性の高い電池を得ることができる。
上記芳香族化合物の場合と同様に、電解質中に添加する脂肪族カルボン酸エステルの量は特に限定されないが、過剰量を添加すると電池性能(例えば、高温保存特性)が低下する虞がある。このため、電解質100質量%に対する脂肪族カルボン酸エステルの添加量は、例えば凡そ1質量%以上(典型的には2質量%以上、例えば3質量%以上、好ましくは5質量%以上)であって、20質量%以下(典型的には15質量%以下、例えば10質量%以下、好ましくは8質量%以下)とすることができる。添加量が上記範囲にある場合、優れた電池性能と、本発明の効果(即ち、広範な温度環境下における安全性の向上)とを高いレベルで両立させることができる。
Examples of the aliphatic carboxylic acid ester include a general formula: R 1 —COO—R 2 and a general formula: R 1 —CO—CH 3 —O—R 2 (where R 1 and R 2 are hydrogen atoms independent of each other). Examples thereof include ester compounds represented by an atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms (preferably 1 to 6 carbon atoms). Examples of the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms represented by R in the above chemical formula include, for example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, An n-pentyl group, an n-hexyl group, etc. are mentioned. More specifically, propionic acid such as methyl propionate (MP) and ethyl propionate (EP), and butyric acid such as methyl butyrate and ethyl butyrate are used. Among them, methyl propionate having excellent storage characteristics is preferably used. be able to. The aliphatic carboxylic acid ester has high affinity with a non-aqueous solvent used as an electrolytic solution for a lithium secondary battery, and can be uniformly mixed in the electrolytic solution. Furthermore, since it has a low viscosity and a low boiling point compared to other non-aqueous solvents used in the battery, a battery with high battery performance (for example, low temperature characteristics and rapid charge / discharge characteristics) and high reliability can be obtained. Can do.
As in the case of the aromatic compound, the amount of the aliphatic carboxylic acid ester added to the electrolyte is not particularly limited, but if an excessive amount is added, battery performance (for example, high-temperature storage characteristics) may be deteriorated. For this reason, the amount of the aliphatic carboxylic acid ester added to 100% by mass of the electrolyte is, for example, about 1% by mass or more (typically 2% by mass or more, for example, 3% by mass or more, preferably 5% by mass or more). 20 mass% or less (typically 15 mass% or less, for example, 10 mass% or less, preferably 8 mass% or less). When the addition amount is in the above range, excellent battery performance and the effect of the present invention (that is, improvement in safety under a wide temperature environment) can be achieved at a high level.

芳香族化合物としては、例えば、ビフェニル化合物、アルキルビフェニル化合物、シクロアルキルベンゼン化合物、アルキルベンゼン化合物、有機リン化合物、フッ素原子置換芳香族化合物、カーボネート化合物、環状カルバメート化合物、脂環式炭化水素等が挙げられる。より具体的には、ビフェニル(BP)、シクロヘキシルベンゼン(CHB)、trans−ブチルシクロヘキシルベンゼン、シクロペンチルベンゼン、t−ブチルベンゼン、t−アミノベンゼン、ターフェニル、2−フルオロビフェニル、3−フルオロビフェニル、4−フルオロビフェニル、4,4’−ジフルオロビフェニル、o−シクロヘキシルフルオロベンゼン、p−シクロヘキシルフルオロベンゼン、tris−(t−ブチルフェニル)ホスフェート、フェニルフルオライド、4−フルオロフェニルアセテート、ジフェニルカーボネート、メチルフェニルカーボネート、ビスターシャリーブチルフェニルカーボネート、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン等が挙げられる。なかでも、酸化電位が凡そ4.5〜4.6Vと比較的低い、シクロヘキシルベンゼン(CHB)やビフェニル(BP)等の芳香族化合物は、例えば4.1V〜4.2Vを上限充電電圧とする電池で好ましく用いることができる。
電解質中に添加する芳香族化合物の量は特に限定されないが、添加量が極端に少なすぎる場合は、過充電時におけるガス発生量が少なくなり、電流遮断機構が正常に作動しない虞がある。また安全性を重視するあまり過剰量を添加すると、電池性能が低下(例えば、電池抵抗の増加やサイクル特性の悪化)する虞がある。従って、電解質100質量%に対する芳香族化合物の添加量は、例えば凡そ0.1質量%以上(典型的には0.5質量%以上、例えば1質量%以上)であって、10質量%以下(典型的には7質量%以下、例えば5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下)とすることができる。ここで開示される電池では、異なる温度環境下において大量のガスを発生させ得る2種の過充電防止剤を含むため、従来に比べ少ない添加量でも、広範な温度環境下において電流遮断機構を作動させるために必要なガス量を得ることができる。
Examples of the aromatic compound include a biphenyl compound, an alkylbiphenyl compound, a cycloalkylbenzene compound, an alkylbenzene compound, an organic phosphorus compound, a fluorine atom-substituted aromatic compound, a carbonate compound, a cyclic carbamate compound, and an alicyclic hydrocarbon. More specifically, biphenyl (BP), cyclohexylbenzene (CHB), trans-butylcyclohexylbenzene, cyclopentylbenzene, t-butylbenzene, t-aminobenzene, terphenyl, 2-fluorobiphenyl, 3-fluorobiphenyl, 4 -Fluorobiphenyl, 4,4'-difluorobiphenyl, o-cyclohexylfluorobenzene, p-cyclohexylfluorobenzene, tris- (t-butylphenyl) phosphate, phenyl fluoride, 4-fluorophenyl acetate, diphenyl carbonate, methylphenyl carbonate , Bicterary butyl phenyl carbonate, diphenyl ether, dibenzofuran and the like. Among them, aromatic compounds such as cyclohexylbenzene (CHB) and biphenyl (BP), whose oxidation potential is relatively low at about 4.5 to 4.6 V, have an upper limit charging voltage of 4.1 V to 4.2 V, for example. It can be preferably used in a battery.
The amount of the aromatic compound added to the electrolyte is not particularly limited. However, if the amount added is too small, the amount of gas generated during overcharge decreases, and the current interrupt mechanism may not operate normally. Moreover, if an excessive amount that places importance on safety is added, battery performance may be reduced (for example, increase in battery resistance or deterioration in cycle characteristics). Therefore, the amount of the aromatic compound added to 100% by mass of the electrolyte is, for example, about 0.1% by mass or more (typically 0.5% by mass or more, for example, 1% by mass or more), and 10% by mass or less ( Typically, it can be 7% by mass or less, for example, 5% by mass or less, preferably 3% by mass or less, and more preferably 2% by mass or less. Since the battery disclosed here contains two types of overcharge inhibitors that can generate a large amount of gas under different temperature environments, the current interruption mechanism operates under a wide range of temperature environments even with a small amount of addition compared to conventional batteries. The amount of gas required to make it possible can be obtained.

電流遮断機構としては、電池ケース内の圧力の上昇に応じて(即ち、内圧の上昇を作動のトリガーとして)電流を遮断し得るものであれば特に限定されず、この種の電池に設けられる電流遮断機構として従来知られているいずれかのものと同様の機構を適宜採用することができる。一例として、例えば、後述する図2に示すような構成を好ましく用いることができる。かかる構成では、電池ケースの内圧が上昇した際、電極端子から電極体に至る導電経路を構成する部材が変形し、他方から離隔することにより導電経路を切断するように構成されている。   The current interrupting mechanism is not particularly limited as long as the current can be interrupted according to the increase in pressure in the battery case (that is, using the increase in internal pressure as a trigger for operation), and the current provided in this type of battery. A mechanism similar to any conventionally known blocking mechanism can be appropriately employed. As an example, for example, a configuration shown in FIG. 2 described later can be preferably used. In such a configuration, when the internal pressure of the battery case rises, the member constituting the conductive path from the electrode terminal to the electrode body is deformed, and the conductive path is cut by being separated from the other.

上記構築した電池の稼動電圧範囲は、該電池の備える構成部材(例えば、活物質や非水溶媒等)により異なるため、特に限定されない。しかし、ここで用いられる脂肪族カルボン酸エステルは比較的酸化電位が低く、凡そ4.2V前後で酸化分解されて炭酸ガスを生じる。このため、該電池の充電上限電圧(稼動上限電圧)は3.0V以上(典型的には3.5V以上、例えば4.0V以上)であって、4.2V未満(典型的には4.1V以下)とすることが好ましい。かかる場合においては、通常使用時における酸化分解(炭酸ガスの発生)が抑制され、必要なとき(即ち、過充電時)にのみ効果的にガスを発生させることができる。   The operating voltage range of the battery constructed as described above is not particularly limited because it varies depending on constituent members (for example, active material, non-aqueous solvent, etc.) provided in the battery. However, the aliphatic carboxylic acid ester used here has a relatively low oxidation potential and is oxidatively decomposed at about 4.2 V to generate carbon dioxide. For this reason, the charging upper limit voltage (operation upper limit voltage) of the battery is 3.0 V or higher (typically 3.5 V or higher, for example, 4.0 V or higher), and less than 4.2 V (typically 4.V). 1V or less). In such a case, oxidative decomposition (generation of carbon dioxide) during normal use is suppressed, and gas can be effectively generated only when necessary (ie, during overcharge).

特に限定することを意図したものではないが、本発明の一実施形態に係る密閉型リチウム二次電池の概略構成として、扁平に捲回された電極体(捲回電極体)と、非水電解質とを扁平な直方体形状(箱型)の容器に収容した形態の密閉型リチウム二次電池(単電池)を例とし、図1〜3にその概略構成を示す。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または簡略化することがある。各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は、実際の寸法関係を反映するものではない。   Although not intended to be particularly limited, as a schematic configuration of a sealed lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention, a flatly wound electrode body (winded electrode body) and a non-aqueous electrolyte As an example, a sealed lithium secondary battery (single cell) in a form in which is stored in a flat rectangular parallelepiped (box) container is shown in FIGS. In the following drawings, members / parts having the same action are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted or simplified. The dimensional relationship (length, width, thickness, etc.) in each figure does not reflect the actual dimensional relationship.

図1は、本発明の一実施形態に係る密閉型リチウム二次電池100の外形を模式的に示す斜視図である。また図2は、上記図1に示した密閉型リチウム二次電池のII−II線に沿う断面構造を模式的に示す図である。
図1および図2に示すように、本実施形態に係る密閉型リチウム二次電池100は、捲回電極体80と、ハードケース(外容器)50とを備える。このハードケース50は、上端が開放された扁平な直方体形状(箱型)のハードケース本体52と、その開口部を塞ぐ蓋体54とを備える。ハードケース50の上面(すなわち蓋体54)には、捲回電極体80の正極シートと電気的に接続する正極端子70および該電極体の負極シートと電気的に接続する負極端子72が設けられている。また、蓋体54には、従来の密閉型リチウム二次電池のハードケースと同様に、電池ケース内部で発生したガスをケースの外部に排出するための安全弁55が備えられている。かかる安全弁55は、典型的には電流遮断機構30の作動する圧力以上で開放されるよう設定されている。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the outer shape of a sealed lithium secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure taken along line II-II of the sealed lithium secondary battery shown in FIG.
As shown in FIGS. 1 and 2, the sealed lithium secondary battery 100 according to the present embodiment includes a wound electrode body 80 and a hard case (outer container) 50. The hard case 50 includes a flat cuboid (box-shaped) hard case main body 52 having an open upper end, and a lid 54 that closes the opening. On the upper surface of the hard case 50 (that is, the lid 54), a positive electrode terminal 70 that is electrically connected to the positive electrode sheet of the wound electrode body 80 and a negative electrode terminal 72 that is electrically connected to the negative electrode sheet of the electrode body are provided. ing. In addition, the lid 54 is provided with a safety valve 55 for discharging gas generated inside the battery case to the outside of the case, similarly to the hard case of the conventional sealed lithium secondary battery. The safety valve 55 is typically set to be opened at a pressure higher than the pressure at which the current interrupt mechanism 30 operates.

電池ケース50の内部には、長尺状の正極シート10と長尺状の負極シート20とが、長尺状のセパレータ40Aと40Bとを介して、扁平に捲回された形態の電極体(捲回電極体)80が、図示しない非水電解質とともに収容される。また、正極シート10は、その長手方向に沿う一方の端部において、正極合材層14が設けられておらず(あるいは除去されて)、正極集電体12が露出するよう形成されている。同様に、捲回される負極シート20は、その長手方向に沿う一方の端部において、負極合材層24が設けられておらず(あるいは除去されて)、負極集電体22が露出するように形成されている。そして、正極集電体12の該露出端部に正極集電板74が、負極集電体22の該露出端部には負極集電板76がそれぞれ付設されており、上記正極端子70および上記負極端子72とそれぞれ電気的に接続される。   Inside the battery case 50, an electrode body (a long positive electrode sheet 10 and a long negative electrode sheet 20 are wound flatly via long separators 40 </ b> A and 40 </ b> B) A wound electrode body 80 is accommodated together with a non-aqueous electrolyte (not shown). Further, the positive electrode sheet 10 is formed such that the positive electrode mixture layer 14 is not provided (or removed) at one end along the longitudinal direction, and the positive electrode current collector 12 is exposed. Similarly, the wound negative electrode sheet 20 is not provided with (or removed from) the negative electrode mixture layer 24 at one end along the longitudinal direction, so that the negative electrode current collector 22 is exposed. Is formed. A positive electrode current collector plate 74 is attached to the exposed end of the positive electrode current collector 12, and a negative electrode current collector plate 76 is attached to the exposed end of the negative electrode current collector 22. Each is electrically connected to the negative terminal 72.

また、電池ケース50の内部には、電池ケースの内圧上昇により作動する電流遮断機構30が設けられている。電流遮断機構30は、電池ケース50の内圧が上昇した場合に少なくとも一方の電極端子から電極体80に至る導電経路(例えば、充電経路)を切断するように構成されていればよく、特定の形状に限定されない。この実施形態では、電流遮断機構30は、蓋体54に固定した正極端子70と電極体80との間に設けられ、電池ケース50の内圧が上昇した場合に正極端子70から電極体80に至る導電経路を切断するように構成されている。   In addition, a current interrupt mechanism 30 that operates when the internal pressure of the battery case increases is provided inside the battery case 50. The current interruption mechanism 30 only needs to be configured to cut a conductive path (for example, a charging path) from at least one electrode terminal to the electrode body 80 when the internal pressure of the battery case 50 increases, and has a specific shape. It is not limited to. In this embodiment, the current interruption mechanism 30 is provided between the positive electrode terminal 70 fixed to the lid body 54 and the electrode body 80, and reaches from the positive electrode terminal 70 to the electrode body 80 when the internal pressure of the battery case 50 rises. The conductive path is configured to be cut.

より具体的には、上記電流遮断機構30は、例えば第一部材32と第二部材34とを含み得る。そして、電池ケース50の内圧が上昇した場合に第一部材32および第二部材34の少なくとも一方が変形して他方から離隔することにより上記導電経路を切断するように構成されている。この実施形態では、第一部材32は変形金属板であり、第二部材34は上記変形金属板32に接合された接続金属板である。変形金属板(第一部材)32は、中央部分が下方へ湾曲したアーチ形状を有し、その周縁部分が集電リード端子35を介して正極端子70の下面と接続されている。また、変形金属板32の湾曲部分33の先端が接続金属板34の上面と接合されている。接続金属板34の下面(裏面)には正極集電板74が接合され、かかる正極集電板74が電極体80の正極10に接続されている。このようにして、正極端子70から電極体80に至る導電経路が形成されている。   More specifically, the current interrupt mechanism 30 may include a first member 32 and a second member 34, for example. When the internal pressure of the battery case 50 rises, at least one of the first member 32 and the second member 34 is deformed and separated from the other, thereby cutting the conductive path. In this embodiment, the first member 32 is a deformed metal plate, and the second member 34 is a connection metal plate joined to the deformed metal plate 32. The deformed metal plate (first member) 32 has an arch shape in which a central portion is curved downward, and a peripheral portion thereof is connected to the lower surface of the positive electrode terminal 70 via a current collecting lead terminal 35. Further, the tip of the curved portion 33 of the deformed metal plate 32 is joined to the upper surface of the connection metal plate 34. A positive current collector plate 74 is joined to the lower surface (back surface) of the connection metal plate 34, and the positive current collector plate 74 is connected to the positive electrode 10 of the electrode body 80. In this way, a conductive path from the positive electrode terminal 70 to the electrode body 80 is formed.

また、電流遮断機構30は、プラスチック等により形成された絶縁ケース38を備えている。絶縁ケース38は、変形金属板32を囲むように設けられ、変形金属板32の上面を気密に密閉している。この気密に密閉された湾曲部分33の上面には、電池ケース50の内圧が作用しない。また、絶縁ケース38は、変形金属板32の湾曲部分33を嵌入する開口部を有しており、該開口部から湾曲部分33の下面を電池ケース50の内部に露出している。この電池ケース50の内部に露出した湾曲部分33の下面には、電池ケース50の内圧が作用する。かかる構成の電流遮断機構30において、電池ケース50の内圧が高まると、該内圧が変形金属板32の湾曲部分33の下面に作用し、下方へ湾曲した湾曲部分33が上方へ押し上げられる。この湾曲部分33の上方への押し上げは、電池ケース50の内圧が上昇するに従い増大する。そして、電池ケース50の内圧が設定圧力を超えると、湾曲部分33が上下反転し、上方へ湾曲するように変形する。かかる湾曲部分33の変形によって、変形金属板32と接続金属板34との接合点36が切断される。このことにより、正極端子70から電極体80に至る導電経路が切断され、過充電電流が遮断されるようになっている。   The current interrupt mechanism 30 includes an insulating case 38 made of plastic or the like. The insulating case 38 is provided so as to surround the deformed metal plate 32, and hermetically seals the upper surface of the deformed metal plate 32. The internal pressure of the battery case 50 does not act on the upper surface of the hermetically sealed curved portion 33. The insulating case 38 has an opening into which the curved portion 33 of the deformed metal plate 32 is fitted, and the lower surface of the curved portion 33 is exposed from the opening to the inside of the battery case 50. The internal pressure of the battery case 50 acts on the lower surface of the curved portion 33 exposed inside the battery case 50. In the current interrupt mechanism 30 having such a configuration, when the internal pressure of the battery case 50 increases, the internal pressure acts on the lower surface of the curved portion 33 of the deformed metal plate 32, and the curved portion 33 curved downward is pushed upward. The upward push of the curved portion 33 increases as the internal pressure of the battery case 50 increases. When the internal pressure of the battery case 50 exceeds the set pressure, the curved portion 33 is turned upside down and deformed so as to bend upward. Due to the deformation of the curved portion 33, the joint point 36 between the deformed metal plate 32 and the connection metal plate 34 is cut. As a result, the conductive path from the positive electrode terminal 70 to the electrode body 80 is cut, and the overcharge current is cut off.

なお、電流遮断機構30は正極端子70側に限らず、負極端子72側に設けてもよい。また、電流遮断機構30は、上述した変形金属板32の変形を伴う機械的な切断に限定されず、例えば、電池ケース50の内圧をセンサで検知し、該センサで検知した内圧が設定圧力を超えると充電電流を遮断するような外部回路を電流遮断機構として設けることもできる。   The current interrupt mechanism 30 is not limited to the positive terminal 70 side, and may be provided on the negative terminal 72 side. Further, the current interrupt mechanism 30 is not limited to the mechanical cutting accompanied by the deformation of the deformed metal plate 32 described above. For example, the internal pressure of the battery case 50 is detected by a sensor, and the internal pressure detected by the sensor sets the set pressure. An external circuit that cuts off the charging current when exceeded can be provided as a current cut-off mechanism.

図3は、捲回電極体80を組み立てる前段階における長尺状のシート構造(電極シート)を模式的に示す図である。長尺状の正極集電体12の片面または両面(典型的には両面)に長手方向に沿って正極合剤層14が形成された正極シート10と、長尺状の負極集電体22の片面または両面(典型的には両面)に長手方向に沿って負極合剤層24が形成された負極シート20とを、長尺状のセパレータ40Aと40Bとともに重ね合わせて長尺方向に捲回し、捲回電極体を作製する。かかる捲回電極体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の捲回電極体80が得られる。捲回電極体を備えた電池は、リチウム二次電池の中でも高容量なため、信頼性の向上(例えば、誤作動等が生じた場合の安全対策)が殊に重要である。ここで開示される技術によれば、かかる電池の安全性(例えば、過充電や内部短絡が発生した際の安全性)を従来に比べ向上させることができる。   FIG. 3 is a diagram schematically showing a long sheet structure (electrode sheet) in a stage before assembling the wound electrode body 80. A positive electrode sheet 10 in which a positive electrode mixture layer 14 is formed along the longitudinal direction on one or both surfaces (typically both surfaces) of a long positive electrode current collector 12, and a long negative electrode current collector 22. The negative electrode sheet 20 on which the negative electrode mixture layer 24 is formed along the longitudinal direction on one side or both sides (typically both sides) is overlapped with the long separators 40A and 40B and wound in the longitudinal direction. A wound electrode body is prepared. A flat wound electrode body 80 is obtained by squashing and winding the wound electrode body from the side surface direction. Since a battery including a wound electrode body has a high capacity among lithium secondary batteries, it is particularly important to improve reliability (for example, safety measures in the case of malfunction). According to the technology disclosed herein, the safety of such a battery (for example, safety when an overcharge or an internal short-circuit occurs) can be improved as compared with the related art.

ここで開示される密閉型リチウム二次電池は、各種用途に利用可能であるが、広範な温度環境下における安全性が向上していることを特徴とする。高容量、高出力の大型電池であって、且つ使用および/または放置環境が高温になり得る場合に特に有効である。例えば、図4に示すような自動車等の車両1に搭載されるモーター用の動力源(駆動用電源)としてここで開示される密閉型リチウム二次電池100が好適に使用され得る。車両1の種類は特に限定されないが、典型的には、プラグインハイブリッド自動車(PHV)、ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)が挙げられる。また、かかる密閉型リチウム二次電池100は、単独で使用されてもよく、直列および/または並列に複数接続されてなる組電池の形態で使用されてもよい。   The sealed lithium secondary battery disclosed herein can be used for various applications, but is characterized by improved safety in a wide range of temperature environments. This is particularly effective when the battery is a large-capacity, high-power large battery and the use and / or storage environment can become high temperature. For example, the sealed lithium secondary battery 100 disclosed herein can be suitably used as a power source (drive power source) for a motor mounted on a vehicle 1 such as an automobile as shown in FIG. Although the kind of vehicle 1 is not specifically limited, Typically, a plug-in hybrid vehicle (PHV), a hybrid vehicle (HV), and an electric vehicle (EV) are mentioned. Moreover, the sealed lithium secondary battery 100 may be used alone, or may be used in the form of an assembled battery that is connected in series and / or in parallel.

以下、具体的な試験例として、ここで開示される手法によって該電池の安全性に相違があるか否かを評価した。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。   Hereinafter, as a specific test example, whether or not there is a difference in safety of the battery was evaluated by the method disclosed herein. It should be noted that the present invention is not intended to be limited to those shown in the specific examples.

[密閉型リチウム二次電池の構築]
<例1>
正極活物質粉末としてのLiNi0.33Co0.33Mn0.33Zr0.005粉末と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、これら材料の質量比率が凡そ100:5:5となるよう、混練機(プラネタリーミキサー)に投入し、固形分濃度(NV)が凡そ50質量%となるようにN−メチルピロリドン(NMP)で粘度を調製しながら混練し、正極合材層形成用のスラリー状組成物(正極合材スラリー)を調製した。この正極合材スラリーを、厚み凡そ15μmの長尺状アルミニウム箔(正極集電体)の両面に塗布し、乾燥することで正極合材層を形成した。得られた正極をロールプレスし、幅94mm、長さ4500mmのシート状の正極(正極シート(例1))を作製した。
[Construction of sealed lithium secondary battery]
<Example 1>
LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 Zr 0.005 O 2 powder as a positive electrode active material powder, acetylene black (AB) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, The material is introduced into a kneader (planetary mixer) so that the mass ratio is about 100: 5: 5, and N-methylpyrrolidone (NMP) is used so that the solid content concentration (NV) is about 50% by mass. While preparing the viscosity, the mixture was kneaded to prepare a slurry-like composition (positive electrode mixture slurry) for forming the positive electrode mixture layer. This positive electrode mixture slurry was applied to both sides of a long aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of about 15 μm and dried to form a positive electrode mixture layer. The obtained positive electrode was roll-pressed to produce a sheet-like positive electrode (positive electrode sheet (Example 1)) having a width of 94 mm and a length of 4500 mm.

上記と同様に、負極活物質としての天然黒鉛(粉末)とバインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、これら材料の質量比率が凡そ100:7となるよう、混練機(プラネタリーミキサー)に投入し、固形分濃度(NV)が凡そ45質量%となるようにN−メチルピロリドン(NMP)で粘度を調製しながら混練し、負極合材層形成用のスラリー状組成物(負極合材スラリー)を調製した。この負極合材スラリーを、厚み凡そ20μmの長尺状銅箔(負極集電体)の両面に塗布し、乾燥することで負極合材層を形成した。得られた負極をロールプレスし、幅100mm、長さ4700mmのシート状の負極(負極シート)を作製した。   Similarly to the above, natural graphite (powder) as the negative electrode active material and polyvinylidene fluoride (PVdF) as the binder are mixed in a kneader (planetary mixer) so that the mass ratio of these materials is about 100: 7. The slurry composition for forming a negative electrode mixture layer (negative electrode mixture slurry) was added and kneaded while adjusting the viscosity with N-methylpyrrolidone (NMP) so that the solid content concentration (NV) was about 45% by mass. ) Was prepared. This negative electrode mixture slurry was applied to both sides of a long copper foil (negative electrode current collector) having a thickness of about 20 μm and dried to form a negative electrode mixture layer. The obtained negative electrode was roll-pressed to produce a sheet-like negative electrode (negative electrode sheet) having a width of 100 mm and a length of 4700 mm.

次に、上記作製した正極シートと負極シートとを、2枚のセパレータ(ここでは、ポリエチレン(PE)層の両面にポリプロピレン(PP)層が積層された三層構造であって、厚み20μmのものを用いた。)を介して重ね合わせ、捲回した。得られた捲回電極体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の捲回電極体を作製した。そして、該電極体の正極集電体の端部に正極端子を、負極集電体の端部に負極端子を溶接によりそれぞれ接合した。
かかる捲回電極体と、非水電解質(ここでは、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを3:4:3の体積比で含む混合溶媒に、電解質としてのLiPFを凡そ1.0mol/Lの濃度で溶解させ、さらに過充電防止剤としてのビフェニル(BP)とプロピオン酸メチル(MP)を、其々2質量%と5質量%の濃度で含有させた電解質(125g)を用いた。)を角型の電池ケースに収容し、該電池ケースに電流遮断機構(CID)を設置した。なお、ここではCIDの作動圧力を0.7MPaに設定した。かかる電池ケースの開口部に蓋体を装着し、溶接して接合することにより定格容量24Ahの密閉型リチウム二次電池(例1)を構築した。
Next, the prepared positive electrode sheet and negative electrode sheet are composed of two separators (here, a three-layer structure in which a polypropylene (PP) layer is laminated on both sides of a polyethylene (PE) layer and has a thickness of 20 μm. And then rolled. The obtained wound electrode body was crushed from the side surface direction and crushed to produce a flat wound electrode body. And the positive electrode terminal was joined to the edge part of the positive electrode electrical power collector of this electrode body, and the negative electrode terminal was joined to the edge part of the negative electrode electrical power collector, respectively.
Such a wound electrode body and a nonaqueous electrolyte (here, a mixed solvent containing ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 3: 4: 3) are used as an electrolyte. LiPF 6 was dissolved at a concentration of about 1.0 mol / L, and biphenyl (BP) and methyl propionate (MP) as overcharge inhibitors were added at concentrations of 2% by mass and 5% by mass, respectively. The electrolyte (125 g) was housed in a rectangular battery case, and a current interruption mechanism (CID) was installed in the battery case. Here, the operating pressure of CID was set to 0.7 MPa. A lid was attached to the opening of the battery case and welded and joined to construct a sealed lithium secondary battery (Example 1) having a rated capacity of 24 Ah.

<例2>
例2では、過充電防止剤として、シクロヘキシルベンゼン(CHB:1質量%)とプロピオン酸エチル(EP:3質量%)を用いたこと以外は例1と同様に、密閉型リチウム二次電池(例2)を構築した。
<Example 2>
In Example 2, a sealed lithium secondary battery (example) was used in the same manner as in Example 1 except that cyclohexylbenzene (CHB: 1% by mass) and ethyl propionate (EP: 3% by mass) were used as overcharge inhibitors. 2) was constructed.

<例3>
例3では、過充電防止剤として、BP(3質量%)と、CHB(2質量%)とMP(10質量%)を用いたこと以外は例1と同様に、密閉型リチウム二次電池(例3)を構築した。
<Example 3>
In Example 3, as in Example 1, except that BP (3% by mass), CHB (2% by mass), and MP (10% by mass) were used as overcharge inhibitors, a sealed lithium secondary battery ( Example 3) was constructed.

<例4>
例4では、過充電防止剤として、BP(3質量%)と、CHB(2質量%)とMP(15質量%)を用いたこと以外は例1と同様に、密閉型リチウム二次電池(例4)を構築した。
<Example 4>
In Example 4, a sealed lithium secondary battery (as in Example 1 except that BP (3% by mass), CHB (2% by mass), and MP (15% by mass) were used as overcharge inhibitors. Example 4) was constructed.

<例5>
例5では、正極活物質としてLiNi0.33Co0.33Mn0.33を用いたこと以外は例1と同様に、密閉型リチウム二次電池(例5)を構築した。
<Example 5>
In Example 5, a sealed lithium secondary battery (Example 5) was constructed in the same manner as in Example 1 except that LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 was used as the positive electrode active material.

<例6>
例6では、後に稼動電圧範囲(充電上限電圧)による差異を見極めるため、例1と同様の密閉型リチウム二次電池を新たに構築した。後々区別するために、該電池を密閉型リチウム二次電池(例6)と称す。
<Example 6>
In Example 6, a sealed lithium secondary battery similar to that in Example 1 was newly constructed in order to determine the difference depending on the operating voltage range (charging upper limit voltage) later. For distinction later, the battery is referred to as a sealed lithium secondary battery (Example 6).

<例7>
例7では、過充電防止剤を含有させなかったこと以外は例1と同様に、密閉型リチウム二次電池(例7)を構築した。
<Example 7>
In Example 7, a sealed lithium secondary battery (Example 7) was constructed in the same manner as in Example 1 except that no overcharge inhibitor was contained.

<例8>
例8では、過充電防止剤として、BP(2質量%)のみを用いたこと以外は例1と同様に、密閉型リチウム二次電池(例8)を構築した。
<Example 8>
In Example 8, a sealed lithium secondary battery (Example 8) was constructed in the same manner as Example 1 except that only BP (2% by mass) was used as the overcharge inhibitor.

<例9>
例8では、過充電防止剤として、MP(5質量%)のみを用いたこと以外は例1と同様に、密閉型リチウム二次電池(例9)を構築した。
<Example 9>
In Example 8, a sealed lithium secondary battery (Example 9) was constructed in the same manner as Example 1 except that only MP (5% by mass) was used as the overcharge inhibitor.

<例10>
例10では、正極合材層の作製時に、正極活物質粉末としてのLiNi0.33Co0.33Mn0.33Zr0.005粉末と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)と、添加剤としての炭酸リチウムとを、これら材料の質量比率が凡そ100:5:5:3となるようを用いたこと以外は例8と同様に、密閉型リチウム二次電池(例10)を構築した。
上記構築した電池の特徴を表1に纏める。
<Example 10>
In Example 10, when producing the positive electrode mixture layer, LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 Zr 0.005 O 2 powder as the positive electrode active material powder, acetylene black (AB) as the conductive material, Sealed in the same manner as in Example 8 except that polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder and lithium carbonate as an additive were used so that the mass ratio of these materials was approximately 100: 5: 5: 3. Type lithium secondary battery (Example 10) was constructed.
Table 1 summarizes the characteristics of the battery constructed as described above.

Figure 2013152874
Figure 2013152874

[過充電試験]
上記構築した各電池(例1〜10)に対し、25℃の温度環境下において、コンディショニング処理を行った(ここでは、0.3Cの充電レートで4.1Vまで定電流で充電する操作と、0.3Cの放電レートで3.0Vまで定電流で放電する操作を2回繰り返す初期充放電処理を行った)後に、25℃(低温〜中温域)および60℃(高温域)の温度環境下において、過充電試験を実施した。本例では、先ずコンディショニング処理後の各電池をSOC30%の状態に調整し、かかる電池に対して1Cの充電レート(凡そ24Aの充電電流)で、電圧が20Vになるまで定電流充電を行い、電流遮断機構が正常に作動するか否かを確認した。
得られた測定結果を表2の該当箇所に示す。なお、表2中の「CID作動」の欄は、過充電試験中の各電池の外観を観察し、電池の状態変化(具体的には、急速な温度上昇を伴う電池の発熱やケースの変形等)がなく正常に電流遮断機構が作動した場合に、電流遮断機構が十分迅速に作動したものと判断し、「○」と評価した。
[Overcharge test]
Each battery (Examples 1 to 10) constructed as described above was subjected to a conditioning process under a temperature environment of 25 ° C. (here, an operation of charging with constant current up to 4.1 V at a charge rate of 0.3 C, Under the temperature environment of 25 ° C. (low temperature to medium temperature range) and 60 ° C. (high temperature range) after performing an initial charge / discharge treatment that repeats the operation of discharging at a constant current up to 3.0 V at a discharge rate of 0.3 C twice) The overcharge test was conducted. In this example, first, each battery after the conditioning process is adjusted to a state of SOC 30%, and the battery is charged with a constant current at a charging rate of 1 C (charging current of about 24 A) until the voltage reaches 20 V, It was confirmed whether the electric current interruption mechanism worked normally.
The obtained measurement results are shown in the corresponding places in Table 2. In the column of “CID operation” in Table 2, the external appearance of each battery during the overcharge test is observed, and the battery state changes (specifically, the heat generation of the battery accompanying a rapid temperature rise or the deformation of the case). Etc.) and the current interrupting mechanism operated normally, it was judged that the current interrupting mechanism operated sufficiently quickly, and was evaluated as “◯”.

表2に示されるように、ガスの発生温度が異なる2種類の過充電防止剤(即ち、芳香族化合物と脂肪族カルボン酸エステル)の両方を含む例1〜6では、25℃および60℃の温度環境下での過充電試験において、電流遮断機構が正常に作動した。一方、過充電防止剤を添加しなかった例7では25℃、60℃ともに電流遮断機構が作動しなかった。また、過充電防止剤として芳香族化合物のみを含む例8および10では、60℃の環境下において電流遮断機構が正常に働かなかった。これは、芳香族化合物のレドックスシャトル反応が優先的に生じたために、分解反応が抑制されて(即ち、ガス発生量が減少し)、電流遮断機構を作動させるのに十分な内圧上昇が生じなかったためと考えられる。なお、例10では正極合材層内に炭酸ガスを発生し得る炭酸ナトリウムをあらかじめ添加したにもかかわらず、本例ではその効果を認められなかった。さらに、過充電防止剤として脂肪族カルボン酸エステルのみを含む例9では、25℃の環境下において電流遮断機構が正常に働かなかった。これは、低温〜中温環境下(例えば、0℃〜40℃)における脂肪族カルボン酸エステルの酸化分解が生じ難いためと考えられる。かかる結果は、本発明の適用効果(即ち、あらゆる環境下における安定的なガスの発生)を示すものである。さらに、該密閉型リチウム二次電池においては、過充電防止剤の反応効率が高いため、従来に比べ少ない量の過充電防止剤で、高温時においても電流遮断機構を確実に作動させるために必要なガス量を得られるものと考えられる。   As shown in Table 2, in Examples 1 to 6 including both two types of overcharge inhibitors (ie, aromatic compound and aliphatic carboxylic acid ester) having different gas generation temperatures, the temperatures of 25 ° C. and 60 ° C. In the overcharge test under the temperature environment, the current interruption mechanism operated normally. On the other hand, in Example 7 where no overcharge inhibitor was added, the current interruption mechanism did not operate at 25 ° C. and 60 ° C. Further, in Examples 8 and 10 containing only an aromatic compound as an overcharge inhibitor, the current interruption mechanism did not work normally in an environment of 60 ° C. This is because the redox shuttle reaction of aromatic compounds has preferentially occurred, so that the decomposition reaction is suppressed (that is, the amount of gas generation is reduced) and the internal pressure rise sufficient to operate the current interrupt mechanism does not occur. It is thought that it was because of. In Example 10, although sodium carbonate capable of generating carbon dioxide gas was added in advance in the positive electrode mixture layer, the effect was not recognized in this example. Furthermore, in Example 9 containing only an aliphatic carboxylic acid ester as an overcharge inhibitor, the current interruption mechanism did not work normally in an environment at 25 ° C. This is considered to be because the oxidative decomposition of the aliphatic carboxylic acid ester hardly occurs in a low temperature to medium temperature environment (for example, 0 ° C. to 40 ° C.). Such a result shows the effect of applying the present invention (that is, stable gas generation under any environment). Furthermore, in the sealed lithium secondary battery, since the reaction efficiency of the overcharge inhibitor is high, it is necessary to reliably operate the current interruption mechanism even at high temperatures with a smaller amount of overcharge inhibitor than in the past. It is considered that a large gas amount can be obtained.

[高温保存試験]
上記コンディショニング処理後の各電池について3サイクルの充放電(ここでは、4Aの電流で4.1Vまで定電流で充電する操作と、4Aの電流で3.0Vまで定電流で放電する操作を3回繰り返す充放電)を行った。その後、SOC80%の状態になるよう充電(もしくは放電)操作を行って電圧を調整し、かかる電池を60℃の環境下において480時間(凡そ20日間)保存した。そして、高温保存後の電池について、再び同様の条件で3サイクルの充放電を行った。
得られた結果を表2の該当箇所に示す。容量回復率(%)は、高温保存前の放電容量(A)に対する、高温保存後の放電容量(B)の割合(B/A×100(%))として算出した。
[High temperature storage test]
Three cycles of charging / discharging of each battery after the above conditioning treatment (in this case, the operation of charging at a constant current up to 4.1 V at a current of 4 A and the operation of discharging at a constant current up to 3.0 V at a current of 4 A) Repeated charge / discharge). Thereafter, a charge (or discharge) operation was performed so that the SOC was 80%, the voltage was adjusted, and the battery was stored in an environment of 60 ° C. for 480 hours (approximately 20 days). The battery after high temperature storage was again charged and discharged for 3 cycles under the same conditions.
The obtained results are shown in the corresponding places in Table 2. The capacity recovery rate (%) was calculated as a ratio (B / A × 100 (%)) of the discharge capacity (B) after high temperature storage to the discharge capacity (A) before high temperature storage.

Figure 2013152874
Figure 2013152874

表2に示されるように、過充電防止剤として、芳香族化合物を1質量%〜5質量%と、脂肪族カルボン酸エステルを3質量%〜10質量%とを電解質に添加した、例1〜3では90%以上の優れた高温保存特性を示した。よって過充電防止剤の添加量を上記範囲とすることで、優れた高温保存特性と、本発明の効果(広範な温度環境下における安全性の向上)とを、高いレベルで両立させ得ることが示された。また、充電上限電圧を4.1Vとした場合(例1)は、該電圧を4.2Vとした場合(例6)に比べ1割以上高い高温保存特性を示した。これは、稼動電圧範囲をやや低くしたことで、脂肪族カルボン酸エステルが酸化分解されることを抑制し得たためと考えられる。さらに、正極活物質としてリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を用いた例5と、Zrを含むリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を用いた例1では、例1のほうが優れた高温保存特性を示した。よって、Zrを含有させることで、優れた電池性能と、本発明の効果とを更に高いレベルで両立させ得ることが示された。   As shown in Table 2, 1 to 5% by mass of an aromatic compound and 3 to 10% by mass of an aliphatic carboxylic acid ester were added to the electrolyte as an overcharge inhibitor. No. 3 exhibited excellent high-temperature storage characteristics of 90% or more. Therefore, by setting the addition amount of the overcharge inhibitor in the above range, it is possible to achieve both excellent high-temperature storage characteristics and the effect of the present invention (improvement of safety under a wide temperature environment) at a high level. Indicated. Moreover, when the charge upper limit voltage was 4.1 V (Example 1), the high-temperature storage characteristics were higher by 10% or more than when the voltage was 4.2 V (Example 6). This is probably because the oxidative decomposition of the aliphatic carboxylic acid ester could be suppressed by lowering the operating voltage range slightly. Furthermore, in Example 5 using lithium nickel cobalt manganese composite oxide as the positive electrode active material and Example 1 using lithium nickel cobalt manganese composite oxide containing Zr, Example 1 showed better high-temperature storage characteristics. Therefore, it was shown that excellent battery performance and the effects of the present invention can be achieved at a higher level by containing Zr.

また、上記電流遮断機構の作動に関与する2種類のガス(即ち、脂肪族カルボン酸エステルの酸化分解により生ずる炭酸ガスと、芳香族化合物の酸化分解により生ずる水素ガス)の寄与を明らかにするため、上記電流遮断機構を備えた角型の電池とは別に、ガスの発生量を定量するためのラミネートシート型の密閉型リチウム二次電池を構築した。   In order to clarify the contribution of two types of gases involved in the operation of the current interrupting mechanism (ie, carbon dioxide gas generated by oxidative decomposition of an aliphatic carboxylic acid ester and hydrogen gas generated by oxidative decomposition of an aromatic compound). Separately from the prismatic battery provided with the current interruption mechanism, a laminated sheet type sealed lithium secondary battery for quantifying the amount of gas generated was constructed.

<例1>
例1のラミネートシート型の電池では、先ず、上記例1にて作製した正極シートと負極シートをそれぞれ凡そ45(mm)×45(mm)の寸法に切断したものを、セパレータ(PE製、47(mm)×47(mm))を介して対面に配置し、電極体を作製した。そして、該電極体の正極集電体の端部に正極端子を、負極集電体の端部に負極端子を溶接によりそれぞれ接合した。かかる電極体を非水電解質(ここでは、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを3:4:3の体積比で含む混合溶媒に、電解質としてのLiPFを凡そ1.0mol/Lの濃度で溶解し、さらに過充電防止剤としてのビフェニル(BP)とプロピオン酸メチル(MP)を、其々2質量%と5質量%の濃度で含有させた電解質(0.8g)を用いた。)とともにラミネートシートに収容して、ラミネートシート型のリチウム二次電池(例1)を構築し、上記角型電池と同様にコンディショニング処理を行った。
<Example 1>
In the laminated sheet type battery of Example 1, first, the positive electrode sheet and the negative electrode sheet prepared in Example 1 were cut into dimensions of about 45 (mm) × 45 (mm), respectively. (Mm) × 47 (mm)) and arranged on the opposite side to produce an electrode body. And the positive electrode terminal was joined to the edge part of the positive electrode electrical power collector of this electrode body, and the negative electrode terminal was joined to the edge part of the negative electrode electrical power collector, respectively. Such an electrode body is mixed with a non-aqueous electrolyte (here, a mixed solvent containing ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 3: 4: 3) and LiPF 6 as an electrolyte. Is dissolved at a concentration of about 1.0 mol / L, and biphenyl (BP) and methyl propionate (MP) as an overcharge inhibitor are further contained at concentrations of 2 mass% and 5 mass%, respectively ( 0.8 g) was housed in a laminate sheet and a laminated sheet-type lithium secondary battery (Example 1) was constructed, and the conditioning treatment was performed in the same manner as the prismatic battery.

<例10>
例10のラミネートシート型の電池では、上記例10にて作製した正極シート(即ち、正極合材層の作製時に、正極活物質粉末としてのLiNi0.33Co0.33Mn0.33Zr0.005粉末と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)と、添加剤としての炭酸リチウムとを、これら材料の質量比率が凡そ100:5:5:3となるようを用いたもの)を備え、且つ過充電防止剤として、BP(2質量%)のみを用いたこと以外は例1と同様に、ラミネートシート型のリチウム二次電池(例10)を構築し、上記角型電池と同様にコンディショニング処理を行った。
<Example 10>
In the laminated sheet type battery of Example 10, the positive electrode sheet prepared in Example 10 (that is, LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 Zr 0 as the positive electrode active material powder at the time of preparing the positive electrode mixture layer). 0.005 O 2 powder, acetylene black (AB) as a conductive material, polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, and lithium carbonate as an additive are approximately 100: 5: 5 in mass ratio of these materials. :) and a laminate sheet type lithium secondary battery (Example 10) in the same manner as in Example 1 except that only BP (2% by mass) was used as an overcharge inhibitor. ) And the conditioning treatment was performed in the same manner as the prismatic battery.

[過充電試験(ガス発生量の測定)]
上記コンディショニング処理後のラミネートシート型の密閉型リチウム二次電池(例1および10)について、アルキメデス法にてセルの体積を測定した。その後、上記電池を25℃および60℃の環境下において、過充電状態(本例では、SOCが160%の状態。)まで1Cのレートで定電流充電し、再びアルキメデス法にてセルの体積を測定した。そして、過充電後のセルの体積(A(cm))から、コンディショニング処理後のセルの体積(B(cm))を差し引いて、過充電時おけるガス発生量(A−B(cm))を算出した。そして、ラミネートシート内のガスを一般的なガスクロマトグラフ(GC)−質量分析(MS)法によって解析し、該ガスの組成を求めた。得られた結果を、図5に示す。なお、図中に示す破線は、電流遮断機構の作動圧を典型的な値に設定した場合に、該電流遮断機構を作動させるために要するガス量の目安を表す。
なお、アルキメデス法とは、測定対象物(本例では、ラミネートシート型の密閉型リチウム二次電池)を、媒液(例えば、蒸留水やアルコール等)に浸漬し、測定対象物が受ける浮力を測定することにより、該測定対象物の体積を求める手法である。
[Overcharge test (measurement of gas generation)]
For the laminated sheet type sealed lithium secondary battery (Examples 1 and 10) after the conditioning treatment, the volume of the cell was measured by Archimedes method. After that, the battery was charged at a constant current at a rate of 1 C under an environment of 25 ° C. and 60 ° C. until it was overcharged (in this example, SOC was 160%). It was measured. Then, by subtracting the volume (B (cm 3 )) of the cell after the conditioning process from the volume (A (cm 3 )) of the cell after overcharging, the amount of gas generated during overcharging (A−B (cm 3 )) )) Was calculated. And the gas in a laminate sheet was analyzed by the general gas chromatograph (GC) -mass spectrometry (MS) method, and the composition of this gas was calculated | required. The obtained results are shown in FIG. In addition, the broken line shown in a figure represents the standard of the gas amount required in order to operate this electric current interruption mechanism, when the operating pressure of an electric current interruption mechanism is set to the typical value.
The Archimedes method is a method in which a measurement object (in this example, a laminated sheet type sealed lithium secondary battery) is immersed in a liquid medium (for example, distilled water or alcohol), and the buoyancy that the measurement object receives is measured. This is a technique for obtaining the volume of the measurement object by measuring.

図5に示す結果より、例1の電池においては、25℃の温度環境下では主に芳香族化合物が、60℃の温度環境下では主に脂肪族カルボン酸エステルが、それぞれ酸化分解されガスを発生させていると考えられた。一方、例10の電池においては、炭酸ガスの発生量は温度環境に依存しなかったが、60℃の温度環境下では水素ガスの発生量が減少したため、電流遮断機構を作動させるために必要な十分な量のガスを得ることができなかった。かかる結果は、本発明と従来技術との作用効果の差異を示すものである。即ち、本発明によって、従来に比べ広範な温度環境下における電池の信頼性(安全性)を向上し得ることが示された。   From the results shown in FIG. 5, in the battery of Example 1, the aromatic compound was mainly oxidized under the temperature environment of 25 ° C., and the aliphatic carboxylic acid ester was mainly oxidized and decomposed under the temperature environment of 60 ° C. It was thought that it was generated. On the other hand, in the battery of Example 10, the generation amount of carbon dioxide gas did not depend on the temperature environment, but the generation amount of hydrogen gas decreased under the temperature environment of 60 ° C., so that it was necessary for operating the current interruption mechanism. A sufficient amount of gas could not be obtained. This result shows the difference in the effect between the present invention and the prior art. That is, it was shown that the present invention can improve the reliability (safety) of the battery in a wider temperature environment than in the past.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

1 自動車(車両)
10 正極シート(正極)
12 正極集電体
14 正極合材層
20 負極シート(負極)
22 負極集電体
24 負極合材層
30 電流遮断機構(CID)
32 変形金属板(第一部材)
34 接続金属板(第二部材)
38 絶縁ケース
40A、40B セパレータシート
50 電池ケース
52 ケース本体
54 蓋体
70 正極端子
72 負極端子
74 正極集電板
76 負極集電板
80 捲回電極体
100 密閉型リチウム二次電池
1 Automobile (vehicle)
10 Positive electrode sheet (positive electrode)
12 Positive electrode current collector 14 Positive electrode mixture layer 20 Negative electrode sheet (negative electrode)
22 Negative electrode current collector 24 Negative electrode composite material layer 30 Current interruption mechanism (CID)
32 Deformed metal plate (first member)
34 Connection metal plate (second member)
38 Insulating cases 40A and 40B Separator sheet 50 Battery case 52 Case body 54 Lid 70 Positive electrode terminal 72 Negative electrode terminal 74 Positive electrode current collector plate 76 Negative electrode current collector plate 80 Winding electrode body 100 Sealed lithium secondary battery

Claims (11)

正極と負極とを備えた電極体と、電解質とが所定の電池ケース内に収容された密閉型リチウム二次電池であって、
ここで、前記電解質には、所定の電池電圧を超えた際に、炭酸ガスを発生させ得る脂肪族カルボン酸エステルと、水素ガスを発生させ得る芳香族化合物と、が含まれており、
前記電池ケースは、前記炭酸ガスおよび/または前記水素ガスの発生に伴って、前記電池ケース内の圧力が上昇した際に作動する電流遮断機構を備えていることを特徴とする、密閉型リチウム二次電池。
A sealed lithium secondary battery in which an electrode body including a positive electrode and a negative electrode, and an electrolyte are housed in a predetermined battery case,
Here, the electrolyte includes an aliphatic carboxylic acid ester capable of generating carbon dioxide gas and an aromatic compound capable of generating hydrogen gas when a predetermined battery voltage is exceeded,
The battery case is provided with a current interruption mechanism that operates when the pressure in the battery case rises with the generation of the carbon dioxide gas and / or the hydrogen gas. Next battery.
前記脂肪族カルボン酸エステルの添加量が、前記電解質100質量%に対し、2質量%以上15質量%以下である、請求項1に記載の密閉型リチウム二次電池。   2. The sealed lithium secondary battery according to claim 1, wherein an addition amount of the aliphatic carboxylic acid ester is 2% by mass to 15% by mass with respect to 100% by mass of the electrolyte. 前記脂肪族カルボン酸エステルは、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチルおよび酪酸エチルからなる群から選択される少なくとも1種を含んでいる、請求項1または2に記載の密閉型リチウム二次電池。   3. The sealed lithium secondary battery according to claim 1, wherein the aliphatic carboxylic acid ester includes at least one selected from the group consisting of methyl propionate, ethyl propionate, methyl butyrate, and ethyl butyrate. . 前記正極は、正極集電体と、該集電体上に形成された正極活物質を含む正極合材層と、を備えており、
前記正極活物質は、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を含んでいる、請求項1から3のいずれか一項に記載の密閉型リチウム二次電池。
The positive electrode includes a positive electrode current collector, and a positive electrode mixture layer including a positive electrode active material formed on the current collector,
4. The sealed lithium secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material includes a lithium nickel cobalt manganese composite oxide. 5.
前記リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物は、ニッケル元素、コバルト元素およびマンガン元素のうち少なくとも一部がジルコニウム元素で置換されている、請求項4に記載の密閉型リチウム二次電池。   5. The sealed lithium secondary battery according to claim 4, wherein at least a part of the nickel nickel, cobalt element, and manganese element is substituted with a zirconium element in the lithium nickel cobalt manganese composite oxide. 前記ジルコニウム元素の量は、上記ジルコニウム元素と上記ニッケル元素と上記コバルト元素と上記マンガン元素の合計100質量%に対し、0.1質量%以上1.0質量%以下である、請求項5に記載の密閉型リチウム二次電池。   The amount of the zirconium element is 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less with respect to a total of 100% by mass of the zirconium element, the nickel element, the cobalt element, and the manganese element. Sealed lithium secondary battery. 前記芳香族化合物として、シクロヘキシルベンゼンまたはビフェニルを含んでいる、請求項1から6のいずれか一項に記載の密閉型リチウム二次電池。   The sealed lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 6, comprising cyclohexylbenzene or biphenyl as the aromatic compound. 前記水素ガスを発生させ得る化合物の添加量が、前記電解質100質量%に対し、0.5質量%以上7質量%以下である、請求項1から7のいずれか一項に記載の密閉型リチウム二次電池。   The sealed lithium according to any one of claims 1 to 7, wherein an addition amount of the compound capable of generating hydrogen gas is 0.5% by mass or more and 7% by mass or less with respect to 100% by mass of the electrolyte. Secondary battery. 前記電極体は、
長尺状の正極集電体上に、所定の幅の正極合材層が該集電体の長手方向に沿って形成されている長尺状の正極と、
長尺状の負極集電体上に、所定の幅の負極合材層が該集電体の長手方向に沿って形成されている長尺状の負極と、を備え、
前記正極と前記負極とが積層され、長手方向に捲回されてなる捲回電極体である、請求項1から8のいずれか一項に記載の密閉型リチウム二次電池。
The electrode body is
On a long positive electrode current collector, a positive electrode mixture layer having a predetermined width is formed along the longitudinal direction of the current collector, and
On the long negative electrode current collector, a negative electrode mixture layer having a predetermined width is formed along the longitudinal direction of the current collector.
The sealed lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 8, which is a wound electrode body in which the positive electrode and the negative electrode are laminated and wound in a longitudinal direction.
充電上限電圧が3.0V以上4.1V以下で用いられる、請求項1から9のいずれか一項に記載の密閉型リチウム二次電池。   The sealed lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 9, which is used at a charge upper limit voltage of 3.0 V or more and 4.1 V or less. 請求項1から10のいずれか一項に記載の密閉型リチウム二次電池を駆動用電源として備える車両。   A vehicle comprising the sealed lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 10 as a driving power source.
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