JP2014022321A - Nonaqueous electrolyte secondary battery including scavenger - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery excellent in charge/discharge cycle characteristics, in a nonaqueous electrolyte secondary battery including a negative electrode, a positive electrode and a nonaqueous electrolyte interposed between the negative electrode and the positive electrode.SOLUTION: The negative electrode includes a negative electrode active material mainly consisting of a material acting at 0.3 V or more and 2.0 V or less on the basis of the oxidation-reduction potential of lithium metal, and a scavenger comprising a specified organic compound with reducing properties is interposed within a nonaqueous electrolyte secondary battery. Accordingly, impurities inside the battery can be scavenged.

Description

本発明は、非水電解質二次電池のサイクル安定性の改良に関するものである。   The present invention relates to an improvement in cycle stability of a nonaqueous electrolyte secondary battery.

リチウムイオン二次電池はモバイル機器用電源として現在幅広く使用されている。リチウムイオン二次電池は、既存のニッケル−カドミウム二次電池やニッケル−水素二次電池と比較して高エネルギー密度であるために、電気自動車や電力貯蔵などの大型電源用途としても期待されている。
現在、リチウムイオン二次電池の負極材料としては、黒鉛系炭素材料が最も一般的に使用されている。炭素材料は、リチウム基準で電圧が約0.2 Vと低く、電池を高電圧化できるが、寿命などの信頼性に関しては、炭素材料を負極とした電池では、例えば60 ℃以上の高温環境下で長時間使用すると充放電サイクルにより容量が低下するという傾向がある。
Lithium ion secondary batteries are now widely used as power sources for mobile devices. Lithium ion secondary batteries have higher energy density than existing nickel-cadmium secondary batteries and nickel-hydrogen secondary batteries, so they are also expected to be used for large power supplies such as electric vehicles and power storage. .
At present, graphite-based carbon materials are most commonly used as negative electrode materials for lithium ion secondary batteries. Carbon materials have a low voltage of about 0.2 V on a lithium basis, and can increase the voltage of the battery. However, with regard to reliability such as life, batteries with a carbon material as the negative electrode are long in a high temperature environment of, for example, 60 ° C or higher. When used for a long time, the capacity tends to decrease due to the charge / discharge cycle.

そこで、例えば特許文献1では、高温充放電サイクル特性の劣化を抑制するため、電池内部で発生したリチウムイオン以外の陽イオンやフッ化物イオンからなる不純物イオンを捕捉する捕捉物質を、セパレータの表面、正極又は負極の表面又は内部に保持させることによって、電池劣化をもたらす陽イオン又はフッ化物イオンが負極活物質粒子へ付着することを抑制するようにしている。その捕捉物質の例として、比表面積が1000m/gあるいは細孔容積が0.1cc/g以上の活性炭が挙げられており、アルカリ土類金属の酸化物も挙げられている。 Therefore, for example, in Patent Document 1, in order to suppress deterioration of the high-temperature charge / discharge cycle characteristics, a trapping substance that captures impurity ions composed of cations and fluoride ions other than lithium ions generated inside the battery, By holding it on the surface or inside of the positive electrode or the negative electrode, the cation or fluoride ion that causes battery deterioration is prevented from adhering to the negative electrode active material particles. Examples of the trapping substance include activated carbon having a specific surface area of 1000 m 2 / g or a pore volume of 0.1 cc / g or more, and an alkaline earth metal oxide.

また特許文献2では、リチウムの炭酸塩または/及びシュウ酸塩を正極、負極または非水電解質に添加することによりサイクル特性を向上させている。特許文献3,4も特定の物質を電池内に添加する発明を開示している。   In Patent Document 2, cycle characteristics are improved by adding lithium carbonate or / and oxalate to a positive electrode, a negative electrode, or a non-aqueous electrolyte. Patent documents 3 and 4 also disclose an invention in which a specific substance is added to the battery.

特開2000−77103号公報JP 2000-77103 A 特開2004−14472号公報JP 2004-14472 A 特開平11−54149号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-54149 特開2011−165343号公報JP 2011-165343 A

しかし、特許文献1記載のように比表面積の大きな活性炭を使用すれば、電極活物質、活性炭、溶媒を含む混練物を集電体に塗布する際に、活性炭の溶媒吸収量の増大に伴って混練物の粘度が上昇しやすくなり塗布作業性が低下する。アルカリ土類金属の酸化物を負極に担持させる場合は、酸化物は絶縁体であるので負極活物質の導電性能を低下させ、電極の単位重量あたりの電池容量が低下するおそれがある。   However, if activated carbon with a large specific surface area is used as described in Patent Document 1, when a kneaded material containing an electrode active material, activated carbon, and a solvent is applied to a current collector, the amount of absorbed solvent of the activated carbon increases. The viscosity of the kneaded product is likely to increase, and the coating workability is reduced. When an alkaline earth metal oxide is supported on the negative electrode, since the oxide is an insulator, the conductive performance of the negative electrode active material may be reduced, and the battery capacity per unit weight of the electrode may be reduced.

さらに特許文献1〜4の構造では、負極活物質の材料として炭素系の材料を選んでいるが、負極活物質にリチウム基準で炭素材料よりも高い電圧を発現する物質を用いた非水電解質二次電池では、電極劣化をもたらす物質が炭素負極材料とは異なるため、電池内に公知の捕捉剤を混合させて使用しても、同じような効果が得られるかどうか解明されていない。   Furthermore, in the structures of Patent Documents 1 to 4, a carbon-based material is selected as the material for the negative electrode active material. However, a non-aqueous electrolyte that uses a material that expresses a higher voltage than the carbon material on the basis of lithium as the negative electrode active material. In the secondary battery, since the substance causing electrode deterioration is different from that of the carbon negative electrode material, it has not been elucidated whether the same effect can be obtained even if a known trapping agent is mixed in the battery.

本発明は、リチウム金属の酸化還元電位基準で0.3V以上2.0V以下で作動する材料を主成分とする負極活物質を使用した非水電解質二次電池において、優れたサイクル安定性を発現する電池を提供することを目的とする。   The present invention exhibits excellent cycle stability in a non-aqueous electrolyte secondary battery using a negative electrode active material whose main component is a material that operates at 0.3 V or more and 2.0 V or less on the basis of a redox potential of lithium metal. An object of the present invention is to provide a battery that can be used.

前述の事情に鑑み、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、有機化合物からなる捕捉剤を電池中に存在させることによって、充放電サイクル特性に優れる非水電解質二次電池が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の非水電解質二次電池は、負極、正極、及び負極と正極との間に介在された非水電解質を備える非水電解質二次電池であって、前記負極は、リチウム金属の酸化還元電位基準で0.3V以上2.0V以下で作動する材料を主成分とする負極活物質を含み、電池内部に有機化合物からなる捕捉剤が存在するものである。
In view of the above-mentioned circumstances, the present inventors have conducted extensive studies, and as a result, found that a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained by allowing a capturing agent made of an organic compound to be present in the battery. The present invention has been completed.
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a negative electrode, a positive electrode, and a non-aqueous electrolyte interposed between the negative electrode and the positive electrode, wherein the negative electrode is an oxidation-reduction of lithium metal The negative electrode active material which has as a main component the material which operate | moves by 0.3 V or more and 2.0 V or less on an electric potential reference | standard WHEREIN: The trapping agent which consists of an organic compound exists in a battery.

この構造によれば、電池内に発生する不純物が捕捉剤に捕捉され、充放電サイクルを繰り返しても電池特性の劣化を低減することができる非水電解質二次電池を得ることができる。
捕捉剤に含まれる有機化合物として、還元性を有する有機化合物を選定することが好ましく、グルコース、セルロース、エチレングリコール、ギ酸、シュウ酸、アスコルビン酸、ユビキノンから選ばれる一種以上を含有することが好ましい。
According to this structure, it is possible to obtain a nonaqueous electrolyte secondary battery in which the impurities generated in the battery are captured by the scavenger and the deterioration of the battery characteristics can be reduced even if the charge / discharge cycle is repeated.
It is preferable to select a reducing organic compound as the organic compound contained in the scavenger, and it is preferable to include one or more selected from glucose, cellulose, ethylene glycol, formic acid, oxalic acid, ascorbic acid, and ubiquinone.

リチウム金属の酸化還元電位基準で0.3V以上2V以下で作動する負極活物質の例として、リチウムチタン酸化物又はチタン酸化物があげられる。
また正極を構成する正極活物質にはリチウムマンガン酸化物又はリチウムマンガン酸化物のマンガンの一部を異種物質で置換した材料を用いることが好ましい。
捕捉剤を非水電解質二次電池の中に配置する形態として、非水電解質溶液の中に添加させてもよい。また、正極、負極、セパレータの内部および/又は表面に存在させてもよい。いずれの場合も、捕捉剤によって電池内に発生する不純物を効率よく捕捉することができ充放電サイクル特性を向上させることができる。
Examples of the negative electrode active material that operates at 0.3 V or more and 2 V or less on the basis of the redox potential of lithium metal include lithium titanium oxide and titanium oxide.
Further, as the positive electrode active material constituting the positive electrode, it is preferable to use lithium manganese oxide or a material obtained by substituting a part of manganese of lithium manganese oxide with a different material.
You may make it add in a non-aqueous electrolyte solution as a form which arrange | positions a capture agent in a non-aqueous electrolyte secondary battery. Moreover, you may make it exist in the inside and / or surface of a positive electrode, a negative electrode, and a separator. In either case, impurities generated in the battery can be efficiently captured by the scavenger, and charge / discharge cycle characteristics can be improved.

前記非水電解質はゲル状であってもよい。   The non-aqueous electrolyte may be in a gel form.

本発明の非水電解質二次電池は、電池内部に捕捉剤を含有させることにより、捕捉剤を含有しない非水電解質二次電池と比べて、サイクル安定性に優れる、という優れた効果を奏する。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has an excellent effect of having excellent cycle stability as compared with a non-aqueous electrolyte secondary battery not containing a scavenger by containing a scavenger inside the battery.

以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図されている。
<捕捉剤>
本発明の捕捉剤を非水電解質二次電池の内部に備えるための構造は限定されないが、例えば捕捉剤を非水電解質にそのまま添加しても良い。非水電解質に添加する場合、その濃度は0.01重量パーセント(wt%)以上3wt%以下であることが好ましい。この範囲を上回ると捕捉剤の溶解が困難になる場合がある。この範囲を下回ると不純物を捕捉する機能が低下することとなりいずれも好ましくない。
Embodiments of the present invention will be described below.
The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
<Capturing agent>
The structure for providing the scavenger of the present invention inside the nonaqueous electrolyte secondary battery is not limited. For example, the scavenger may be added to the nonaqueous electrolyte as it is. When added to the non-aqueous electrolyte, the concentration is preferably 0.01 weight percent (wt%) or more and 3 wt% or less. Above this range, it may be difficult to dissolve the scavenger. If it is below this range, the function of trapping impurities will be reduced, which is not preferable.

捕捉剤に含まれる有機化合物として、還元性を有する有機化合物を選定することが好ましく、グルコース、セルロース、エチレングリコール、ギ酸、シュウ酸、アスコルビン酸、ユビキノンから選ばれる一種以上が好ましい。
また、捕捉剤を正極、負極の表面および/または内部に存在させても良い。電極の内部に存在させる場合には、電極活物質と導電助材とバインダーとを混合して電極活物質混合物(スラリー)を作製する際に捕捉剤を加えることが捕捉剤を効率よく分散させる観点から好ましい。捕捉剤は電極表面に存在してもよい。このためには、電極作製後に、捕捉剤を溶解させた溶液中に電極を浸漬し乾燥させることが分散の観点から好ましい。また、捕捉剤を含む高分子膜を作製し、電極表面に接着させても良い。
It is preferable to select a reducing organic compound as the organic compound contained in the scavenger, and one or more selected from glucose, cellulose, ethylene glycol, formic acid, oxalic acid, ascorbic acid, and ubiquinone are preferable.
Further, the scavenger may be present on the surface and / or inside of the positive electrode and the negative electrode. When the electrode active material, the conductive additive and the binder are mixed to form an electrode active material mixture (slurry), the addition of the trapping agent makes it possible to efficiently disperse the trapping agent. To preferred. The scavenger may be present on the electrode surface. For this purpose, it is preferable from the viewpoint of dispersion that the electrode is immersed in a solution in which the capture agent is dissolved and dried after the electrode is manufactured. Alternatively, a polymer film containing a scavenger may be prepared and adhered to the electrode surface.

また捕捉剤を、セパレータの表面および/または内部に存在させても良い。セパレータとして多孔質膜を用いる場合、高分子膜によってセパレータを作製する際に捕捉剤をモノマー溶液に添加しておくとセパレータの内部に存在させることができる。また、通常の製法で作製したセパレータを、捕捉剤を溶解させた溶液中に浸漬し乾燥させることで表面に存在させても良い。   A scavenger may be present on the surface and / or inside of the separator. When a porous membrane is used as the separator, it can be made to exist inside the separator if a capture agent is added to the monomer solution when the separator is made of a polymer membrane. Moreover, you may make the separator produced with the normal manufacturing method exist on the surface by immersing in the solution which melt | dissolved the trapping agent, and making it dry.

セパレータとして不織布を用いる場合、繊維を作製する際に捕捉剤をモノマー溶液に添加しておくことが好ましい。また、多孔質膜セパレータ同様、通常の製法で作製した不織布セパレータを、捕捉剤を溶解させた溶液中に浸漬し乾燥させることで表面および内部に存在させることもできる。
セパレータにおける捕捉剤の効果を長期間持続させたい場合、高分子に捕捉剤を内包させ、徐々に放出させることが好ましい。この高分子の膜または繊維を用いてセパレータを作製しても良いし、この高分子の膜または繊維を単純に電池内に存在させても、捕捉剤の効果を長期間持続させることができる。
When using a nonwoven fabric as a separator, it is preferable to add a scavenger to the monomer solution when producing the fiber. Similarly to the porous membrane separator, a nonwoven fabric separator produced by a normal production method can be present on the surface and inside by being immersed in a solution in which the capture agent is dissolved and dried.
In order to maintain the effect of the scavenger in the separator for a long period of time, it is preferable to encapsulate the scavenger in a polymer and gradually release it. A separator may be produced using this polymer film or fiber, or the effect of the scavenger can be maintained for a long time even if this polymer film or fiber is simply present in the battery.

なお、本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の構造の変更例として、正極・負極間が直接接触していなければ、必ずしも独立したセパレータを使用する必要は無い。すなわちセパレータの無い構造も考えられる。この場合、非水電解質として、正極、負極の接触を防止するためゲル状のものを使用すればよい。ゲル状のものを使用する場合は、非水電解質が正極および負極に含浸していてもよく、正極・負極間のみにある状態でも良い。このようにゲル状の非水電解質を使用する場合は、捕捉剤はゲル状の非水電解質の内部に分散配置させてもよい。   In addition, as a modified example of the structure of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the embodiment of the present invention, an independent separator is not necessarily used unless the positive electrode and the negative electrode are in direct contact. That is, a structure without a separator is also conceivable. In this case, a gel-like material may be used as the nonaqueous electrolyte in order to prevent contact between the positive electrode and the negative electrode. In the case of using a gel-like material, the nonaqueous electrolyte may be impregnated in the positive electrode and the negative electrode, or may be in a state only between the positive electrode and the negative electrode. When the gel-like nonaqueous electrolyte is used in this way, the scavenger may be dispersed and arranged inside the gel-like nonaqueous electrolyte.

<負極>
本発明の非水電解質二次電池に用いられる負極は、少なくとも負極活物質または負極活物質と集電体とで構成され、必要に応じて導電助材およびバインダーを含んでよい。
負極活物質としては、リチウム金属の酸化還元電位基準で0.3V以上2.0V以下で作動する材料を使用することが好ましい。例えば、負極活物質の材料として、酸化モリブデン、酸化ニオブ、酸化マンガン、リチウムマンガン酸化物、チタン酸化物、リチウムチタン酸化物などの遷移金属含有酸化物、窒化ニッケル、窒化マンガン、窒化鉄などの遷移金属窒化物、硫化ニッケル、硫化マンガンなどの遷移金属硫化物、リン化ニッケル、リン化マンガン、リン化鉄などのリン化物およびリン単体、フッ化鉄、フッ化ニッケルなどフッ化物、アルカリ金属または/およびアルカリ土類金属と合金を作る金属からなる群から選ばれる少なくとも1種を用いることができる。
<Negative electrode>
The negative electrode used in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is composed of at least a negative electrode active material or a negative electrode active material and a current collector, and may contain a conductive additive and a binder as necessary.
As the negative electrode active material, it is preferable to use a material that operates at 0.3 V or more and 2.0 V or less on the basis of a redox potential of lithium metal. For example, as a material of the negative electrode active material, transition metal-containing oxides such as molybdenum oxide, niobium oxide, manganese oxide, lithium manganese oxide, titanium oxide, and lithium titanium oxide, transitions such as nickel nitride, manganese nitride, and iron nitride Transition metal sulfides such as metal nitride, nickel sulfide and manganese sulfide, phosphides such as nickel phosphide, manganese phosphide and iron phosphide and phosphorus alone, fluorides such as iron fluoride and nickel fluoride, alkali metals or / And at least one selected from the group consisting of metals that form alloys with alkaline earth metals.

従来のように炭素系材料で負極活物質を構成した場合、充放電サイクルを繰り返すとリチウムの挿入・脱離に伴う体積変化により負極が劣化し、電池の容量が低下するという問題があるため、負極材料としてリチウムの挿入・脱離による体積変化のほとんどない堅牢な材料であるチタン酸化物や、リチウムチタン酸化物を用いることが特に好ましい。
リチウムチタン酸化物は、分子式としてLi4Ti512で表されるものが好ましい。この中でスピネル構造のものを採用すれば、リチウムイオンの挿入・脱離の反応における活物質の膨張収縮が小さいので、特に好ましい。なおリチウムチタン酸化物には、たとえばNbなどのリチウム、チタン以外の元素が微量含まれていてもよい。
When a negative electrode active material is configured with a carbon-based material as in the past, there is a problem that the negative electrode deteriorates due to volume change accompanying lithium insertion / extraction when the charge / discharge cycle is repeated, and the capacity of the battery decreases. As the negative electrode material, it is particularly preferable to use titanium oxide or lithium titanium oxide, which is a robust material that hardly changes in volume due to insertion / extraction of lithium.
The lithium titanium oxide is preferably expressed as Li 4 Ti 5 O 12 as a molecular formula. Among these, the use of a spinel structure is particularly preferable because the expansion and contraction of the active material in the lithium ion insertion / desorption reaction is small. The lithium titanium oxide may contain a trace amount of elements other than lithium and titanium, such as Nb.

リチウムチタン酸化物は、リチウム化合物、チタン化合物を500℃以上1500℃以下で加熱処理することによって得ることができる。500℃未満、又は1500℃より高いと、所望の構造をしたリチウムチタン酸化物を得ることができにくい傾向がある。またリチウムチタン酸化物の結晶性を向上させるため、加熱処理後、再び500℃以上1500℃以下で再加熱処理してもよい。再加熱処理の温度は、最初に加熱処理を行った温度と同じでもよいし、違っていてもよい。加熱処理は、空気存在下でもよいし、窒素あるいはアルゴンなどの不活性ガスの存在下で行ってもよい。加熱処理炉の構造は、特に限定されないが、例えば、箱型炉、管状炉、トンネル炉、ロータリーキルン等を用いることができる。   The lithium titanium oxide can be obtained by heat-treating a lithium compound or a titanium compound at 500 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower. When the temperature is lower than 500 ° C. or higher than 1500 ° C., there is a tendency that it is difficult to obtain a lithium titanium oxide having a desired structure. In order to improve the crystallinity of the lithium titanium oxide, after the heat treatment, the heat treatment may be performed again at 500 ° C. or more and 1500 ° C. or less. The temperature of the reheating treatment may be the same as or different from the temperature at which the heat treatment is first performed. The heat treatment may be performed in the presence of air or in the presence of an inert gas such as nitrogen or argon. Although the structure of a heat treatment furnace is not specifically limited, For example, a box furnace, a tubular furnace, a tunnel furnace, a rotary kiln etc. can be used.

リチウム化合物としては、例えば、水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム、シュウ酸リチウム、ハロゲン化リチウムなどを用いることができる。これらリチウム化合物は、1種類でもよいし、2種類以上用いてもよい。
チタン化合物としては、例えば、二酸化チタン、一酸化チタンなどのチタン酸化物を用いることができる。
As the lithium compound, for example, lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, lithium acetate, lithium oxalate, lithium halide and the like can be used. These lithium compounds may be used alone or in combination of two or more.
As the titanium compound, for example, titanium oxide such as titanium dioxide and titanium monoxide can be used.

リチウム化合物、及びチタン化合物の配合比は、原料の性状や加熱条件によってリチウム及びチタンの原子比、Ti/Li=1.25前後で多少の幅をもたせてもよい。
リチウムチタン酸化物の粒子径は、0.5μm以上50μm以下であることが好ましく、1μm以上30μm以下であることが、取り扱いの観点からさらに好ましい。前記粒子径はSEM、TEM像から各粒子の大きさを測定し、平均粒子径を算出した値である。
The compounding ratio of the lithium compound and the titanium compound may be somewhat widened at the atomic ratio of lithium and titanium, around Ti / Li = 1.25, depending on the properties of the raw materials and heating conditions.
The particle diameter of the lithium titanium oxide is preferably 0.5 μm or more and 50 μm or less, and more preferably 1 μm or more and 30 μm or less from the viewpoint of handling. The particle diameter is a value obtained by measuring the size of each particle from SEM and TEM images and calculating the average particle diameter.

リチウムチタン酸化物の比表面積は、0.1m2/g以上50m2/g以下であることが所望の出力密度を得やすいことから好ましい。前記比表面積は、水銀ポロシメータ、BET法での測定により算出することができる。
リチウムチタン酸化物の嵩密度は、0.2g/cm3以上1.5g/cm3以下であることが好ましい。0.2g/cm3未満の場合では後述のスラリー作製時に多量の溶媒が必要となるため経済的に不利となる傾向があり、1.5g/cm3より大きいと後述の導電助材、バインダーとの混合が困難となる傾向がある。
The specific surface area of the lithium titanium oxide is preferably 0.1 m 2 / g or more and 50 m 2 / g or less because a desired output density is easily obtained. The specific surface area can be calculated by measurement using a mercury porosimeter and the BET method.
The bulk density of the lithium titanium oxide is preferably 0.2 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less. 0.2 g / cm in the case of less than 3 tend to be economically disadvantageous because it requires a large amount of solvent in the step of preparing the slurry described below, 1.5 g / cm 3 greater than the later of conductive agent, and a binder Tend to be difficult to mix.

チタン酸化物は、分子式としてTiO2で表されるものが好ましい。結晶構造として、アナターゼ型、ラムズデライト型、ブロンズ型、ホランダイト型が好ましく、電位平坦性及び電位平坦部の回数の観点から、アナターゼ型又はブロンズ型(TiO2(B))が特に好ましい。なお、チタン酸化物には、リチウムチタン酸化物と同様、Nbなどのチタン以外の元素が微量に含まれていても良い。 The titanium oxide is preferably represented by TiO2 as a molecular formula. As the crystal structure, anatase type, ramsdelite type, bronze type, and hollandite type are preferable, and anatase type or bronze type (TiO 2 (B)) is particularly preferable from the viewpoint of potential flatness and the number of potential flat portions. The titanium oxide may contain a trace amount of elements other than titanium, such as Nb, like the lithium titanium oxide.

アナターゼ型TiO2は塩化チタンを高温処理する方法や硫酸チタンを加水分解した後に焼成する方法等によって得ることができる。TiO2(B)は、 TiO2を水酸化ナトリウム溶液中で170℃で水熱合成することによって得ることができる。また、 TiO2とアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属化合物を用いた固相合成によりA2Ti49又はBTi49(A:アルカリ金属、B:アルカリ土類金属)を合成した後、塩酸水溶液中でイオン交換し、400〜900 ℃で加熱脱水することにより得ることも可能である。水熱合成、固相合成ともに、原料 TiO2はアナターゼ型 TiO2が好ましい。加熱処理は、空気存在下でもよいし、窒素あるいはアルゴンなどの不活性ガスの存在下で行っても良い。加熱処理炉の構造は特に限定されないが、例えば箱型炉、管状炉、トンネル炉、ロータリーキルン等を用いることができる。 Anatase type TiO 2 can be obtained by a method of treating titanium chloride at a high temperature, a method of hydrolyzing titanium sulfate and then firing it. TiO2 (B) can be obtained by hydrothermal synthesis at 170 ° C. The TiO 2 in sodium hydroxide solution. In addition, after synthesis of A 2 Ti 4 O 9 or BTi 4 O 9 (A: alkali metal, B: alkaline earth metal) by solid phase synthesis using TiO 2 and an alkali metal or alkaline earth metal compound, hydrochloric acid It can also be obtained by ion exchange in an aqueous solution and heat dehydration at 400 to 900 ° C. Hydrothermal synthesis, the solid phase synthesis both raw TiO2 is preferably anatase TiO 2. The heat treatment may be performed in the presence of air or in the presence of an inert gas such as nitrogen or argon. The structure of the heat treatment furnace is not particularly limited, and for example, a box furnace, a tubular furnace, a tunnel furnace, a rotary kiln, or the like can be used.

アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物としては、水酸塩、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩などを用いることができる。これらの化合物は、1種類でもよいし、2種類以上用いても良い。
チタン酸化物の粒子径及び比表面積は、リチウムチタン酸化物と同様の数値範囲であることが好ましい。
As the alkali metal compound and the alkaline earth metal compound, a hydrochloride, carbonate, nitrate, sulfate, acetate, oxalate, or the like can be used. These compounds may be used alone or in combination of two or more.
The particle diameter and specific surface area of the titanium oxide are preferably in the same numerical range as the lithium titanium oxide.

負極にはバインダー(結着材)を使用してよい。バインダーは、特に限定されないが、例えば、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)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体(FEP)、スチレン−ブタジエンゴム、ポリイミドおよびそれらの誘導体からなる群からえらばれる少なくとも1種を用いることができる。
バインダーは負極の作製しやすさから、非水溶媒または水に、溶解または分散されていることが好ましい。非水溶媒は、特に限定されないが、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、およびテトラヒドロフランなどを挙げることができる。これらに分散剤、増粘剤を加えてもよい。
A binder (binder) may be used for the negative electrode. The binder is not particularly limited. For example, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), styrene-butadiene rubber, polyimide, and their At least one selected from the group consisting of derivatives can be used.
The binder is preferably dissolved or dispersed in a non-aqueous solvent or water from the viewpoint of easy production of the negative electrode. The non-aqueous solvent is not particularly limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, and tetrahydrofuran. You may add a dispersing agent and a thickener to these.

本発明において、負極に含まれるバインダーの量は、負極活物質100重量部に対して、好ましくは1重量部以上30重量部以下、より好ましくは1重量部以上15重量部以下である。上記範囲であれば、負極活物質と導電助材との接着性が維持され、集電体との接着性を十分に得ることができる。
本発明の負極には必要に応じて導電助材を含有してもよい。導電助材としては、特に限定されないが、炭素材料または/および金属微粒子が好ましい。炭素材料として、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、およびファーネスブラックなどが挙げられる。金属微粒子として、例えば、銅、アルミニウム、ニッケルおよびこれら少なくとも1種を含む合金が挙げられる。また、無機材料の微粒子にめっきを施したものでもよい。これら炭素材料および金属微粒子は1種類でもよいし、2種類以上用いてもよい。
In the present invention, the amount of the binder contained in the negative electrode is preferably 1 part by weight or more and 30 parts by weight or less, more preferably 1 part by weight or more and 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material. If it is the said range, the adhesiveness of a negative electrode active material and a conductive support material will be maintained, and adhesiveness with a collector can fully be acquired.
The negative electrode of the present invention may contain a conductive additive as necessary. Although it does not specifically limit as a conductive support material, A carbon material or / and a metal microparticle are preferable. Examples of the carbon material include natural graphite, artificial graphite, vapor-grown carbon fiber, carbon nanotube, acetylene black, ketjen black, and furnace black. Examples of the metal fine particles include copper, aluminum, nickel, and an alloy containing at least one of these. Further, the fine particles of inorganic material may be plated. These carbon materials and metal fine particles may be used alone or in combination of two or more.

本発明において、負極に含まれる導電助材の量は、負極活物質100重量部に対して、好ましくは1重量部以上30重量部以下、より好ましくは1重量部以上15重量部以下である。上記範囲であれば、負極の導電性が確保される。
本発明の非水電解質二次電池の負極に用いられる集電体は、例えば、銅、アルミニウム、ニッケルおよびこれら少なくとも1種を含む合金または導電性を有する高分子が挙げられる。形状としては、例えば、箔状、メッシュ状、パンチング状、エキスパンド状、または発泡構造体が挙げられる。
In the present invention, the amount of the conductive additive contained in the negative electrode is preferably 1 part by weight or more and 30 parts by weight or less, more preferably 1 part by weight or more and 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material. If it is the said range, the electroconductivity of a negative electrode will be ensured.
Examples of the current collector used for the negative electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention include copper, aluminum, nickel, an alloy containing at least one of these, and a conductive polymer. Examples of the shape include a foil shape, a mesh shape, a punching shape, an expanded shape, and a foam structure.

ここで、メッシュ状とは、金属または導電性高分子の繊維を織布あるいは不職布にしたものである。繊維の太さは50μm以上2000μm以下であることが好ましい。50μm未満の場合は集電体の強度が弱いために、活物質混合物を集電体に担持させた際、集電体が破壊されやすい傾向がある。一方、2000μmより太い繊維を用いた場合、後述の空隙度とするには目開きが大きくなりすぎ、メッシュによる活物質混合物の保持が困難になる傾向がある。   Here, the mesh shape is a woven or unworked cloth made of metal or conductive polymer fibers. The thickness of the fiber is preferably 50 μm or more and 2000 μm or less. When the thickness is less than 50 μm, the strength of the current collector is weak. Therefore, when the active material mixture is supported on the current collector, the current collector tends to be easily broken. On the other hand, when a fiber thicker than 2000 μm is used, the opening becomes too large to make the porosity described later, and it tends to be difficult to hold the active material mixture by the mesh.

パンチング状とは、板に円形、四角形、または六角形などの穴を開けたものであり、金属板からなるものがパンチングメタルである。空隙度は、開孔率に対応し、開孔率は穴径と骨の比率、穴の形状、および穴の配列によって決定される。穴の形状は特に限定されないが、開孔率上昇の観点から、丸穴60°千鳥型、角穴千鳥・並列型が好ましい。
エキスパンド状とは、板に千鳥状の切れ目を入れ、引き伸ばして網目状にしたもので、金属からなるものがエキスパンドメタルである。空隙度は開孔率に対応し、開孔率は穴径と骨の比率、穴の形状、および穴の配列によって決定される。
The punching shape is a plate in which holes such as a circle, a rectangle, or a hexagon are formed, and a metal plate is punched metal. The porosity corresponds to the hole area ratio, which is determined by the hole diameter and bone ratio, hole shape, and hole arrangement. The shape of the hole is not particularly limited, but from the viewpoint of increasing the open area ratio, a round hole 60 ° staggered type and a square hole staggered / parallel type are preferable.
The expanded shape is a staggered cut made on a plate and stretched to form a mesh. Expanded metal is made of metal. The porosity corresponds to the hole area ratio, which is determined by the hole diameter and bone ratio, hole shape, and hole arrangement.

発泡構造体とは、骨格がスポンジのように3次元の網目状になっているもので、その孔は連続している。構造は孔径および気孔率で決定される。連続孔の形状や孔径は特に限定されないが、高比表面積を有する構造が好ましい。
本発明の集電体に用いられる金属は、負極作動電圧間で安定であればよく、負極作動電位がリチウム基準で0.6V以下では、銅およびその合金が好ましく、0.6V以上ではアルミニウムおよびその合金が好ましい。
The foam structure has a three-dimensional network structure like a sponge and has continuous pores. The structure is determined by the pore size and porosity. The shape and diameter of the continuous holes are not particularly limited, but a structure having a high specific surface area is preferable.
The metal used in the current collector of the present invention is only required to be stable between negative electrode operating voltages. When the negative electrode operating potential is 0.6 V or less on the basis of lithium, copper and its alloys are preferable, and when 0.6 V or more, aluminum and The alloy is preferred.

本発明の負極は、例えば、負極活物質、導電助材、およびバインダーからなる負極混合物を集電体に担持させることによって作製されるが、作製方法の容易さから、負極活物質、導電助材、バインダーおよび溶媒でスラリーを作製し、得られたスラリーを集電体の空孔部およびその外面に充填および塗布した後に、溶媒を除去することによって負極を作製する方法が好ましい。また、負極活物質、導電助材およびバインダーの混合物を溶媒に分散させず、そのまま集電体に担持させても良い。   The negative electrode of the present invention is produced by, for example, supporting a negative electrode mixture comprising a negative electrode active material, a conductive aid, and a binder on a current collector. It is preferable to prepare a negative electrode by preparing a slurry with a binder and a solvent, filling and applying the obtained slurry to the pores of the current collector and the outer surface thereof, and then removing the solvent. Further, the mixture of the negative electrode active material, the conductive additive and the binder may be supported on the current collector as it is without being dispersed in the solvent.

スラリーを作製する場合は、特に限定されないが、負極活物質、導電助材、バインダー、および溶媒を均一に混合できることから、ボールミル、プラネタリミキサ、ジェットミル、薄膜旋回型ミキサーを用いることが好ましい。スラリーの作製は、特に限定されないが、負極活物質、導電助材、およびバインダーを混合した後に溶媒を加えて作製してもよいし、負極活物質、導電助材、バインダー、および溶媒を一緒に混合して作製してもよい。   The slurry is not particularly limited, but it is preferable to use a ball mill, a planetary mixer, a jet mill, or a thin film swirling mixer because the negative electrode active material, the conductive additive, the binder, and the solvent can be mixed uniformly. Although the preparation of the slurry is not particularly limited, it may be prepared by mixing the negative electrode active material, the conductive additive, and the binder and then adding a solvent, or the negative electrode active material, the conductive additive, the binder, and the solvent together. You may mix and produce.

また、前述したように、捕捉剤を負極活物質の内部に存在させる場合には、負極活物質と導電助材とバインダーとを混合する際に捕捉剤を加える。
スラリーの固形分濃度は、30wt%以上80wt%以下であることが好ましい。30wt%未満の場合、スラリーの粘度が低すぎる傾向があり、一方、80wt%より高い場合は、スラリーの粘度が高すぎる傾向があるため、後述の電極の形成が困難となる場合がある。
Further, as described above, when the scavenger is present inside the negative electrode active material, the scavenger is added when the negative electrode active material, the conductive additive and the binder are mixed.
The solid content concentration of the slurry is preferably 30 wt% or more and 80 wt% or less. If it is less than 30 wt%, the viscosity of the slurry tends to be too low, whereas if it is higher than 80 wt%, the viscosity of the slurry tends to be too high, and it may be difficult to form an electrode described later.

スラリーに用いられる溶媒は、非水溶媒、あるいは水であることが好ましい。非水溶媒は、特に限定されないが、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、およびテトラヒドロフランなどを挙げることができる。また、これらに分散剤、増粘剤を加えてもよい。   The solvent used for the slurry is preferably a non-aqueous solvent or water. The non-aqueous solvent is not particularly limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, and tetrahydrofuran. Moreover, you may add a dispersing agent and a thickener to these.

集電体上への負極混合物の担持方法は、特に限定されないが、例えば上記スラリーをドクターブレード、ダイコータ、コンマコータ等により塗布した後に溶媒を除去する方法、スプレーにより集電体に付着させた後に溶媒を除去する方法、スラリーに集電体を含浸させた後に溶媒を除去する方法が好ましい。溶媒を除去する方法は、オーブンや真空オーブンを用いた乾燥が簡単であり好ましい。雰囲気としては室温、あるいは高温とした空気、不活性ガス、真空状態などが挙げられる。負極の形成は、後述の正極を形成する前でも、後でもよい。負極活物質、導電助材およびバインダーの混合物を溶媒に分散させない場合は、負極活物質、導電助材、およびバインダーを均一に混合できることから、ボールミル、プラネタリミキサ、ジェットミル、薄膜旋回型ミキサーを用いて混合物を作製したのちに、集電体に担持することが好ましい。前記混合物を集電体に担持する方法としては、特に限定されず、混合物を集電体につめた後にプレスする方法が好ましい。前記プレスは、加熱させても良い。また、負極作製後、ロールプレス機などを用いて負極を圧縮させてもよい。前記電極の圧縮は、前述の正極を形成する前でも、後でもよい。   The method of supporting the negative electrode mixture on the current collector is not particularly limited. For example, the method of removing the solvent after applying the slurry with a doctor blade, die coater, comma coater, etc., or the solvent after adhering to the current collector by spraying. A method of removing the solvent and a method of removing the solvent after impregnating the current collector in the slurry are preferable. The method for removing the solvent is preferable because it is easy to dry using an oven or a vacuum oven. Examples of the atmosphere include room temperature or high temperature air, an inert gas, and a vacuum state. The negative electrode may be formed before or after forming the positive electrode described later. If the negative electrode active material, conductive additive and binder mixture are not dispersed in the solvent, the negative electrode active material, conductive additive and binder can be mixed uniformly, so use a ball mill, planetary mixer, jet mill, or thin film swirl mixer. After preparing the mixture, it is preferable to carry the mixture on the current collector. The method of supporting the mixture on the current collector is not particularly limited, and a method of pressing the mixture after it is packed in the current collector is preferable. The press may be heated. Moreover, you may compress a negative electrode using a roll press machine etc. after negative electrode preparation. The electrode may be compressed before or after the positive electrode is formed.

<正極>
本発明の非水電解質二次電池に用いられる正極は、少なくとも正極混合物と集電体とで構成される。正極混合物は、少なくとも、正極活物質およびバインダーを含み、必要に応じて導電助材を含む。
正極活物質は、特に限定されないが、作動電位がリチウム基準で2.8V以上5.2V以下のアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属を含有する複合酸化物、複合窒化物、複合フッ化物、複合硫化物、複合セレン化物等からなる群から選ばれる少なくとも1種を用いることができる。
<Positive electrode>
The positive electrode used in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is composed of at least a positive electrode mixture and a current collector. A positive electrode mixture contains a positive electrode active material and a binder at least, and a conductive support material as needed.
The positive electrode active material is not particularly limited, but a composite oxide, composite nitride, composite fluoride, composite containing an alkali metal and / or alkaline earth metal having an operating potential of 2.8 V to 5.2 V on the basis of lithium. At least one selected from the group consisting of sulfides, composite selenides and the like can be used.

正極活物質としては、リチウム遷移金属化合物であることが特に好ましく、リチウムコバルト化合物、リチウムニッケル化合物、リチウムマンガン化合物、リチウム鉄化合物などが例示される。また、遷移金属は1種類に限定されず、2種類以上であってもよく、例えば、リチウムコバルトニッケルマンガン化合物、リチウムニッケルマンガン化合物などが例示される。また、リチウム遷移金属化合物の安定性を向上する効果が高いことから、例えばアルミニウム、マグネシウム、チタン、クロム、鉄などの元素が微量含まれていてもよい。   The positive electrode active material is particularly preferably a lithium transition metal compound, and examples include a lithium cobalt compound, a lithium nickel compound, a lithium manganese compound, and a lithium iron compound. Further, the transition metal is not limited to one type, and may be two or more types, and examples thereof include a lithium cobalt nickel manganese compound and a lithium nickel manganese compound. Moreover, since the effect which improves the stability of a lithium transition metal compound is high, elements, such as aluminum, magnesium, titanium, chromium, iron, may be contained in trace amounts, for example.

正極にはバインダーを使用してよく、前述した負極に使用されるバインダーで例示されたものを同様に適用できる。バインダーは正極の作製しやすさから、非水溶媒または水に、溶解または分散されていることが好ましい。非水溶媒は、前述した非水溶媒で例示されたものを同様に適用できる。これらに分散剤、増粘剤を加えてもよい。
本発明の正極には必要に応じて導電助材を含有させてもよく、導電助材としては、特に限定されないが、炭素材料もしくは金属微粒子が好ましい。炭素材料としては、前述の負極に含有され得る炭素材料と同一のものが例示される。金属微粒子として、例えば、アルミニウムおよびアルミニウム合金が挙げられる。また、無機材料の微粒子にめっきを施したものでもよい。これら炭素材料および金属微粒子は1種類でもよいし、2種類以上用いてもよい。
A binder may be used for the positive electrode, and those exemplified for the binder used for the negative electrode described above can be similarly applied. The binder is preferably dissolved or dispersed in a non-aqueous solvent or water from the viewpoint of easy production of the positive electrode. As the non-aqueous solvent, those exemplified above for the non-aqueous solvent can be similarly applied. You may add a dispersing agent and a thickener to these.
If necessary, the positive electrode of the present invention may contain a conductive additive, and the conductive additive is not particularly limited, but is preferably a carbon material or fine metal particles. Examples of the carbon material include the same carbon materials that can be contained in the above-described negative electrode. Examples of the metal fine particles include aluminum and aluminum alloys. Further, the fine particles of inorganic material may be plated. These carbon materials and metal fine particles may be used alone or in combination of two or more.

本発明において、正極に含まれる導電助材の量は、正極活物質100重量部に対して、好ましくは1重量部以上30重量部以下、より好ましくは1重量部以上15重量部以下である。上記範囲であれば、正極の導電性が確保される。また、バインダーとの接着性が維持され、集電体との接着性が十分に得ることができる。一方、30重量部よりも多量の導電助材を使用した場合、導電助材の占める体積が増大し、エネルギー密度が低下する傾向がある。   In the present invention, the amount of the conductive additive contained in the positive electrode is preferably 1 to 30 parts by weight, more preferably 1 to 15 parts by weight, with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material. If it is the said range, the electroconductivity of a positive electrode will be ensured. Moreover, adhesiveness with a binder is maintained and sufficient adhesiveness with a collector can be obtained. On the other hand, when a larger amount of conductive aid than 30 parts by weight is used, the volume occupied by the conductive aid increases and the energy density tends to decrease.

本発明の非水電解質二次電池の正極に用いられる集電体は前述した負極に使用される集電体で例示されたものを同様に適用できる。集電体の素材は、アルミニウムまたはその合金が、重量の観点から好ましい。
本発明の正極は、正極活物質、導電助材、およびバインダーの正極活物質層を集電体に担持させることによって作製されるが、作製方法の容易さから、正極活物質、導電助材、バインダーおよび溶媒でスラリーを作製し、得られたスラリーを集電体の空孔部およびその外面に充填および塗布した後に、溶媒を除去することによって正極を作製する方法が好ましい。また、正極活物質、導電助材およびバインダーの混合物を溶媒に分散させず、そのまま集電体に担持させても良い。また、前述したように、捕捉剤を正極活物質の内部に存在させる場合には、正極活物質と導電助材とバインダーとを混合する際に捕捉剤を加える。
As the current collector used for the positive electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, those exemplified for the current collector used for the negative electrode described above can be similarly applied. The material of the current collector is preferably aluminum or an alloy thereof from the viewpoint of weight.
The positive electrode of the present invention is produced by supporting a positive electrode active material, a conductive additive, and a positive electrode active material layer of a binder on a current collector. From the ease of the production method, the positive electrode active material, the conductive additive, A method is preferred in which a slurry is prepared with a binder and a solvent, and the positive electrode is prepared by removing the solvent after filling and applying the obtained slurry to the pores and the outer surface of the current collector. Alternatively, the mixture of the positive electrode active material, the conductive additive and the binder may be supported on the current collector without being dispersed in the solvent. As described above, when the scavenger is present inside the positive electrode active material, the scavenger is added when the positive electrode active material, the conductive additive and the binder are mixed.

前述した負極の作製において説明したスラリーの作製法、スラリーの固形分濃度、スラリーに用いる溶媒、集電体上への活物質層の担持方法、電極の圧縮は、正極の作製においても同様に適用できる。
<負極と正極の容量比および面積比>
本発明の非水電解質二次電池における正極の電気容量と負極の電気容量との比は、下記式(1)を満たすことが好ましい。
The slurry preparation method, the solid content concentration of the slurry, the solvent used in the slurry, the method of supporting the active material layer on the current collector, and the electrode compression described in the preparation of the negative electrode described above are similarly applied to the preparation of the positive electrode. it can.
<Capacity ratio and area ratio of negative electrode to positive electrode>
The ratio of the electric capacity of the positive electrode and the electric capacity of the negative electrode in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention preferably satisfies the following formula (1).

0.7≦B/A≦1.3 (1)
但し、上記式(1)中、Aは正極1cmあたりの電気容量を示し、Bは負極1cmあたりの電気容量を示す。
B/Aが0.7未満である場合は、過充電時に負極の電位がアルカリ金属または/およびアルカリ土類金属の析出電位になる場合があり、一方、B/Aが1.3より大きい場合は電池反応に関与しない負極活物質多いために副反応が起こる場合がある。
0.7 ≦ B / A ≦ 1.3 (1)
In the above formula (1), A represents the electric capacity per 1 cm 2 of the positive electrode, and B represents the electric capacity per 1 cm 2 of the negative electrode.
When B / A is less than 0.7, the potential of the negative electrode may become the deposition potential of alkali metal and / or alkaline earth metal during overcharge, while B / A is greater than 1.3. Side reactions may occur because there are many negative electrode active materials not involved in the battery reaction.

本発明の非水電解質二次電池における正極と負極との面積比は、下記式(2)を満たすことが好ましい。
1≦D/C≦1.2 (2)
(但し、Cは正極の面積、Dは負極の面積を示す。)
D/Cが1未満である場合は、例えば先述のB/A=1の場合、負極の容量が正極よりも小さくなるため、過充電時に負極の電位がアルカリ金属または/およびアルカリ土類金属の析出電位になる恐れがある。一方、D/Cが1.2より大きい場合は、正極と接していない部分の負極が大きいため、電池反応に関与しない負極活物質が副反応を起こす場合がある。正極および負極の面積の制御は特に限定されないが、例えば、スラリー塗工の際、塗工幅を制御することによって行うことができる。
The area ratio between the positive electrode and the negative electrode in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention preferably satisfies the following formula (2).
1 ≦ D / C ≦ 1.2 (2)
(However, C represents the area of the positive electrode, and D represents the area of the negative electrode.)
When D / C is less than 1, for example, when B / A = 1 as described above, the capacity of the negative electrode is smaller than that of the positive electrode. Therefore, the potential of the negative electrode during alkaline overcharge is alkali metal and / or alkaline earth metal. There is a risk of deposition potential. On the other hand, if D / C is greater than 1.2, the negative electrode active material not involved in the battery reaction may cause a side reaction because the portion of the negative electrode that is not in contact with the positive electrode is large. Although control of the area of a positive electrode and a negative electrode is not specifically limited, For example, in the case of slurry coating, it can carry out by controlling the coating width.

<セパレータ>
本発明の非水電解質二次電池に用いるセパレータとしては、多孔質材料または不織布等が挙げられる。セパレータの材質としては、非水電解質を構成する有機溶媒に対して溶解しないものが好ましく、具体的にはポリエチレンやポリプロピレンのようなポリオレフィン系ポリマー、ポリエチレンテレフタレートのようなポリエステル系ポリマー、セルロース、ガラスのような無機材料が挙げられる。
<Separator>
Examples of the separator used in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention include porous materials and nonwoven fabrics. As the material of the separator, those that do not dissolve in the organic solvent constituting the nonaqueous electrolyte are preferable. Specifically, polyolefin polymers such as polyethylene and polypropylene, polyester polymers such as polyethylene terephthalate, cellulose, glass Such inorganic materials are mentioned.

セパレータの厚みは1〜500μmが好ましい。1μm未満であるとセパレータの機械的強度の不足により破断し、内部短絡する傾向がある。一方、500μmより厚い場合、電池の内部抵抗と、正極負極の電極間距離が増大することにより、電池の負荷特性が低下する傾向がある。より好ましい厚みは、10〜50μmである。
本発明の非水電解質二次電池に用いるセパレータと負極との面積比は特に限定されないが、下記式(3)を満たすことが好ましい。
The thickness of the separator is preferably 1 to 500 μm. If it is less than 1 μm, it tends to break due to insufficient mechanical strength of the separator and cause an internal short circuit. On the other hand, when it is thicker than 500 μm, the load characteristics of the battery tend to be reduced due to the increase in the internal resistance of the battery and the distance between the positive and negative electrodes. A more preferable thickness is 10 to 50 μm.
The area ratio between the separator and the negative electrode used in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, but preferably satisfies the following formula (3).

1≦F/E≦1.5 (3)
(但し、Eは負極の面積、Fはセパレータの面積を示す。)
F/Eが1未満である場合は、正極と負極とが接触し、1.5より大きい場合は外装に要する体積が大きくなり、電池の出力密度が低下する場合がある。
また前述したように、捕捉剤を、セパレータの表面および/または内部に存在させることができる。
1 ≦ F / E ≦ 1.5 (3)
(However, E represents the area of the negative electrode, and F represents the area of the separator.)
When F / E is less than 1, the positive electrode and the negative electrode are in contact with each other, and when F / E is greater than 1.5, the volume required for the exterior increases, and the output density of the battery may decrease.
Also, as described above, the scavenger can be present on the surface and / or inside of the separator.

<非水電解質>
本発明の非水電解質二次電池に用いる非水電解質は、特に限定されないが、非水溶媒に溶質を溶解させた非水電解質、非水溶媒に溶質を溶解させた非水電解質を高分子に含浸させたゲル非水電解質などを用いることができる。
非水溶媒としては、環状の非プロトン性溶媒及び/又は鎖状の非プロトン性溶媒を含むことが好ましい。環状の非プロトン性溶媒としては、環状カーボネート、環状エステル、環状スルホン及び環状エーテルなどが例示される。鎖状の非プロトン性溶媒としては、鎖状カーボネート、鎖状カルボン酸エステル及び鎖状エーテルなどが例示される。また、上記に加えアセトニトリルなどの一般的に非水電解質の溶媒として用いられる溶媒を用いても良い。より具体的には、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、テトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、スルホラン、ジオキソラン、プロピオン酸メチルなどを用いることができる。これら溶媒は1種類で用いてもよいし、2種類以上混合しても用いてもよいが、後述の溶質を溶解させやすさ、リチウムイオンの伝導性の高さから、2種類以上混合した溶媒を用いることが好ましい。また、高分子に非水電解質をしみこませたゲル状非水電解質も用いることができる。
<Nonaqueous electrolyte>
The non-aqueous electrolyte used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, but a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a solute in a non-aqueous solvent, and a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a solute in a non-aqueous solvent as a polymer. An impregnated gel non-aqueous electrolyte or the like can be used.
The non-aqueous solvent preferably includes a cyclic aprotic solvent and / or a chain aprotic solvent. Examples of the cyclic aprotic solvent include cyclic carbonates, cyclic esters, cyclic sulfones and cyclic ethers. Examples of the chain aprotic solvent include chain carbonates, chain carboxylic acid esters and chain ethers. In addition to the above, a solvent generally used as a solvent for nonaqueous electrolytes such as acetonitrile may be used. More specifically, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, dimethyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, tetrahydrofuran, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, Sulfolane, dioxolane, methyl propionate and the like can be used. These solvents may be used alone or as a mixture of two or more. However, in view of the ease of dissolving the solute described below and the high conductivity of lithium ions, a mixture of two or more of these solvents. Is preferably used. A gel-like non-aqueous electrolyte in which a non-aqueous electrolyte is impregnated in a polymer can also be used.

溶質は、特に限定されないが、例えば、LiClO、LiBF、LiPF、LiAsF、LiCFSO、LiBOB(Lithium Bis (Oxalato) Borate)、LiN(SOCFなどのリチウム塩、NaClO、NaBF、NaPFなどのナトリウム塩は溶媒に溶解しやすいことから好ましい。非水電解質に含まれる溶質の濃度は、0.5mol/L以上2.0mol/L以下であることが好ましい。0.5mol/L未満では所望のイオン伝導性が発現しない場合があり、一方、2.0mol/Lより高いと、溶質がそれ以上溶解しない場合があり、また、粘度が増大し負荷特性が低下する。非水電解質には、難燃剤、安定化剤などが微量含まれてもよい。 The solute is not particularly limited. For example, lithium salts such as LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiBOB (Lithium Bis (Oxalato) Borate), LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , Sodium salts such as NaClO 4 , NaBF 4 , NaPF 6 and the like are preferable because they are easily dissolved in a solvent. The concentration of the solute contained in the nonaqueous electrolyte is preferably 0.5 mol / L or more and 2.0 mol / L or less. If it is less than 0.5 mol / L, the desired ionic conductivity may not be exhibited. On the other hand, if it is higher than 2.0 mol / L, the solute may not be dissolved any more, and the viscosity increases and the load characteristic decreases. To do. The non-aqueous electrolyte may contain a trace amount of a flame retardant, a stabilizer and the like.

なお、前述したように、本発明の捕捉剤を非水電解質に添加することが好ましい。
本発明の非水電解質二次電池に用いる非水電解質の量は、特に限定されないが、電池容量1Ahあたり、0.1mL以上であることが好ましい。0.1mL未満の場合、電極反応に伴うリチウムイオンの伝導が追いつかず、所望の電池性能が発現しない場合がある。非水電解質は、あらかじめ正極、負極およびセパレータに含ませてもよいし、正極側と負極側との間にセパレータを配置したものを倦回、あるいは積層した後に添加してもよい。
なお、前述したように、非水電解質として、正極、負極の接触を防止することができれば非水電解質溶液に限定されるものではない。ゲル状の非水電解質を使用してもよい。ゲル状の非水電解質を使用する場合は、モノマーを含浸させた後ゲル状にしても、予めゲル状にした後に正極と負極の間に配置してもよい。非水電解質が正極および負極に含浸していてもよく、正極。負極間のみにある状態でもよい。
As described above, it is preferable to add the scavenger of the present invention to the nonaqueous electrolyte.
The amount of the nonaqueous electrolyte used in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.1 mL or more per 1 Ah of battery capacity. If it is less than 0.1 mL, the conduction of lithium ions accompanying the electrode reaction may not catch up, and the desired battery performance may not be exhibited. The nonaqueous electrolyte may be added to the positive electrode, the negative electrode and the separator in advance, or may be added after winding or laminating a separator disposed between the positive electrode side and the negative electrode side.
As described above, the non-aqueous electrolyte is not limited to the non-aqueous electrolyte solution as long as contact between the positive electrode and the negative electrode can be prevented. A gel-like non-aqueous electrolyte may be used. When using a gel-like non-aqueous electrolyte, it may be gelled after impregnation with a monomer, or may be placed between the positive electrode and the negative electrode after gelling in advance. A positive electrode and a negative electrode may be impregnated with a nonaqueous electrolyte, and a positive electrode. The state which exists only between negative electrodes may be sufficient.

<非水電解質二次電池の構造>
本発明の非水電解質二次電池の正極および負極は、集電体の両面に同じ電極を形成させた形態であってもよく、集電体の片面に正極、一方の面に負極を形成させた形態、すなわち、バイポーラ電極であってもよいが、バイポーラ型とする場合、集電体を介した正極と負極の液絡を防止するため、導電材料および/または絶縁材料が正極と負極間に配置されている。また、バイポーラ電極である場合は、隣り合うバイポーラ電極の正極側と負極側との間にセパレータを配置し、各正極側と負極側とが対向した層内は、他の部位への液絡を防止するため正極および負極の周辺部に絶縁材料が配置されている。
<Structure of non-aqueous electrolyte secondary battery>
The positive electrode and the negative electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention may have a form in which the same electrode is formed on both surfaces of the current collector, and the positive electrode is formed on one surface of the current collector and the negative electrode is formed on one surface. In other words, in the case of a bipolar type, a conductive material and / or an insulating material is interposed between the positive electrode and the negative electrode in order to prevent a liquid junction between the positive electrode and the negative electrode through the current collector. Has been placed. In the case of a bipolar electrode, a separator is disposed between the positive electrode side and the negative electrode side of the adjacent bipolar electrode, and in the layer where each positive electrode side and the negative electrode side face each other, there is a liquid junction to other parts. In order to prevent this, an insulating material is disposed around the positive and negative electrodes.

本発明の非水電解質二次電池は、上記積層体を倦回、あるいは複数積層した後にラミネートフィルムで外装してもよいし、角形、楕円形、円筒形、コイン形、ボタン形、シート形の金属缶で外装してもよい。外装には発生したガス等を放出するための機構が備わっていてもよい。また、劣化した当該非水電解質二次電池の機能を回復させるための捕捉剤を電池外部から注入する機構が備わっていてもよい。積層体の積層数は、所望の電池容量を発現するまで積層させることができる。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be wound or laminated with a laminate film after the laminate is wound, or may be rectangular, elliptical, cylindrical, coin-shaped, button-shaped, or sheet-shaped. It may be packaged with a metal can. The exterior may be provided with a mechanism for releasing the generated gas or the like. Moreover, a mechanism for injecting a capturing agent for recovering the function of the deteriorated nonaqueous electrolyte secondary battery from the outside of the battery may be provided. The number of stacked layers can be stacked until a desired battery capacity is exhibited.

本発明の非水電解質二次電池は、複数接続することによって組電池とすることができる。本発明の組電池は、所望の大きさ、容量、電圧によって適宜直列、並列に接続することによって作製することができる。また、各電池の充電状態の確認、安全性向上のため、前記組電池に制御回路が付属されていることが好ましい。   The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be formed into an assembled battery by connecting a plurality of the nonaqueous electrolyte secondary batteries. The assembled battery of the present invention can be produced by appropriately connecting in series or in parallel according to a desired size, capacity, and voltage. Moreover, it is preferable that a control circuit is attached to the assembled battery in order to confirm the state of charge of each battery and improve safety.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更可能である。
(負極の製造)
負極活物質のLiTi12 を、文献("Zero-Strain Insertion Material of Li [Li1/3Ti5/3] O4 for Rechargeable Lithium Cells" J. Electrochem. Soc., Volume 142, Issue 5, pp. 1431-1435 (1995))に記載されている方法で作製した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited at all by these Examples, In the range which does not change the summary, it can change suitably.
(Manufacture of negative electrode)
Li 4 Ti 5 O 12 as a negative electrode active material is described in the literature (“Zero-Strain Insertion Material of Li [Li1 / 3Ti5 / 3] O4 for Rechargeable Lithium Cells” J. Electrochem. Soc., Volume 142, Issue 5, pp. 1431-1435 (1995)).

すなわち、まず二酸化チタンと水酸化リチウムを、チタンとリチウムとのモル比を5:4となるように混合し、次にこの混合物を窒素雰囲気下800℃で12時間加熱することによって負極活物質を作製した。
この負極活物質を100重量部、導電助材(アセチレンブラック)を3.2重量部、およびPVdFバインダー(KF7305、クレハ化学社製)(固形分濃度5wt%、NMP溶液)を固形分3.2重量部混合してスラリーを作製した。このスラリーをアルミニウムエキスパンドメタル(LW×SW=8×4)に塗工した後に、150℃で真空乾燥することによって負極を作製した。
That is, first, titanium dioxide and lithium hydroxide are mixed so that the molar ratio of titanium and lithium is 5: 4, and then this mixture is heated at 800 ° C. for 12 hours in a nitrogen atmosphere to obtain a negative electrode active material. Produced.
100 parts by weight of the negative electrode active material, 3.2 parts by weight of a conductive additive (acetylene black), and PVdF binder (KF7305, manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd.) (solid content concentration 5 wt%, NMP solution) are solid content 3.2. A slurry was prepared by mixing parts by weight. The slurry was applied to aluminum expanded metal (LW × SW = 8 × 4), and then vacuum dried at 150 ° C. to prepare a negative electrode.

(正極の製造)
正極活物質のLi1.1Al0.1Mn1.8を、文献("Lithium Aluminum Manganese Oxide Having Spinel-Framework Structure for Long-Life Lithium-Ion Batteries" Electrochemical and Solid-State Letters Volume9, Issue12, Pages A557 (2006))に記載されている方法で作製した。
(Manufacture of positive electrode)
The positive electrode active material Li 1.1 Al 0.1 Mn 1.8 O 4 is described in the literature ("Lithium Aluminum Manganese Oxide Having Spinel-Framework Structure for Long-Life Lithium-Ion Batteries" Electrochemical and Solid-State Letters Volume 9, Issue 12 , Pages A557 (2006)).

すなわち、二酸化マンガン、炭酸リチウム、水酸化アルミニウム、およびホウ酸の水分散液を調製し、スプレードライ法で混合粉末を作製した。このとき、二酸化マンガン、炭酸リチウムおよび水酸化アルミニウムの量は、リチウム、アルミニウムおよびマンガンのモル比が1.1:0.1:1.8となるように調製した。次に、この混合粉末を空気雰囲気下900℃で12時間加熱した後、再度650℃で24時間加熱した。最後に、この粉末を95℃の水で洗浄後、乾燥させることによって正極活物質を作製した。   That is, an aqueous dispersion of manganese dioxide, lithium carbonate, aluminum hydroxide, and boric acid was prepared, and a mixed powder was prepared by a spray drying method. At this time, the amounts of manganese dioxide, lithium carbonate and aluminum hydroxide were adjusted so that the molar ratio of lithium, aluminum and manganese was 1.1: 0.1: 1.8. Next, the mixed powder was heated at 900 ° C. for 12 hours in an air atmosphere, and then again heated at 650 ° C. for 24 hours. Finally, the powder was washed with water at 95 ° C. and dried to prepare a positive electrode active material.

この正極活物質を100重量部、導電助材(アセチレンブラック)を3.2重量部、およびPVdFバインダー(KF7305、クレハ化学社製)(固形分濃度5wt%、NMP溶液)を固形分3.2重量部混合してスラリーを作製した。このスラリーをアルミニウムエキスパンドメタル(LW×SW=8×4)に塗工した後に、150℃で真空乾燥することによって正極を作製した。   100 parts by weight of this positive electrode active material, 3.2 parts by weight of a conductive additive (acetylene black), and PVdF binder (KF7305, manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd.) (solid content concentration 5 wt%, NMP solution) are obtained with a solid content of 3.2. A slurry was prepared by mixing parts by weight. The slurry was applied to aluminum expanded metal (LW × SW = 8 × 4), and then vacuum dried at 150 ° C. to produce a positive electrode.

(負極および正極の容量測定)
作製された正極及び負極の各容量を以下のとおり測定した。
作製された負極および正極を、それぞれ16mmΦに打ち抜き作用極とした。対極として、リチウム金属の板状のものを作用極と同じ面積に打ち抜いた。これらを作用極/セパレータ(Celgard#2500、Celgard社製)/対極の順にラミネートセル内に積層し、エチレンカーボネート/ジメチルカーボネート=3/7vol%の非水溶媒中に、LiPFを1mol/L溶解させたものを0.5mL入れ、それぞれ正極の半電池及び負極の半電池を作製した。この半電池を25℃で一日放置した後、充放電試験装置(HJ1005SD8、北斗電工社製)に接続した。これらの半電池に対して、25℃、1mAで定電流放電を5回繰り返し、5回目の結果を負極または正極の容量とした。
(Measurement of negative and positive electrode capacities)
Each capacity | capacitance of the produced positive electrode and negative electrode was measured as follows.
The produced negative electrode and positive electrode were each punched out to 16 mmΦ and used as working electrodes. As a counter electrode, a lithium metal plate was punched in the same area as the working electrode. These were stacked in a laminate cell in the order of working electrode / separator (Celgard # 2500, manufactured by Celgard) / counter electrode, and 1 mol / L of LiPF 6 was dissolved in a nonaqueous solvent of ethylene carbonate / dimethyl carbonate = 3/7 vol%. 0.5 mL of the solution was put into a positive half-cell and a negative half-cell, respectively. The half-cell was allowed to stand at 25 ° C. for one day, and then connected to a charge / discharge test apparatus (HJ1005SD8, manufactured by Hokuto Denko). For these half-cells, constant current discharge was repeated 5 times at 25 ° C. and 1 mA, and the fifth result was defined as the capacity of the negative electrode or the positive electrode.

(非水電解質二次電池の製造)
非水電解質二次電池(実施例、比較例)を次のとおりに作製した。
<実施例1>
前記作製した正極、負極及びセパレータを正極/セパレータ/負極の順に積層した。セパレータには、ポリプロピレン不織布(25μm、55cm)を2枚用いた。両端の正極および負極に、引き出し電極としてアルミニウムタブを振動溶着させた後に、袋状のアルミラミネートシートに入れた。非水電解質(エチレンカーボネート/ジメチルカーボネート=3/7vol%、LiPF 1mol/L)に捕捉剤としてグルコースを0.5wt%添加したものを4mL入れた後に、減圧しながら封止することによって非水電解質二次電池(LiTi12/Li1.1Al0.1Mn1.8電池)を作製した。
<実施例2〜4>
捕捉剤としてグルコースの代わりにエチレングリコール、アスコルビン酸、ユビキノン1wt%を用いたものをそれぞれ実施例2〜4として、実施例1と同様に非水二次電池(LiTi12/Li1.1Al0.1Mn1.8電池)を作製した。
<実施例5,6>
実施例1においてグルコースの濃度を1wt%、3wt%としたものをそれぞれ実施例5、6として、実施例1と同様に非水二次電池(LiTi12/Li1.1Al0.1Mn1.8電池)を作製した。
(Manufacture of non-aqueous electrolyte secondary batteries)
Nonaqueous electrolyte secondary batteries (Examples and Comparative Examples) were produced as follows.
<Example 1>
The produced positive electrode, negative electrode and separator were laminated in the order of positive electrode / separator / negative electrode. Two sheets of polypropylene nonwoven fabric (25 μm, 55 cm 2 ) were used for the separator. Aluminum tabs were vibration welded to the positive and negative electrodes at both ends, and then placed in a bag-like aluminum laminate sheet. 4 mL of nonaqueous electrolyte (ethylene carbonate / dimethyl carbonate = 3/7 vol%, LiPF 6 1 mol / L) added with 0.5 wt% of glucose as a scavenger was added, and then sealed with reduced pressure to seal it with non-aqueous electrolyte. An electrolyte secondary battery (Li 4 Ti 5 O 12 / Li 1.1 Al 0.1 Mn 1.8 O 4 battery) was produced.
<Examples 2 to 4>
Non-aqueous secondary batteries (Li 4 Ti 5 O 12 / Li 1) were used in the same manner as in Example 1 except that ethylene glycol, ascorbic acid, and ubiquinone 1 wt% were used instead of glucose as the scavenger. .1 Al 0.1 Mn 1.8 O 4 battery).
<Examples 5 and 6>
In Example 1, glucose concentrations of 1 wt% and 3 wt% were designated as Examples 5 and 6, respectively, and the non-aqueous secondary battery (Li 4 Ti 5 O 12 / Li 1.1 Al 0 was obtained in the same manner as in Example 1. .1 Mn 1.8 O 4 battery).

<比較例1〜3>
実施例1において捕捉剤無添加、またはグルコースの濃度を0.005wt%、5wt%としたものをそれぞれ比較例1〜3として、実施例1と同様に非水二次電池(LiTi12/Li1.1Al0.1Mn1.8電池)を作製した。
<実施例7>
捕捉剤としてセルロース不織布をセパレータ間に存在させた以外は実施例1と同様に非水二次電池(LiTi12/Li1.1Al0.1Mn1.8電池)を作製した。
<Comparative Examples 1-3>
In Example 1, a non-aqueous secondary battery (Li 4 Ti 5 O) was added in the same manner as in Example 1 except that no scavenger was added or the glucose concentration was 0.005 wt% and 5 wt%, respectively. 12 / Li 1.1 Al 0.1 Mn 1.8 O 4 battery).
<Example 7>
A non-aqueous secondary battery (Li 4 Ti 5 O 12 / Li 1.1 Al 0.1 Mn 1.8 O 4 battery) was used in the same manner as in Example 1 except that a cellulose nonwoven fabric was present between the separators as a scavenger. Produced.

<実施例8>
正極材料をLiNi0.5Mn1.5(LiNiMO)とした以外は実施例1と同様に非水二次電池(LiTi12/LiNi0.5Mn1.5電池)を作製した。LiNi0.5Mn1.5は文献("Topotactic Two-Phase Reactions of Li [Ni1/2Mn3/2] O4 (P4332) in Nonaqueous Lithium Cells" J. Electrochem. Soc., Volume 151, Issue 2, pp. A296-A303 (2004))に記載されている方法で作製した。
<比較例4>
実施例8において捕捉剤を添加しなかった以外は実施例8と同様に非水二次電池(LiTi12/LiNi0.5Mn1.5電池)を作製した。
<実施例9>
実施例1において負極活物質としてチタン酸化物TiO(B)を使用した以外は、実施例1と同様に非水二次電池(TiO(B)/Li1.1Al0.1Mn1.8電池)を作製した。負極材料のTiO(B)は、文献(Material Research Bulletin Vol. 15, pp.1129-1133(1980))に記載されている方法で作製した。
<比較例5>
実施例9において捕捉剤を添加しなかった以外は実施例9と同様に非水二次電池(TiO(B)/Li1.1Al0.1Mn1.8電池)を作製した。
<実施例10>
正極活物質としてNaNi0.5Mn0.5、ナトリウムイオン含有非水電解質(PC、NaPF、1.0mol/L)を使用した以外は、実施例1と同様に非水電解質電池(LiTi12/NaNi0.5Mn0.5電池)を作製した。正極材料のNaNi0.5Mn0.5は、文献(S. Komaba et al., Ecs Transactions, 16, pp. 43-55(2009))に記載されている方法で作製した。

<比較例6>
捕捉剤を添加しなかった以外は実施例10と同様に非水電解質電池(LiTi12/NaNi0.5Mn0.5電池)を作製した。
<Example 8>
A non-aqueous secondary battery (Li 4 Ti 5 O 12 / LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 battery) as in Example 1 except that the positive electrode material was LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 (LiNiMO). ) Was produced. LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 is published in literature ("Topotactic Two-Phase Reactions of Li [Ni1 / 2Mn3 / 2] O4 (P4332) in Nonaqueous Lithium Cells" J. Electrochem. Soc., Volume 151, Issue 2, pp. A296-A303 (2004)).
<Comparative Example 4>
A nonaqueous secondary battery (Li 4 Ti 5 O 12 / LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 battery) was produced in the same manner as in Example 8 except that the scavenger was not added in Example 8.
<Example 9>
A non-aqueous secondary battery (TiO 2 (B) / Li 1.1 Al 0.1 Mn 1 ) as in Example 1 except that titanium oxide TiO 2 (B) was used as the negative electrode active material in Example 1. .8 O 4 battery). The negative electrode material TiO 2 (B) was prepared by the method described in the literature (Material Research Bulletin Vol. 15, pp. 1129-1133 (1980)).
<Comparative Example 5>
A non-aqueous secondary battery (TiO 2 (B) / Li 1.1 Al 0.1 Mn 1.8 O 4 battery) was produced in the same manner as in Example 9 except that the scavenger was not added in Example 9. .
<Example 10>
A nonaqueous electrolyte battery (as in Example 1), except that NaNi 0.5 Mn 0.5 O 2 and a sodium ion-containing nonaqueous electrolyte (PC, NaPF 6 , 1.0 mol / L) were used as the positive electrode active material. Li 4 Ti 5 O 12 / NaNi 0.5 Mn 0.5 O 2 battery) was produced. The positive electrode material NaNi 0.5 Mn 0.5 O 2 was prepared by the method described in the literature (S. Komaba et al., Ecs Transactions, 16, pp. 43-55 (2009)).

<Comparative Example 6>
A nonaqueous electrolyte battery (Li 4 Ti 5 O 12 / NaNi 0.5 Mn 0.5 O 2 battery) was produced in the same manner as in Example 10 except that the scavenger was not added.

(サイクル特性の測定)
実施例1〜10および比較例1〜6について、充放電試験装置(HJ1005SD8;北斗電工社製)を用いて充放電を繰り返した後に電池容量維持率を測定した。測定条件は、温度45℃、電流値は1時間率で行った。
実施例1〜7,9および比較例1〜3,5の電圧範囲は1〜3V、実施例8,10および比較例4,6の電圧範囲は1V〜3.2Vとした。
実施例1〜9および比較例1〜5のサイクル回数は500回、実施例10および比較例6のサイクル回数は100回とした。測定した電池容量維持率を表1に示す。
(Measurement of cycle characteristics)
About Examples 1-10 and Comparative Examples 1-6, after charging / discharging was repeated using the charging / discharging test apparatus (HJ1005SD8; Hokuto Denko Co., Ltd.), the battery capacity maintenance rate was measured. The measurement conditions were a temperature of 45 ° C. and a current value of 1 hour rate.
The voltage ranges of Examples 1 to 7 and 9 and Comparative Examples 1 to 3 and 5 were set to 1 to 3 V, and the voltage ranges of Examples 8 and 10 and Comparative Examples 4 and 6 were set to 1 V to 3.2 V.
The number of cycles in Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5 was 500, and the number of cycles in Example 10 and Comparative Example 6 was 100. The measured battery capacity retention rate is shown in Table 1.

Figure 2014022321
Figure 2014022321

表1から明らかなとおり、捕捉剤を添加しない、あるいは捕捉剤の濃度が極めて薄い比較例1,2の非水電解質二次電池の電池容量維持率は85%であるのに対して、捕捉剤をそれぞれ添加した本発明の実施例1〜7の非水電解質二次電池は87〜92%であり、本発明の実施例1〜7の非水電解質二次電池は、比較例1,2の非水電解質二次電池よりもサイクル安定性が向上していることがわかる。なお、比較例3のように、捕捉剤(グルコース)を過剰に添加すれば電池容量維持率は大きくなったが、分散は不良であった。   As is clear from Table 1, the nonaqueous electrolyte secondary battery of Comparative Examples 1 and 2 in which no scavenger is added or the concentration of the scavenger is very low is 85%, whereas the scavenger is 85%. The nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 1 to 7 of the present invention to which are added respectively are 87 to 92%, and the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 1 to 7 of the present invention are the comparative examples 1 and 2. It can be seen that the cycle stability is improved as compared with the nonaqueous electrolyte secondary battery. In addition, as in Comparative Example 3, when the scavenger (glucose) was added excessively, the battery capacity retention rate increased, but the dispersion was poor.

また、捕捉剤を添加しない 比較例4の非水電解質二次電池の電池容量維持率が80%であるのに対して、捕捉剤(グルコース)を添加した本発明の実施例8の非水電解質二次電池は83%であり、比較例4の非水電解質二次電池よりもサイクル安定性が向上していることがわかる。
また、捕捉剤を添加しない比較例5の非水電解質二次電池の電池容量維持率が70%であるのに対して、捕捉剤(グルコース)を添加した本発明の実施例9の非水電解質二次電池は77%であり、比較例5の非水電解質二次電池よりもサイクル安定性が向上していることがわかる。
Further, the nonaqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 4 in which no scavenger is added has a battery capacity retention rate of 80%, whereas the nonaqueous electrolyte of Example 8 of the present invention in which a scavenger (glucose) is added. The secondary battery is 83%, which indicates that the cycle stability is improved as compared with the nonaqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 4.
Further, the non-aqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 5 to which no scavenger is added has a battery capacity retention rate of 70%, whereas the non-aqueous electrolyte of Example 9 of the present invention in which a scavenger (glucose) is added. The secondary battery is 77%, and it can be seen that the cycle stability is improved as compared with the nonaqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 5.

また、捕捉剤を添加しない比較例6の非水電解質二次電池の電池容量維持率が61%であるのに対して、捕捉剤(グルコース)を添加した本発明の実施例10の非水電解質二次電池は65%であり、比較例6の非水電解質二次電池よりもサイクル安定性が向上していることがわかる。
以上の結果から、還元性のある物質を捕捉剤として電池内に存在させることによりサイクル安定性が向上していることが分かる。
Further, the nonaqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 6 to which no scavenger was added had a battery capacity retention rate of 61%, whereas the nonaqueous electrolyte of Example 10 of the present invention in which a scavenger (glucose) was added was used. The secondary battery is 65%, which indicates that the cycle stability is improved as compared with the nonaqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 6.
From the above results, it can be seen that the cycle stability is improved by the presence of a reducing substance as a scavenger in the battery.

Claims (9)

負極、正極、及び負極と正極との間に介在された非水電解質を備える非水電解質二次電池であって、前記負極は、リチウム金属の酸化還元電位基準で0.3V以上2.0V以下で作動する材料を主成分とする負極活物質を含み、電池内部に有機化合物からなる捕捉剤を介在させた、非水電解質二次電池。   A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a negative electrode, a positive electrode, and a nonaqueous electrolyte interposed between the negative electrode and the positive electrode, wherein the negative electrode is 0.3 V or more and 2.0 V or less based on a redox potential of lithium metal A non-aqueous electrolyte secondary battery including a negative electrode active material whose main component is a material that operates in a battery and having a scavenger made of an organic compound interposed inside the battery. 前記捕捉剤がグルコース、セルロース、エチレングリコール、ギ酸、シュウ酸、アスコルビン酸、ユビキノンから選ばれる一種以上を含有する、請求項1に記載の非水電解質二次電池。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the scavenger contains one or more selected from glucose, cellulose, ethylene glycol, formic acid, oxalic acid, ascorbic acid, and ubiquinone. 前記負極を構成する負極活物質に、リチウムチタン酸化物またはチタン酸化物を用いた、請求項1または請求項2に記載の非水電解質二次電池。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein lithium titanium oxide or titanium oxide is used as a negative electrode active material constituting the negative electrode. 前記正極を構成する正極活物質に、リチウムマンガン酸化物またはリチウムマンガン酸化物の一部を異種金属もしくは異種物質で置換した材料を用いた、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の非水電解質二次電池。   The positive electrode active material which comprises the said positive electrode used the lithium manganese oxide or the material which substituted a part of lithium manganese oxide by the different metal or the different material. Non-aqueous electrolyte secondary battery. 前記有機物が、前記非水電解質中に添加されている、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の非水電解質二次電池。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the organic substance is added to the nonaqueous electrolyte. 前記負極と前記正極との間にセパレータとなる多孔質膜が介在され、
前記有機物が、前記セパレータの多孔質膜上または内部に存在する、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の非水電解質二次電池。
A porous film serving as a separator is interposed between the negative electrode and the positive electrode,
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the organic substance is present on or inside the porous membrane of the separator.
前記有機物が、前記正極、前記負極の何れかまたは双方の内部または表面に存在する、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の非水電解質二次電池。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the organic substance is present inside or on the surface of either or both of the positive electrode and the negative electrode. 前記非水電解質がゲル状である、請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の非水電解質二次電池。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 7, wherein the nonaqueous electrolyte is in a gel form. 請求項1〜請求項8の何れか1項に記載の非水電解質二次電池を複数個接続してからなる組電池。   The assembled battery formed by connecting the nonaqueous electrolyte secondary battery of any one of Claims 1-8 in multiple numbers.
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