JP2014032802A - Nonaqueous secondary battery - Google Patents

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Takako Sato
貴子 佐藤
Haruki Kamizori
春樹 上剃
Katsunori Kojima
克典 児島
Fusaji Kita
房次 喜多
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous secondary battery excellent in cycle characteristics and rapid charging characteristics.SOLUTION: The nonaqueous secondary battery of the present invention which includes a cathode, an anode, a nonaqueous electrolyte, and a separator is characterized in that: the anode includes an anode mixture layer containing, as an anode active material, a material containing an element capable of alloying with lithium; and the nonaqueous electrolyte contains a fluorine-containing organic metal salt having an oxalic acid group. The content of the fluorine-containing organic metal salt having the oxalic acid group in the nonaqueous electrolyte is 0.01 mass% or more and less than 10 mass%.

Description

本発明は、非水二次電池に関するものである。   The present invention relates to a non-aqueous secondary battery.

リチウムイオン二次電池をはじめとする非水二次電池は、高電圧・高容量であることから、各種携帯機器の電源として広く採用されている。また、近年では電動工具等のパワーツールや、電気自動車・電動式自転車等、中型・大型サイズでの用途も広がりを見せている。   Non-aqueous secondary batteries such as lithium ion secondary batteries are widely used as power sources for various portable devices because of their high voltage and high capacity. In recent years, the use of medium-sized and large-sized power tools such as power tools, electric vehicles, and electric bicycles has been spreading.

また、スマートフォンの拡大や電気自動車の走行可能距離の延長の必要性等からますます高容量化が求められつつある。高容量化の対策としては、負極活物質として、従来の非水二次電池に採用されている黒鉛等の炭素材料に代えて、シリコン(Si)、スズ(Sn)等のようにより多くのリチウム(Li)イオンを吸蔵・放出可能な材料が提案されているが、充放電に伴う体積変化による容量低下が大きく、改善が必要である。また、SiO等の酸化物系材料の表面を電子伝導性炭素材料で被覆した複合体を負極活物質に用いると、さらにサイクル特性は改善されるが、まだ課題が残る。   In addition, there is an increasing demand for higher capacities due to the necessity of expanding smartphones and extending the distance that electric vehicles can travel. As a countermeasure for increasing the capacity, as a negative electrode active material, instead of a carbon material such as graphite used in a conventional non-aqueous secondary battery, more lithium such as silicon (Si) or tin (Sn) is used. A material capable of occluding and releasing (Li) ions has been proposed, but capacity reduction due to volume change accompanying charge / discharge is large, and improvement is necessary. Further, when a composite in which the surface of an oxide-based material such as SiO is coated with an electron conductive carbon material is used as the negative electrode active material, the cycle characteristics are further improved, but problems still remain.

一方で、非水二次電池の一般的な充電方法は、満充電状態の電池を1時間で放電可能な電流値を1Cとするとき、0.7〜1C程度の電流で、予め定められる充電終了電圧までは定電流充電を行い、その充電終了電圧となってからは、その充電終了電圧を維持するように充電電流を減少させていく定電圧充電に切り換えるのが標準的である。   On the other hand, a general charging method for a non-aqueous secondary battery is a predetermined charging with a current of about 0.7 to 1 C, where 1 C is a current value that can discharge a fully charged battery in 1 hour. It is standard to perform constant current charging up to the end voltage, and then switch to constant voltage charging in which the charge current is decreased so as to maintain the charge end voltage after reaching the charge end voltage.

また、電池の充電をできるだけ早期に完了させたいといったニーズも増えている。例えば、携帯電話用の非水二次電池であるリチウム二次電池を例に取ると、従来の携帯電話用リチウム二次電池では、1C以下の電流値で大凡2〜4時間程度充電することで、満充電状態やそれに近い状態にすることが可能であった。しかしながら、こうした携帯電話等の非水二次電池の適用機器の高機能化に伴って、非水二次電池にはより高容量であることが求められているため、従来と同程度の電流値での充電では、充電に要する時間が実用的な範囲を超えて長くなる虞もある。これを回避するためには、より大きな電流値での充電を可能として、高容量化を図りつつ、充電に要する時間を短縮化する技術の開発が求められる。   In addition, there is an increasing need to complete battery charging as soon as possible. For example, taking a lithium secondary battery, which is a non-aqueous secondary battery for a mobile phone, as an example, a conventional lithium secondary battery for a mobile phone can be charged for about 2 to 4 hours at a current value of 1C or less. It was possible to make it fully charged or close to it. However, since the non-aqueous secondary battery is required to have a higher capacity as the application of the non-aqueous secondary battery such as a mobile phone is enhanced, the current value is comparable to the conventional one. In charging at, there is a possibility that the time required for charging exceeds the practical range and becomes longer. In order to avoid this, it is necessary to develop a technology that enables charging with a larger current value, increases the capacity, and shortens the time required for charging.

こうした要請に応えるために、例えば、複数の正極活物質を組み合わせて使用することで急速充電特性を高める方法(特許文献1)、負極にリチウムチタン複合酸化物を用いることで、高出力化(負荷特性の向上)と共に急速充電特性を高める方法(特許文献2)、負極に活物質とは別に絶縁性の無機酸化物フィラーを添加することで、急速充電しても良好な電池特性を確保する方法(特許文献3)等が提案されている。   In order to meet such demands, for example, a method of improving the quick charge characteristics by using a combination of a plurality of positive electrode active materials (Patent Document 1), and using a lithium titanium composite oxide for the negative electrode, high output (load) (Enhancement of characteristics) and a method of enhancing quick charge characteristics (Patent Document 2), and a method of ensuring good battery characteristics even when rapidly charged by adding an insulating inorganic oxide filler separately from the active material to the negative electrode (Patent Document 3) and the like have been proposed.

また、単に非水二次電池の負荷特性を高めるという点では、Siの超微粒子がSiO2中に分散した構造を持つSiOxを負極活物質に用いることが有効であるとの報告がある(特許文献4、5)。 In addition, it has been reported that it is effective to use SiO x having a structure in which ultrafine particles of Si are dispersed in SiO 2 as the negative electrode active material in terms of simply improving the load characteristics of the non-aqueous secondary battery ( Patent Documents 4 and 5).

他方、電動工具のように機器本体から電池パックを外して充電する場合には、急速充電による急激な温度上昇を充電機器に備えた冷却装置によって強制的に電池パックを冷却することで、1Cを超える電流による充電を可能にして充電時間を短縮する方法(特許文献6)が提案されている。   On the other hand, when charging with the battery pack removed from the device body like an electric tool, the battery pack is forcibly cooled by a cooling device provided in the charging device due to a rapid temperature rise due to rapid charging. There has been proposed a method (Patent Document 6) for enabling charging with an excess current and shortening the charging time.

一方、SiOxを導電性炭素材料で被覆した材料を負極活物質として用いる場合に、電解液に特定の添加剤を加えることで、サイクル特性を改善する方法(特許文献7)も提案されている。 On the other hand, when a material in which SiO x is coated with a conductive carbon material is used as a negative electrode active material, a method for improving cycle characteristics by adding a specific additive to the electrolytic solution (Patent Document 7) has also been proposed. .

特開2011−076997号公報JP 2011-076997 A 特開2010−097751号公報JP 2010-097551 A 特開2009−054469号公報JP 2009-054469 A 特開2004−047404号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-047404 特開2005−259697号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-259697 特開2008−104349号公報JP 2008-104349 A 特開2008−210618号公報JP 2008-210618A

しかしながら、上記各特許文献で提案されている方法では、電池のサイクル特性が未だ十分ではない。また、急速充電特性を向上させるに当たっては、例えば、電池の負荷特性を高めることが考えられる。しかし、本発明者らの検討によると、このような電池を用い、携帯機器などに適用されているような、PTC素子や保護回路等を備えた電池パックとした場合には、ある程度の急速充電特性の向上は認められるものの、その向上の程度が予測したレベルにまで達しないことが多く、単純に電池の負荷特性を高めるだけでは不十分であることが判明した。   However, the methods proposed in the above-mentioned patent documents still do not have sufficient battery cycle characteristics. Further, in improving the quick charge characteristics, for example, it is conceivable to improve the load characteristics of the battery. However, according to the study by the present inventors, when a battery pack using such a battery and having a PTC element, a protection circuit, etc. as applied to a portable device or the like is used, a certain amount of rapid charging is performed. Although improvement in characteristics is recognized, the degree of improvement often does not reach the predicted level, and it has been found that simply increasing the load characteristics of the battery is insufficient.

本発明は、上記問題を解消するためになされたものであり、サイクル特性及び急速充電特性に優れた非水二次電池を提供する。   The present invention has been made to solve the above problems, and provides a non-aqueous secondary battery excellent in cycle characteristics and quick charge characteristics.

上記課題を解決するために、本発明の非水二次電池は、正極、負極、非水電解質及びセパレータを備えた非水二次電池であって、上記負極は、リチウムと合金化可能な元素を含む材料を負極活物質として含有する負極合剤層を有し、上記非水電解質は、シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩を含むことを特徴とする。   In order to solve the above problems, the non-aqueous secondary battery of the present invention is a non-aqueous secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator, and the negative electrode is an element that can be alloyed with lithium. And the nonaqueous electrolyte contains a fluorine-containing organometallic salt having an oxalic acid group.

本発明によれば、サイクル特性及び急速充電特性に優れた非水二次電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the non-aqueous secondary battery excellent in cycling characteristics and quick charge characteristics can be provided.

図1は、本発明の非水二次電池を用いた非水二次電池パックの一例を表す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a non-aqueous secondary battery pack using the non-aqueous secondary battery of the present invention. 図2は、本発明の非水二次電池の一例を模式的に表す図であり、図2Aは平面図、図2Bは断面図である。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an example of the nonaqueous secondary battery of the present invention, in which FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a cross-sectional view. 図3は、本発明の非水二次電池の外観の一例を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing an example of the appearance of the nonaqueous secondary battery of the present invention.

本発明の非水二次電池は、正極、負極、非水電解質及びセパレータを備えた非水二次電池であって、上記負極は、リチウムと合金化可能な元素を含む材料を負極活物質として含有する負極合剤層を有し、上記非水電解質は、シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩を含むことを特徴とする。これにより、サイクル特性及び急速充電特性を改善できる。   The non-aqueous secondary battery of the present invention is a non-aqueous secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator, and the negative electrode includes a material containing an element that can be alloyed with lithium as a negative electrode active material. The non-aqueous electrolyte includes a fluorine-containing organic metal salt having an oxalic acid group. Thereby, cycle characteristics and quick charge characteristics can be improved.

以下、本発明の非水二次電池の各構成要素について説明する。   Hereinafter, each component of the non-aqueous secondary battery of this invention is demonstrated.

<非水電解質>
本発明の非水二次電池に係る非水電解質は、シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩を含む。これにより、電池のサイクル特性を向上させることができる。上記シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩の他、多価の有機金属塩を含有させた場合にも同様の効果が得られる。上記シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩や上記多価の有機金属塩は、負極内に添加されていてもよく、この場合、バインダとは別に負極合剤層中に添加されることになる。
<Nonaqueous electrolyte>
The nonaqueous electrolyte according to the nonaqueous secondary battery of the present invention contains a fluorine-containing organometallic salt having an oxalic acid group. Thereby, the cycling characteristics of a battery can be improved. Similar effects can be obtained when a polyvalent organic metal salt is contained in addition to the fluorine-containing organic metal salt having an oxalic acid group. The fluorine-containing organometallic salt having an oxalic acid group or the polyvalent organometallic salt may be added in the negative electrode. In this case, it is added to the negative electrode mixture layer separately from the binder. .

上記のシュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩又は多価の有機金属塩は、非水電解質の主成分である有機溶媒や他の電解質よりも酸化反応を起こしやすい。そのため、電池の初期の充電時に、正極表面でシュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩又は多価の有機金属塩が優先的に反応し、その反応生成物が正極活物質の表面に堆積する。この堆積物からなる膜(堆積膜)による正極活物質表面の被覆効果によって、正極表面と非水電解質との直接の接触が妨げられ、非水電解質の分解反応が抑制される。その結果、電池のサイクル特性の低下を抑制できる。   The fluorine-containing organic metal salt or polyvalent organic metal salt having an oxalic acid group is more likely to cause an oxidation reaction than an organic solvent that is a main component of the nonaqueous electrolyte or another electrolyte. Therefore, during the initial charging of the battery, the fluorine-containing organometallic salt or polyvalent organometallic salt having an oxalic acid group reacts preferentially on the surface of the positive electrode, and the reaction product is deposited on the surface of the positive electrode active material. The direct contact between the positive electrode surface and the nonaqueous electrolyte is prevented by the coating effect on the surface of the positive electrode active material by the film (deposited film) made of this deposit, and the decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte is suppressed. As a result, it is possible to suppress a decrease in the cycle characteristics of the battery.

また、通常、正極活物質の表面に有機金属塩の反応生成物の堆積膜が形成されると、正極活物質表面でのイオンの移動が妨げられ、必要な電池反応が十分に進まず、電池特性が低下する虞がある。しかし、上記のシュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩又は多価の有機金属塩を非水電解質に添加すると、正極活物質表面でのイオンの移動がスムーズになり、電池特性の低下を良好に抑制できる。   Also, usually, when a deposition film of a reaction product of an organometallic salt is formed on the surface of the positive electrode active material, the movement of ions on the surface of the positive electrode active material is hindered, and the necessary battery reaction does not proceed sufficiently. There is a risk that the characteristics will deteriorate. However, when the fluorine-containing organic metal salt having a oxalic acid group or a polyvalent organic metal salt is added to the non-aqueous electrolyte, the movement of ions on the surface of the positive electrode active material becomes smooth, and the deterioration of battery characteristics is improved. Can be suppressed.

本発明では、電池形成後に、アルゴンドライボックス中で放電後分解し、ジエチルカーボネート(DEC)で洗浄、真空乾燥後、負極のXPS分析において、284−285eV付近の炭素(C)の1Sスペクトルの強度I285と684−686eV付近のフッ素(F)の1Sスペクトルの強度I685との強度比I685/I285が、1.5未満が好ましく、1.0未満がより好ましく、0.7未満がさらに好ましい。Cの285eVのピークに対し、おもにFに起因する685eVのピークが小さいことで、電池の負荷特性及び急速充電特性をより向上させることができる。ただし、上記強度比が小さすぎると、電池の貯蔵特性が損なわれることもあるので、0.1以上が好ましく、0.2以上がより好ましく、0.4以上がさらに好ましい。この強度比は、上記シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩の含有量を調整することにより制御できる。 In the present invention, after the battery was formed, it was decomposed after discharge in an argon dry box, washed with diethyl carbonate (DEC), vacuum dried, and the intensity of the 1S spectrum of carbon (C) near 284-285 eV in the XPS analysis of the negative electrode. intensity ratio I 685 / I 285 between the intensity I 685 of 1S spectrum of fluorine (F) in the vicinity of I 285 and 684-686eV of preferably less than 1.5, more preferably less than 1.0, less than 0.7 Further preferred. Since the peak of 685 eV mainly due to F is smaller than the peak of C at 285 eV, the load characteristics and quick charge characteristics of the battery can be further improved. However, if the strength ratio is too small, the storage characteristics of the battery may be impaired, so 0.1 or more is preferable, 0.2 or more is more preferable, and 0.4 or more is more preferable. This intensity ratio can be controlled by adjusting the content of the fluorinated organometallic salt having an oxalic acid group.

また、上記シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩に由来するCの1Sスペクトルのピークが288eV付近に存在するとさらに負荷特性が改善でき好ましい。負極表面上に形成された被膜の組成をXPS分析すると、通常、炭酸リチウム等の有機炭酸塩が多く検出されるが、負極表面上に形成された被膜に存在する炭酸リチウムの量が多くなるほど、負荷特性が悪くなる傾向にある。炭酸リチウムに由来するCO3 2-の存在は、291eV付近に現れるピークにより確認される。本発明では、負極表面上に形成された被膜をXPS分析すると、291eV付近のピークが減少し、288eV付近にピークが現れた。288eV付近のピークは、非水電解質に添加されたシュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩に由来するCOOの存在を示している。つまり、本発明では、負極表面上の被膜には、シュウ酸基を有する含フッ素金属塩の反応生成物が含まれており、この被膜はイオン導電性を有し、負荷特性が改善されると考えられる。 In addition, it is preferable that the 1S spectrum peak of C derived from the fluorine-containing organometallic salt having an oxalic acid group exists in the vicinity of 288 eV because the load characteristics can be further improved. When XPS analysis of the composition of the film formed on the negative electrode surface, usually a large amount of organic carbonate such as lithium carbonate is detected, but as the amount of lithium carbonate present in the film formed on the negative electrode surface increases, The load characteristics tend to deteriorate. The presence of CO 3 2- derived from lithium carbonate is confirmed by a peak appearing near 291 eV. In the present invention, when XPS analysis was performed on the film formed on the negative electrode surface, the peak near 291 eV decreased and the peak appeared near 288 eV. The peak near 288 eV indicates the presence of COO derived from a fluorine-containing organometallic salt having an oxalic acid group added to the nonaqueous electrolyte. In other words, in the present invention, the coating on the negative electrode surface contains a reaction product of a fluorinated metal salt having an oxalic acid group, and this coating has ionic conductivity and improves load characteristics. Conceivable.

上記シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩としては、例えば、一般式(PF2(C242b1c1、(BF2(C24))b1c1、Mb1(PF4(C24))c1で表されるものが挙げられる。上記一般式中、Mは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、13族元素等の金属元素であり、好ましくはアルカリ金属、アルカリ土類金属の金属元素であり、より好ましくはアルカリ金属である。具体的には、Li、Na、K、Mg、Ca、Mn及びAlからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素が挙げられ、これらの中でもLiが最も好ましい。b1、c1は、Mの価数とアニオンの価数で決まる整数である。 Examples of the fluorine-containing organic metal salt having an oxalic acid group include, for example, the general formula (PF 2 (C 2 O 4 ) 2 ) b1 Mc 1 , (BF 2 (C 2 O 4 )) b1 Mc 1 , M b1 ( And PF 4 (C 2 O 4 )) c1 . In the above general formula, M is a metal element such as an alkali metal, an alkaline earth metal, a transition metal, or a group 13 element, preferably a metal element of an alkali metal or an alkaline earth metal, more preferably an alkali metal. is there. Specific examples include at least one metal element selected from the group consisting of Li, Na, K, Mg, Ca, Mn, and Al, and among these, Li is most preferable. b1 and c1 are integers determined by the valence of M and the valence of the anion.

上記シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩の具体例としては、LiPF2(C242、LiBF2(C24)等が挙げられる。 Specific examples of the fluorine-containing organometallic salt having an oxalic acid group include LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 and LiBF 2 (C 2 O 4 ).

上記多価の有機金属塩としては、アニオンサイトが複数個あるものを例示することができ、価数が2以上の金属イオンを有する塩、又は1価の金属イオンを複数有する有機金属塩が該当し、具体的には、2価、3価、4価等の有機金属塩が挙げられる。多価の有機金属塩の具体例としては、一般式〔R1(Y)ab1 cで表されるものが挙げられる。上記一般式中、R1は、例えば、アルキル基、アルキレン基、芳香族基等の有機基であり、これらの基の有する水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換されていてもよい。Yは、例えば、酸の金属塩基であり、具体的には、−SO3 -、−CO2 -、−PO4 -、−PFdRf5-d -[ただし、Rfは、水素原子の全部がフッ素原子で置換されたアルキル基(以下同じ)で、dは5以下の整数(以下同じ)である。]、−BFeRf3-e -[ただし、eは3以下の整数(以下同じ)である]、−RgPO4 -[ただし、Rは、有機残基(以下同じ)であり、R1に結合していてもよい。gは、0か1(以下同じ)である。]等が挙げられ、これらのうちの1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。M1は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、13族元素等の金属元素であり、好ましくはアルカリ金属、アルカリ土類金属の金属元素であり、より好ましくはアルカリ金属である。具体的には、Li、Na、K、Mg、Ca、Mn及びAlからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素が挙げられ、これらの中でもLiが最も望ましい。すなわち、多価の有機金属塩としては、多価の有機リチウム塩が最も望ましい。aは、2以上の整数である。b及びcは、M1の価数と〔R1(Y)a〕の価数で決まる整数である。 Examples of the polyvalent organic metal salt include those having a plurality of anion sites, such as a salt having a metal ion having a valence of 2 or more, or an organic metal salt having a plurality of monovalent metal ions. Specific examples thereof include divalent, trivalent and tetravalent organometallic salts. Specific examples of the polyvalent organic metal salt include those represented by the general formula [R 1 (Y) a ] b M 1 c . In the above general formula, R 1 is, for example, an organic group such as an alkyl group, an alkylene group, and an aromatic group, and part or all of the hydrogen atoms of these groups may be substituted with a fluorine atom. Y is, for example, a metal base of an acid, specifically, —SO 3 , —CO 2 , —PO 4 , —PF d Rf 5−d [wherein Rf represents all hydrogen atoms Is an alkyl group substituted with a fluorine atom (hereinafter the same), and d is an integer of 5 or less (hereinafter the same). ], - BF e Rf 3- e - [ However, e is a 3 an integer (hereinafter the same)], - R g PO 4 - [ wherein, R is an organic residue (the same applies hereinafter), R It may be bonded to 1 . g is 0 or 1 (the same applies hereinafter). Etc., and only one of these may be used, or two or more thereof may be used. M 1 is a metal element such as an alkali metal, an alkaline earth metal, a transition metal, or a group 13 element, preferably a metal element of an alkali metal or an alkaline earth metal, and more preferably an alkali metal. Specific examples include at least one metal element selected from the group consisting of Li, Na, K, Mg, Ca, Mn, and Al, and among these, Li is most desirable. That is, as the polyvalent organic metal salt, a polyvalent organic lithium salt is most desirable. a is an integer of 2 or more. b and c are integers determined by the valence of M 1 and the valence of [R 1 (Y) a ].

上記一般式〔R1(Y)ab1 cで表される多価の有機金属塩では、R1の中に水酸基(−OH)や、酸基(−SO3H、−CO2H等)を含んでいてもよいが、これらの基は電池内において反応を起こす虞があるため、酸の金属塩基よりも少ないことが好ましく、酸の金属塩基の数の、1/10以下であることがより好ましい。 The polyvalent organic metal salts represented by the general formula [R 1 (Y) a] b M 1 c, the hydroxyl group (-OH) or in R 1, group (-SO 3 H, -CO 2 H) may be included, but since these groups may cause a reaction in the battery, the number is preferably less than the acid metal base, and is 1/10 or less of the number of acid metal bases. More preferably.

また、上記一般式〔R1(Y)ab1 cで表される多価の有機金属塩では、R1の分子量は、大きすぎると正極活物質を効果的に被覆できなくなる虞があることから、10万以下が好ましく、2000以下がより好ましく、500以下がさらに好ましい。一方、R1の分子量は、小さすぎるとイオンが通過し難い堆積膜を正極活物質表面に形成する場合があることから、30以上が好ましく、50以上がより好ましく、70以上がさらに好ましい。R1としては、アルキレンや芳香族基、または主としてそれらを含む有機混成体であり、例えば、−CH2CH2CH2CH2−、−CHFCH2CH2CH2−、−CF2CF2CF2CF2−等の−Ch2h-ii−(ただし、h、iは、整数であり、1≦h、0≦iである。)として表されるアルキレン;−C64−、>C63−、−C64−C64−、−C63F−、−C64−等の−(C64-jkl(C64-mnu−(ただし、j、k、l、m、n、uは整数であり、0≦j、0≦k、k≦j、0≦m、0≦n、n≦m、1≦l+uである。)として表される芳香族基;または、>C63−C(CF32−C63<、>C63−CF3、−C64−C(CF32−C64−、R2(CH2CH2−C64−)n3(ただし、R2、R3は、有機基である。)等の有機混成体が該当する。具体的には、LiOOC−CF2CF2CF2CF2−COOLi、LiOOC−C64−COOLi、LiOOC−C64−SO3Li、LiOOC−C64−(C(CF32−)−C64−COOLi、LiOOC−C63F−COOLiなどの金属塩を例示することができる。分子内に芳香族環を含むことが好ましく、また−SO3 -基や−COO-基を有することが好ましい。分子内にこれらを有することにより、急速充電効果が高くなる傾向があるからである。なお、有機金属塩の分子量としては、15万以下が好ましく、2000以下がより好ましく、500以下が最も好ましい。また、50以上が好ましく、70以上がより好ましく、90以上が最も好ましい。 In addition, in the polyvalent organometallic salt represented by the general formula [R 1 (Y) a ] b M 1 c , if the molecular weight of R 1 is too large, the positive electrode active material may not be effectively coated. Therefore, 100,000 or less is preferable, 2000 or less is more preferable, and 500 or less is more preferable. On the other hand, the molecular weight of R 1 is preferably 30 or more, more preferably 50 or more, and even more preferably 70 or more, because if the molecular weight of R 1 is too small, it may form a deposited film on the surface of the positive electrode active material. R 1 is an alkylene or aromatic group, or an organic hybrid mainly containing them, such as —CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 —, —CHFCH 2 CH 2 CH 2 —, —CF 2 CF 2 CF. 2 CF 2 - -C h H 2h -i F i , such as - (. However, h, i is an integer, 1 ≦ h, 0 is ≦ i) alkylene represented as; -C 6 H 4 -,> C 6 H 3 - , - C 6 H 4 -C 6 H 4 -, - C 6 H 3 F -, - C 6 F 4 - , etc. - (C 6 H 4-j F k) l ( C 6 H 4−m F n ) u − (where j, k, l, m, n, u are integers, 0 ≦ j, 0 ≦ k, k ≦ j, 0 ≦ m, 0 ≦ n, n ≦ m, 1 ≦ l + u)); or> C 6 H 3 —C (CF 3 ) 2 —C 6 H 3 <,> C 6 H 3 —CF 3 , − C 6 H 4 -C (CF 3 ) 2 -C 6 H 4 -, R 2 (CH 2 C 2 -C 6 H 4 -.) N R 3 ( provided that, R 2, R 3 is an organic group) organic hybrids of or the like. Specifically, LiOOC—CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 —COOLi, LiOOC—C 6 H 4 —COOLi, LiOOC—C 6 H 4 —SO 3 Li, LiOOC—C 6 H 4 — (C (CF 3 ) 2- ) -C 6 H 4 -COOLi, metal salts such as LiOOC-C 6 H 3 F-COOLi can be exemplified. The molecule preferably contains an aromatic ring, and preferably has a —SO 3 group or a —COO group. This is because the rapid charge effect tends to be increased by having these in the molecule. The molecular weight of the organometallic salt is preferably 150,000 or less, more preferably 2000 or less, and most preferably 500 or less. Moreover, 50 or more are preferable, 70 or more are more preferable, and 90 or more are the most preferable.

上記のシュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩又は多価の有機金属塩の含有量は、非水電解質中、0.01質量%以上が好ましく、0.1質量%以上がより好ましく、0.2質量%以上がさらに好ましい。含有量が多すぎると電池特性が低下するので、10質量%未満が好ましく、3質量%未満がより好ましく、1.5質量%未満がさらに好ましい。   The content of the fluorinated organic metal salt or polyvalent organic metal salt having an oxalic acid group is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more in the nonaqueous electrolyte. 2 mass% or more is more preferable. If the content is too high, the battery characteristics deteriorate, so it is preferably less than 10% by mass, more preferably less than 3% by mass, and even more preferably less than 1.5% by mass.

上記のシュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩又は多価の有機金属塩を含有させる非水電解質には、有機溶媒に無機リチウム塩や有機リチウム塩などの電解質塩を溶解させた非水電解液が用いられる。   The non-aqueous electrolyte containing the fluorine-containing organic metal salt having a oxalic acid group or the polyvalent organic metal salt is a non-aqueous electrolyte solution in which an electrolyte salt such as an inorganic lithium salt or an organic lithium salt is dissolved in an organic solvent. Is used.

上記有機溶媒としては、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)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC),ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、γ−ブチロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、燐酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、ジエチルエーテル、1,3−プロパンサルトン等の非プロトン性有機溶媒が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。   Examples of the organic solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and methyl ethyl carbonate (MEC). , Γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester , Trimethoxymethane, dioxolane derivative, sulfolane, 3-methyl-2-oxazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, diethyl Ether, include aprotic organic solvents such as 1,3-propane sultone, may be used those either alone, or in combination of two or more.

上記無機リチウム塩としては、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiB10Cl10、低級脂肪族カルボン酸Li、LiAlCl4、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランLi、四フェニルホウ酸Li等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 Examples of the inorganic lithium salt, LiClO 4, LiBF 4, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiB 10 Cl 10, lower aliphatic carboxylic acids Li, LiAlCl 4, LiCl, LiBr , LiI, chloroborane Li, lithium tetraphenylborate and the like, and these may be used alone or in combination of two or more.

上記有機リチウム塩としては、LiCF3SO3、LiCF3CO2、Li224(SO32、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO23、LiCn12n1+1SO3(2≦n1≦7)、LiN(Rf1OSO22[ただし、Rf1はフルオロアルキル基である。]等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。なお、上記Li224(SO32は、多価の有機金属塩であるが、電解液への溶解性が高く、また正極活物質表面を被覆する作用があまり期待できないので、本発明においては電解質塩として扱う。 Examples of the organic lithium salt include LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n1 F 2n1 + 1 SO 3 (2 ≦ n1 ≦ 7), LiN (Rf 1 OSO 2 ) 2 [wherein Rf 1 is a fluoroalkyl group. Etc., and these may be used alone or in combination of two or more. The above Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 is a polyvalent organic metal salt, but has high solubility in the electrolyte and can not be expected to have an effect of covering the surface of the positive electrode active material. In the present invention, it is treated as an electrolyte salt.

上記電解質塩の濃度は、非水電解液中、例えば、0.2〜3.0mol/dm3であることが好ましく、0.5〜1.5mol/dm3であることがより好ましく、0.9〜1.3mol/dm3であることが更に好ましい。 The concentration of the electrolyte salt in the nonaqueous electrolyte solution, for example, is preferably 0.2~3.0mol / dm 3, more preferably from 0.5~1.5mol / dm 3, 0. More preferably, it is 9-1.3 mol / dm 3 .

上記非水電解液としては、メチルカーボネート、ジエチルカーボネート及びメチルエチルカーボネートより選ばれる少なくとも1種の鎖状カーボネートと、エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートより選ばれる少なくとも1種の環状カーボネートとを含む溶媒に、LiPF6を溶解した非水電解液を使用することが特に好ましい。 As the non-aqueous electrolyte, a solvent containing at least one chain carbonate selected from methyl carbonate, diethyl carbonate and methyl ethyl carbonate and at least one cyclic carbonate selected from ethylene carbonate and propylene carbonate, LiPF It is particularly preferable to use a nonaqueous electrolytic solution in which 6 is dissolved.

また、上記非水電解液には、サイクル特性の改善、高温貯蔵性や過充電防止等の安全性を向上させる目的で、次に示す添加剤を適宜含有させることができる。添加剤としては、例えば、無水酸、スルホン酸エステル、ジニトリル、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビニレンカーボネート(VC)、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼン、環状フッ素化カーボネート[トリフロオロプロピレンカーボネート(TFPC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)等]、または、鎖状フッ素化カーボネート[トリフルオロジメチルカーボネート(TFDMC)、トリフルオロジエチルカーボネート(TFDEC)、トリフルオロエチルメチルカーボネート(TFEMC)等]、フッ素化エーテル[Rf2−OR4(ただし、Rf2はフッ素を含有するアルキル基であり、R4はフッ素を含有してもよい有機基である。]、リン酸エステル[エチルジエチルホスホノアセテート(EDPA):(C25O)2(P=O)−CH2(C=O)OC25]、リン酸トリス(トリフルオロエチル)(TFEP):(CF3CH2O)3P=O、リン酸トリフェニル(TPP):(C65O)3P=O等]等(上記各化合物の誘導体も含む)が挙げられる。 In addition, the non-aqueous electrolyte may appropriately contain the following additives for the purpose of improving cycle characteristics, improving safety such as high-temperature storage and preventing overcharge. Examples of the additive include anhydride, sulfonate ester, dinitrile, 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexylbenzene, vinylene carbonate (VC), biphenyl, fluorobenzene, t-butylbenzene, and cyclic fluorinated carbonate. [Trifluoropropylene carbonate (TFPC), fluoroethylene carbonate (FEC), etc.], or chain fluorinated carbonate [trifluorodimethyl carbonate (TFDMC), trifluorodiethyl carbonate (TFDEC), trifluoroethyl methyl carbonate (TFEMC) , Etc.], fluorinated ether [Rf 2 —OR 4 (where Rf 2 is an alkyl group containing fluorine, R 4 is an organic group which may contain fluorine], phosphoric acid ester [ Ethyl diethylphosphonoacetate (EDPA) :( C 2 H 5 O) 2 (P = O) -CH 2 (C = O) OC 2 H 5], trisphosphate (trifluoroethyl) (TFEP) :( CF 3 CH2O) 3 P = O, triphenyl phosphate (TPP) :( C 6 H 5 O) 3 P = O , etc.] or the like (including derivatives of the above compounds).

また、上記非水電解液は、公知のポリマー等のゲル化剤を用いてゲル状の電解質として用いることもできる。   The non-aqueous electrolyte can also be used as a gel electrolyte using a known gelling agent such as a polymer.

<負極>
本発明の非水二次電池に係る負極には、例えば、負極活物質及びバインダ等を含有する負極合剤層を、集電体の片面または両面に有する構造のものが使用できる。
<Negative electrode>
For the negative electrode according to the nonaqueous secondary battery of the present invention, for example, a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material, a binder and the like can be used on one or both sides of the current collector.

上記負極合剤層に含まれる負極活物質には、リチウムと合金化可能な元素を含む材料を用いる。リチウムと合金化可能な元素を含む材料としては、リチウムと合金化可能な金属(Si、Sn等)またはその合金が挙げられるが、一般組成式SiOx(ただし、Siに対するOの原子比xは、0.5≦x≦1.5である。)で表されるSiとOとを構成元素に含む材料が好ましい。以下、SiとOとを構成元素に含む材料を、「SiOx」という。 As the negative electrode active material contained in the negative electrode mixture layer, a material containing an element that can be alloyed with lithium is used. Examples of the material containing an element that can be alloyed with lithium include a metal that can be alloyed with lithium (Si, Sn, etc.) or an alloy thereof, but the general composition formula SiO x (where the atomic ratio x of O to Si is And 0.5 ≦ x ≦ 1.5.) A material containing Si and O represented by Hereinafter, a material containing Si and O as constituent elements is referred to as “SiO x ”.

上記SiOxは、Siの酸化物に限定されず、Siと他の金属(例えば、B、Al、Ga、In、Ge、Sn、P、Bi等)との複合酸化物であってもよく、また、Siや他の金属の微結晶または非晶質相を含んでいてもよく、全体として、Siに対するOの原子比xが0.5≦x≦1.5を満たしていればよい。 The SiO x is not limited to an oxide of Si, and may be a complex oxide of Si and another metal (for example, B, Al, Ga, In, Ge, Sn, P, Bi, etc.) Further, it may contain a crystallite or amorphous phase of Si or another metal, and it is sufficient that the atomic ratio x of O to Si satisfies 0.5 ≦ x ≦ 1.5 as a whole.

また、上記SiOxには、例えば、非晶質のSiO2マトリックス中に、Si(例えば、微結晶Si)が分散した構造のものが含まれ、この非晶質のSiO2と、その中に分散しているSiを合わせて、上記の原子比xが0.5≦x≦1.5を満足していればよい。例えば、非晶質のSiO2マトリックス中に、Siが分散した構造で、SiO2とSiのモル比が1:1である材料の場合、x=1であるので、本発明においてはSiOと表記される。このような構造の材料の場合、例えば、X線回折分析では、Si(微結晶Si)の存在に起因するピークが観察されない場合もあるが、透過型電子顕微鏡で観察すると、微細なSiの存在が確認できる。SiOxの粒径としては、後述する炭素材料との複合化の効果を高め、また、充放電での微細化を防ぐため、レーザ回折散乱式粒度分布測定装置、例えば、日機装社製の「マイクロトラックHRA」等により測定される数平均粒子径として、およそ0.5〜10μmのものが好ましく用いられる。 The aforementioned SiO x, for example, a SiO 2 matrix of amorphous Si (e.g., microcrystalline Si) is include the dispersed structure, the SiO 2 of the amorphous, therein In combination with the dispersed Si, it is sufficient that the atomic ratio x satisfies 0.5 ≦ x ≦ 1.5. For example, in the case of a material having a structure in which Si is dispersed in an amorphous SiO 2 matrix and the molar ratio of SiO 2 to Si is 1: 1, x = 1. Is done. In the case of a material having such a structure, for example, in X-ray diffraction analysis, a peak due to the presence of Si (microcrystalline Si) may not be observed, but when observed with a transmission electron microscope, the presence of fine Si Can be confirmed. As the particle size of SiO x , in order to enhance the effect of compounding with the carbon material described later, and to prevent miniaturization during charge and discharge, a laser diffraction scattering type particle size distribution measuring device, for example, “MICRO As the number average particle diameter measured by “Track HRA” or the like, a particle having a particle diameter of about 0.5 to 10 μm is preferably used.

ところで、上記SiOxは、導電性が乏しいため、これを負極活物質として単独で用いる際には、良好な電池特性確保の観点から、炭素材料等の導電助剤が必要となる。ただし、SiOxを単に炭素材料と混合して得られる混合物を負極活物質として用いるよりも、SiOxをコア材とし、その表面に炭素の被覆層が形成されてなる複合体(以下、SiOx/炭素複合体という。)を用いることが好ましく、この場合、負極における導電ネットワークが良好に形成され、非水二次電池の負荷特性を高めることが可能となる。 By the way, since the SiO x has poor conductivity, when it is used alone as a negative electrode active material, a conductive aid such as a carbon material is required from the viewpoint of ensuring good battery characteristics. However, rather than using a mixture obtained by simply mixing SiO x with a carbon material as a negative electrode active material, a composite having SiO x as a core material and a carbon coating layer formed on the surface (hereinafter referred to as SiO x). / Carbon composite) is preferably used. In this case, a conductive network in the negative electrode is favorably formed, and the load characteristics of the nonaqueous secondary battery can be improved.

さらに、上記負極活物質として、SiOx/炭素複合体を使用する場合、コア材の表面に堆積させる炭素の量及び状態を最適化することで、高容量であるという特徴を保ちつつ、貯蔵特性を向上させることができる。 Further, when using a SiO x / carbon composite as the negative electrode active material, the storage characteristics are maintained while maintaining the characteristics of high capacity by optimizing the amount and state of carbon deposited on the surface of the core material. Can be improved.

コア材となる上記SiOxは、従来公知の手法によって製造できる。SiOxとしては、SiOxの一次粒子の他、複数の粒子を含むSiOx複合粒子や、コア材の導電性を高める等の目的で、SiOxを炭素材料とともに造粒させた造粒体等が挙げられる。 The above-mentioned SiO x serving as the core material can be produced by a conventionally known method. The SiO x, other primary particles of SiO x, and SiO x composite particles comprising a plurality of particles, for the purpose of increasing the conductivity of the core material, granular material or the like which the SiO x was granulated with a carbon material Is mentioned.

また、上記SiOx/炭素複合体は、例えば、SiOx粒子と炭化水素系ガスとを気相中にて加熱して、炭化水素系ガスの熱分解により生じた炭素を、SiOx粒子の表面上に堆積させることにより得られる。このように気相成長(CVD)法を用いて製造することで、炭化水素系ガスがSiOx粒子の隅々にまで行き渡り、粒子の表面や表面の空孔内に、導電性を有する炭素材料を含む薄くて均一な皮膜(炭素の被覆層)を形成できることから、少量の炭素材料によってSiOx粒子に均一性よく導電性を付与できる。 In addition, the SiO x / carbon composite may be formed by, for example, heating the SiO x particles and the hydrocarbon-based gas in a gas phase to convert the carbon generated by the thermal decomposition of the hydrocarbon-based gas to the surface of the SiO x particles. Obtained by depositing on top. By producing using the vapor phase growth (CVD) method in this way, the hydrocarbon-based gas spreads to every corner of the SiO x particles, and the conductive carbon material in the surface of the particles and in the pores of the surface Since a thin and uniform film (carbon coating layer) containing can be formed, conductivity can be imparted to the SiO x particles with good uniformity with a small amount of carbon material.

上記気相成長(CVD)法の処理温度(雰囲気温度)については、上記炭化水素系ガスの種類によっても異なるが、通常、600〜1200℃が適当であり、中でも、700℃以上であることが好ましく、800℃以上であることが更に好ましい。処理温度が高い方が不純物の残存が少なく、かつ導電性の高い炭素を含む被覆層を形成できるからである。   About the processing temperature (atmosphere temperature) of the said vapor phase growth (CVD) method, although it changes also with the kind of said hydrocarbon gas, 600-1200 degreeC is suitable normally, and it may be 700 degreeC or more especially. Preferably, the temperature is 800 ° C. or higher. This is because the higher the treatment temperature, the less the remaining impurities, and the formation of a coating layer containing carbon having high conductivity.

上記炭化水素系ガスの液体ソースとしては、トルエン、ベンゼン、キシレン、メシチレン等を用いることができるが、取り扱い易いトルエンが特に好ましい。これらを気化させる(例えば、窒素ガスでバブリングする)ことにより炭化水素系ガスを得ることができる。また、メタンガスやアセチレンガス等を用いることもできる。   As the liquid source of the hydrocarbon gas, toluene, benzene, xylene, mesitylene and the like can be used, but toluene that is easy to handle is particularly preferable. A hydrocarbon-based gas can be obtained by vaporizing them (for example, bubbling with nitrogen gas). Moreover, methane gas, acetylene gas, etc. can also be used.

また、上記気相成長(CVD)法を用いてSiOx粒子の表面を炭素材料で被覆した後に、石油系ピッチ、石炭系のピッチ、熱硬化性樹脂、及びナフタレンスルホン酸塩とアルデヒド類との縮合物よりなる群から選択される少なくとも1種の有機化合物を、炭素材料を含む被覆層に付着させ、上記有機化合物が付着した粒子を焼成してもよい。具体的には、表面が炭素材料で被覆されたSiOx粒子と有機化合物とが分散媒に分散した分散液を用意し、この分散液を噴霧し乾燥して、有機化合物によって被覆された粒子を形成し、その有機化合物によって被覆された粒子を焼成する。 In addition, after coating the surface of SiO x particles with a carbon material using the above-mentioned vapor deposition (CVD) method, petroleum pitch, coal pitch, thermosetting resin, and naphthalene sulfonate and aldehydes At least one organic compound selected from the group consisting of condensates may be attached to a coating layer containing a carbon material, and the particles to which the organic compound is attached may be fired. Specifically, a dispersion liquid in which SiO x particles whose surface is coated with a carbon material and an organic compound are dispersed in a dispersion medium is prepared, and the dispersion liquid is sprayed and dried to obtain particles coated with the organic compound. The particles formed and coated with the organic compound are fired.

上記ピッチとしては、等方性ピッチを用いることができる。また、上記熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、フラン樹脂、フルフラール樹脂等を用いることができる。ナフタレンスルホン酸塩とアルデヒド類との縮合物としては、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物を用いることができる。   An isotropic pitch can be used as the pitch. Moreover, as the thermosetting resin, phenol resin, furan resin, furfural resin, or the like can be used. As the condensate of naphthalene sulfonate and aldehydes, naphthalene sulfonic acid formaldehyde condensate can be used.

上記の表面が炭素材料で被覆されたSiOx粒子と有機化合物とを分散させるための分散媒としては、例えば、水、アルコール類(エタノール等)を用いることができる。分散液の噴霧は、通常、50〜300℃の雰囲気内で行うことが適当である。焼成温度は、通常、600〜1200℃が適当であるが、中でも700℃以上が好ましく、800℃以上であることが更に好ましい。処理温度が高い方が不純物の残存が少なく、かつ導電性の高い良質な炭素材料を含む被覆層を形成できるからである。ただし、処理温度はSiOxの融点以下であることを要する。 As the dispersion medium for dispersing the SiO x particles whose surface is coated with the carbon material and the organic compound, for example, water or alcohols (ethanol or the like) can be used. It is appropriate to spray the dispersion in an atmosphere of 50 to 300 ° C. The firing temperature is usually 600 to 1200 ° C., preferably 700 ° C. or higher, and more preferably 800 ° C. or higher. This is because the higher the processing temperature, the less the remaining impurities, and the formation of a coating layer containing a high-quality carbon material with high conductivity. However, the processing temperature needs to be lower than the melting point of SiO x .

コア材であるSiOxの表面に堆積させる炭素の量は、少なすぎると貯蔵後の容量低下が大きく、多すぎると高容量であるSiOxを使用する効果を十分に確保し得ない虞があることから、SiOxと炭素材料との複合体の全量に対して、10〜30質量%が好ましい。 If the amount of carbon deposited on the surface of the core material SiO x is too small, the capacity drop after storage is large, and if it is too large, the effect of using the high capacity SiO x may not be sufficiently secured. Therefore, 10 to 30% by mass is preferable with respect to the total amount of the composite of SiO x and the carbon material.

コア材の表面が露出している場合には、貯蔵後に容量が低下しやすくなることから、コア材の表面のうち、炭素で被覆されている割合が高いほど好ましい。例えば、SiOx/炭素複合体のラマンスペクトルを測定レーザ波長532nmで測定したとき、Siに由来する510cm-1のピーク強度:I510と、炭素(C)に由来する1343cm-1のピーク強度:I1343との強度比I510/I1343が、0.25以下であることが好ましい。強度比I510/I1343は小さいほど、炭素被覆率が高いことを意味する。 When the surface of the core material is exposed, the capacity tends to decrease after storage, so the higher the ratio of the surface of the core material covered with carbon, the better. For example, when measuring the Raman spectra of the SiO x / carbon composite at a measurement laser wavelength 532 nm, the peak intensity of 510 cm -1 originating from Si: and I 510, a peak intensity of 1343cm -1, which derived from the carbon (C): intensity ratio I 510 / I 1343 and I 1343 is preferably 0.25 or less. A smaller intensity ratio I 510 / I 1343 means a higher carbon coverage.

上記ラマンスペクトルの強度比I510/I1343は、顕微ラマン分光法でSiOx/炭素複合体をマッピング測定(測定範囲:80×80μm、2μmステップ)し、測定範囲内の全てのスペクトルを平均して、Siに由来するピーク(510cm-1)とCに由来するピーク(1343cm-1)との強度比率により求められる値である。 The intensity ratio I 510 / I 1343 of the above Raman spectrum is obtained by mapping the SiO x / carbon complex by micro Raman spectroscopy (measurement range: 80 × 80 μm, 2 μm step), and averaging all spectra in the measurement range. Te is a value determined by the intensity ratio between the peak (1343cm -1) derived from the C-peak (510 cm -1) derived from Si.

上記SiOx/炭素複合体を負極活物質として用いる場合、コア材に含まれるSi相の結晶子サイズが小さすぎると、貯蔵後の容量低下が大きくなる虞があることから、CuKα線を用いたX線回折法により得られるSiの(111)回折ピークの半値幅は、3.0°未満が好ましく、2.5°以下であることがより好ましい。一方、Si相の結晶子サイズが大きすぎると、初期の充放電容量が小さくなる虞があることから、上記X線回折法により求められるSiの(111)回折ピークの半値幅は、0.5°以上であることが好ましい。 When the SiO x / carbon composite is used as the negative electrode active material, if the crystallite size of the Si phase contained in the core material is too small, there is a possibility that the capacity drop after storage may increase, so CuKα radiation was used. The half width of the (111) diffraction peak of Si obtained by the X-ray diffraction method is preferably less than 3.0 °, and more preferably 2.5 ° or less. On the other hand, if the crystallite size of the Si phase is too large, the initial charge / discharge capacity may be reduced. Therefore, the half width of the (111) diffraction peak of Si obtained by the X-ray diffraction method is 0.5. It is preferable that it is more than °.

上記SiOx/炭素複合体の平均粒子径D50は、繰り返し充放電した後の容量低下を抑える観点から、0.5μm以上であることが好ましく、充放電に伴う負極の膨張を抑える観点から、20μm以下であることが好ましい。なお、本明細書でいう平均粒子径D50は、レーザ散乱粒度分布計(例えば、堀場製作所製「LA−920」)を用い、樹脂を溶解しない媒体に、当該材料を分散させて測定した体積基準の平均粒子径である。 The SiO x / mean particle diameter D 50 of the carbon composite material, from the viewpoint of suppressing the reduction capacity after repeated charging and discharging, preferably at 0.5μm or more, from the viewpoint of suppressing the expansion of the negative electrode caused by charging and discharging, It is preferable that it is 20 micrometers or less. The average particle diameter D 50 referred to in this specification is a volume measured by dispersing the material in a medium that does not dissolve the resin using a laser scattering particle size distribution meter (for example, “LA-920” manufactured by Horiba, Ltd.). It is a standard average particle diameter.

上記SiOxの比抵抗値は、通常、103〜107kΩcmであるのに対し、上記SiOxを被覆する炭素材料の比抵抗値は、通常、10-5〜10kΩcmである。 The specific resistance value of the SiO x is usually 10 3 to 10 7 kΩcm, whereas the specific resistance value of the carbon material covering the SiO x is usually 10 −5 to 10 kΩcm.

本発明の非水二次電池に係る負極には、負極活物質として、上述したSiOxと共に、黒鉛質炭素材料を併用することが好ましい。黒鉛質炭素材料としては、従来から知られている非水二次電池に使用されているものが好適であり、例えば、鱗片状黒鉛等の天然黒鉛;熱分解炭素類、メソフェーズカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維等の易黒鉛化炭素を2800℃以上で黒鉛化処理した人造黒鉛;等が挙げられる。 In the negative electrode according to the nonaqueous secondary battery of the present invention, it is preferable to use a graphitic carbon material together with the above-mentioned SiO x as the negative electrode active material. As the graphitic carbon material, those used in conventionally known non-aqueous secondary batteries are suitable. For example, natural graphite such as flake graphite; pyrolytic carbons, mesophase carbon micro beads (MCMB) ), And artificial graphite obtained by graphitizing easily graphitized carbon such as carbon fiber at 2800 ° C. or higher.

上記負極活物質中におけるSiOxの含有量は、非水二次電池の容量を増加させ、急速充電特性をより高める観点から、Si換算で、0.5質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましく、2質量%以上であることが更に好ましい。SiOxの含有量が多い場合は、初期容量は増加するが、充放電に伴う容量減少が増加する傾向があるので、必要な容量とサイクル特性のバランスで使用量を決定する必要がある。よって、電池の充放電に伴うSiOxの体積変化に起因する充放電に伴う容量減少を抑えて、電池のサイクル特性を高めるには、負極活物質中におけるSiOxの含有量が、活物質中に含まれるSiの量で、20質量%以下であることが好ましく、15質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることが更に好ましい。 The content of SiO x in the negative electrode active material is preferably 0.5% by mass or more in terms of Si from the viewpoint of increasing the capacity of the non-aqueous secondary battery and further improving the quick charge characteristics. The content is more preferably at least 2% by mass, and still more preferably at least 2% by mass. When the content of SiO x is large, the initial capacity increases, but the capacity decrease due to charging / discharging tends to increase. Therefore, it is necessary to determine the amount of use based on the balance between the required capacity and the cycle characteristics. Therefore, in order to suppress the capacity decrease due to the charge / discharge due to the volume change of SiO x accompanying the charge / discharge of the battery and improve the cycle characteristics of the battery, the content of SiO x in the negative electrode active material is increased in the active material. Is preferably 20% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, and still more preferably 10% by mass or less.

上記負極合剤層に使用するバインダには、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)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリル酸塩、ポリイミド、ポリアミドイミド、等が好適に用いられる。   Examples of the binder used in the negative electrode mixture layer include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), polyacrylate, polyimide, and polyamide. Imide and the like are preferably used.

また、上記負極合剤層には、更に導電助剤として導電性材料を添加してもよい。導電性材料としては、非水二次電池内において化学変化を起こさないものであれば特に限定されず、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等の各種カーボンブラック、カーボンナノチューブ、炭素繊維等の材料を1種または2種以上用いることができる。   Moreover, you may add a conductive material to the said negative mix layer as a conductive support agent further. The conductive material is not particularly limited as long as it does not cause a chemical change in the non-aqueous secondary battery, and examples thereof include various carbon blacks such as acetylene black and ketjen black, carbon nanotubes, and carbon fibers. 1 type (s) or 2 or more types can be used.

本発明に係る負極は、例えば、負極活物質及びバインダ、更には必要に応じて導電助剤を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)や水等の溶剤に分散させたペースト状やスラリー状の負極合剤含有組成物を調製し(ただし、バインダは溶剤に溶解していてもよい)、これを集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてプレス処理を施す工程を経て製造される。ただし、負極は、上記の製造方法で製造されたものに制限される訳ではなく、他の製造方法で製造されたものであってもよい。   The negative electrode according to the present invention includes, for example, a negative electrode active material and a binder, and further, if necessary, a paste or slurry in which a conductive additive is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or water. A negative electrode mixture-containing composition was prepared (however, the binder may be dissolved in a solvent), applied to one or both sides of the current collector, dried, and then subjected to pressing treatment as necessary. It is manufactured through a process. However, the negative electrode is not limited to those manufactured by the above manufacturing method, and may be manufactured by other manufacturing methods.

上記負極合剤層の厚みは、集電体の片面あたり10〜100μmであることが好ましい。負極合剤層の密度(集電体に積層した単位面積あたりの負極合剤層の質量と、厚みから算出される)は、1.0〜1.9g/cm3であることが好ましい。上記負極合剤層の組成としては、負極活物質の総量が80〜99質量%であることが好ましく、バインダの量が1〜20質量%であることが好ましく、導電助剤を使用する場合には、導電助剤は、負極活物質の総量及びバインダの量が上記の好適値を満足する範囲内で使用することが好ましい。 The thickness of the negative electrode mixture layer is preferably 10 to 100 μm per one side of the current collector. The density of the negative electrode mixture layer (calculated from the mass and thickness of the negative electrode mixture layer per unit area laminated on the current collector) is preferably 1.0 to 1.9 g / cm 3 . As a composition of the said negative mix layer, it is preferable that the total amount of a negative electrode active material is 80-99 mass%, it is preferable that the quantity of a binder is 1-20 mass%, and when using a conductive support agent. Is preferably used in such a range that the total amount of the negative electrode active material and the amount of the binder satisfy the above preferred values.

本発明に係る負極では、負極活物質に含まれるSi元素の負極合剤層の単位面積当たりの含有量は、非水二次電池の急速充電特性をより高める観点から、0.007mg/cm2以上であることが好ましく、0.018mg/cm2以上であることがより好ましく、0.1mg/cm2以上であることが更に好ましい。Si元素の含有量が多すぎると、非水二次電池の初期容量は大きくなるが、電池のサイクル特性が低下する傾向があるため、負極活物質に含まれるSi元素の負極合剤層の単位面積当たりの含有量は、1.5mg/cm2未満であることが好ましく、1mg/cm2未満であることがより好ましく、0.5mg/cm2未満であることが更に好ましい。 In the negative electrode according to the present invention, the content per unit area of the negative electrode mixture layer of Si element contained in the negative electrode active material is 0.007 mg / cm 2 from the viewpoint of further improving the quick charge characteristics of the nonaqueous secondary battery. in is preferably higher, more preferably 0.018 mg / cm 2 or more, more preferably 0.1 mg / cm 2 or more. If the content of Si element is too large, the initial capacity of the non-aqueous secondary battery is increased, but the cycle characteristics of the battery tend to be lowered. Therefore, the unit of the negative electrode mixture layer of Si element contained in the negative electrode active material The content per area is preferably less than 1.5 mg / cm 2 , more preferably less than 1 mg / cm 2 , and still more preferably less than 0.5 mg / cm 2 .

負極の集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタル等を用い得るが、通常、銅箔が用いられる。この負極集電体は、高エネルギー密度の電池を得るために負極全体の厚みを薄くする場合、厚みの上限は30μmであることが好ましく、機械的強度を確保するためには厚みの下限は5μmであることが好ましい。   As the current collector for the negative electrode, a foil made of copper or nickel, a punching metal, a net, an expanded metal or the like can be used, but a copper foil is usually used. In the negative electrode current collector, when the thickness of the entire negative electrode is reduced in order to obtain a battery having a high energy density, the upper limit of the thickness is preferably 30 μm, and the lower limit of the thickness is 5 μm in order to ensure mechanical strength. It is preferable that

<正極>
本発明の非水二次電池に係る正極には、例えば、正極活物質、導電助剤及びバインダ等を含有する正極合剤層を、集電体の片面または両面に有する構造のものが使用できる。
<Positive electrode>
For the positive electrode according to the non-aqueous secondary battery of the present invention, for example, one having a structure having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material, a conductive additive and a binder on one side or both sides of a current collector can be used. .

上記正極活物質としては、Li(リチウム)イオンを吸蔵放出可能なLi含有遷移金属酸化物等が使用される。Li含有遷移金属酸化物としては、従来から知られている非水二次電池に使用されているものが挙げられる。具体的には、LiyCoO2(ただし、0≦y≦1.1である。)、LizNiO2(ただし、0≦z≦1.1である。)、LipMnO2(ただし、0≦p≦1.1である。)、LiqCor2 1-r2(ただし、M2は、Mg、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Al、Ti、Ge及びCrよりなる群から選択される少なくとも1種の金属元素であり、0≦q≦1.1、0<r<1.0である。)、LisNi1-t3 t2(ただし、M3は、Mg、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Al、Ti、Ge及びCrよりなる群から選択される少なくとも1種の金属元素であり、0≦s≦1.1、0<t<1.0である。)、LifMnvNiwCo1-v-w2(ただし、0≦f≦1.1、0<v<1.0、0<w<1.0である。)等の層状構造を有するLi含有遷移金属酸化物等が挙げられ、これらのうちの1種のみを使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 As the positive electrode active material, a Li-containing transition metal oxide capable of occluding and releasing Li (lithium) ions is used. Examples of the Li-containing transition metal oxide include those used in conventionally known non-aqueous secondary batteries. Specifically, Li y CoO 2 (where 0 ≦ y ≦ 1.1), Li z NiO 2 (where 0 ≦ z ≦ 1.1), Li p MnO 2 (wherein is 0 ≦ p ≦ 1.1.), Li q Co r M 2 1-r O 2 ( however, M 2 is, Mg, Mn, Fe, Ni , Cu, Zn, Al, Ti, from Ge and Cr At least one metal element selected from the group consisting of 0 ≦ q ≦ 1.1 and 0 <r <1.0), Li s Ni 1-t M 3 t O 2 (where M 3 is at least one metal element selected from the group consisting of Mg, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Al, Ti, Ge, and Cr, and 0 ≦ s ≦ 1.1, 0 <t < is 1.0.), Li f Mn v Ni w Co 1-vw O 2 ( provided that 0 ≦ f ≦ 1.1,0 <v < 1.0,0 <w <1.0.) Layered structure such as Li-containing transition metal oxides and the like having, may be used only one of these may be used in combination of two or more.

上記バインダとしては、負極のバインダとして先に例示した各種バインダと同じものが使用できる。   As said binder, the same thing as the various binders illustrated previously as a binder of a negative electrode can be used.

また、上記導電助剤としては、例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛等)、人造黒鉛等の黒鉛(黒鉛質炭素材料);アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカ−ボンブラック;炭素繊維;等の炭素材料等が挙げられる。   Examples of the conductive auxiliary include graphite (graphite carbon material) such as natural graphite (flaky graphite, etc.) and artificial graphite; acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black. Carbon black such as carbon fiber; carbon material such as carbon fiber;

本発明に係る正極は、例えば、正極活物質、バインダ及び導電助剤を、NMP等の溶剤に分散させたペースト状やスラリー状の正極合剤含有組成物を調製し(ただし、バインダは溶剤に溶解していてもよい)、これを集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてプレス処理を施す工程を経て製造される。ただし、正極は、上記の製造方法で製造されたものに制限される訳ではなく、他の製造方法で製造されたものであってもよい。   The positive electrode according to the present invention is prepared, for example, by preparing a paste-like or slurry-like positive electrode mixture-containing composition in which a positive electrode active material, a binder, and a conductive additive are dispersed in a solvent such as NMP. It may be dissolved), and this is applied to one or both sides of the current collector, dried, and then subjected to a step of pressing as necessary. However, the positive electrode is not limited to those manufactured by the above manufacturing method, and may be manufactured by other manufacturing methods.

上記正極合剤層の厚みは、例えば、集電体の片面あたり10〜100μmであることが好ましい。上記正極合剤層の密度は、集電体に積層した単位面積あたりの正極合剤層の質量と、厚みとから算出され、3.0〜4.5g/cm3であることが好ましい。上記正極合剤層の組成としては、例えば、正極活物質の量が60〜95質量%であることが好ましく、バインダの量が1〜15質量%であることが好ましく、導電助剤の量が3〜20質量%であることが好ましい。 The thickness of the positive electrode mixture layer is preferably, for example, 10 to 100 μm per one side of the current collector. The density of the positive electrode mixture layer is calculated from the mass and thickness of the positive electrode mixture layer per unit area laminated on the current collector, and is preferably 3.0 to 4.5 g / cm 3 . As the composition of the positive electrode mixture layer, for example, the amount of the positive electrode active material is preferably 60 to 95% by mass, the amount of the binder is preferably 1 to 15% by mass, and the amount of the conductive auxiliary agent is It is preferable that it is 3-20 mass%.

正極の集電体には、従来から知られている非水二次電池の正極に使用されているものと同様のものが使用でき、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはそれらの合金からなる箔、パンチドメタル、エキスパンドメタル、網等が挙げられ、通常、厚みが10〜30μmのアルミニウム箔が好適に用いられる。   As the current collector of the positive electrode, the same one used for the positive electrode of a conventionally known non-aqueous secondary battery can be used, for example, from aluminum, stainless steel, nickel, titanium or an alloy thereof. Foil, punched metal, expanded metal, net, and the like, and aluminum foil having a thickness of 10 to 30 μm is preferably used.

上記の負極と上記の正極とは、後述するセパレータを挟んで積層することで、これらをセパレータを介して対向させた積層電極体や、負極と正極とをセパレータを介して積層した積層体を渦巻状に巻回した巻回電極体として、非水二次電池に使用される。非水二次電池においては、その容量(mAh)を、正極合剤層と負極合剤層との対向面積(セパレータを介して対向する部分の面積。単位:cm2である。)で除して求められる単位面積当たりの容量(以下、「電極対向面積当たりの容量」という。)が、3.3mAh/cm2未満であることが好ましく、3.0mAh/cm2未満であることがより好ましく、2.8mAh/cm2未満であることが更に好ましい。上記の単位面積当たりの容量が小さい非水二次電池を使用することで、非水二次電池の急速充電時の電池電圧の上昇を抑えることができる。ただし、上記の電極対向面積当たりの容量が小さすぎると、非水二次電池のエネルギー密度が低下するため、非水二次電池における上記の電極対向面積当たりの容量は、1mAh/cm2以上であることが好ましい。 The negative electrode and the positive electrode are laminated with a separator, which will be described later, sandwiched between them, and a laminated electrode body in which these are opposed via a separator, or a laminated body in which a negative electrode and a positive electrode are laminated via a separator are spirally wound. As a wound electrode body wound in a shape, it is used for a non-aqueous secondary battery. In a non-aqueous secondary battery, the capacity (mAh) is divided by the facing area between the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer (the area of the portion facing through the separator. Unit: cm 2 ). capacitance per unit area obtained Te (hereinafter, referred to as "capacity per electrode facing area".) of preferably less than 3.3mAh / cm 2, more preferably less than 3.0 mAh / cm 2 More preferably, it is less than 2.8 mAh / cm 2 . By using the non-aqueous secondary battery having a small capacity per unit area, it is possible to suppress an increase in battery voltage during rapid charging of the non-aqueous secondary battery. However, if the capacity per electrode facing area is too small, the energy density of the non-aqueous secondary battery is lowered. Therefore, the capacity per electrode facing area in the non-aqueous secondary battery is 1 mAh / cm 2 or more. Preferably there is.

上記の電極対向面積当たりの容量の算出に使用する非水二次電池の容量は、以下の方法により求められる値である。非水二次電池を、25℃において、1.0Cの電流値で定電流充電し、満充電電圧(後述の実施例では、4.2Vとした。)に達した後に定電圧で充電を行い、合計充電時間が2.5時間となった時点で充電を終了する。充電後の非水二次電池について、0.2Cで放電を行い、放電終止電圧(後述の実施例では、3Vとした。)に達したら放電をやめて放電電気量を求め、この放電電気量を容量とする。   The capacity of the nonaqueous secondary battery used for calculating the capacity per electrode facing area is a value determined by the following method. A non-aqueous secondary battery was charged at a constant current at a current value of 1.0 C at 25 ° C., and charged at a constant voltage after reaching a fully charged voltage (4.2 V in the examples described later). When the total charging time is 2.5 hours, the charging is finished. About the non-aqueous secondary battery after charge, it discharged at 0.2 C, and when discharge final voltage (it was set as 3V in the below-mentioned Example), discharge was stopped and discharge electric energy was calculated | required, and this discharge electric energy was calculated | required. Capacity.

なお、正極が負極より小さく、正極合剤層のすべてが負極合剤層と対向している場合には、電極対向面積当たりの容量は、非水二次電池の容量を正極合剤層の面積で除した値となる。   When the positive electrode is smaller than the negative electrode and all of the positive electrode mixture layer faces the negative electrode mixture layer, the capacity per electrode facing area is the capacity of the nonaqueous secondary battery as the area of the positive electrode mixture layer. The value divided by.

本発明では、正極活物質の質量をP、負極活物質の質量をNとしたとき、P/Nが1.0〜3.6であることが好ましい。P/N比率を3.6以下とすることで、負極活物質の利用率を下げて充電電気容量を制限でき、前述した充放電に伴う負極活物質の体積変化を抑制し、負極活物質粒子の粉砕等によるサイクル特性の低下を抑制することができる。また、P/N比率を1.0以上とすることで、高い電池容量を確保することができる。   In the present invention, when the mass of the positive electrode active material is P and the mass of the negative electrode active material is N, P / N is preferably 1.0 to 3.6. By setting the P / N ratio to 3.6 or less, the utilization rate of the negative electrode active material can be lowered to limit the charge electric capacity, and the volume change of the negative electrode active material accompanying the above-described charge / discharge can be suppressed, and the negative electrode active material particles It is possible to suppress a decrease in cycle characteristics due to pulverization or the like. Moreover, a high battery capacity is securable by making P / N ratio into 1.0 or more.

<セパレータ>
本発明の非水二次電池に係るセパレータとしては、強度が十分で、かつ非水電解質を多く保持できるものがよく、例えば、厚さが5〜50μmで開口率が30〜70%の、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン製の微多孔膜を用いることができる。セパレータを構成する微多孔膜は、例えば、PEのみを使用したものやPPのみを使用したものであってもよく、エチレン−プロピレン共重合体を含んでいてもよく、また、PE製の微多孔膜とPP製の微多孔膜との積層体であってもよい。
<Separator>
As the separator according to the nonaqueous secondary battery of the present invention, a separator having sufficient strength and capable of holding a large amount of nonaqueous electrolyte is preferable. For example, polyethylene having a thickness of 5 to 50 μm and an opening ratio of 30 to 70% A microporous membrane made of polyolefin such as (PE) or polypropylene (PP) can be used. The microporous membrane constituting the separator may be, for example, one using only PE or one using only PP, may contain an ethylene-propylene copolymer, and may be made of PE. A laminate of a membrane and a PP microporous membrane may be used.

また、セパレータとして、融点が140℃以下の樹脂を主体とした多孔質層(A)と、融点が150℃以上の樹脂または耐熱温度が150℃以上の無機フィラーを主体として含む多孔質層(B)とから構成された積層型のセパレータを使用することもできる。上記多孔質層(A)は、主にシャットダウン機能を確保するためのものであり、非水二次電池が多孔質層(A)の主体となる成分である樹脂の融点以上に達したときには、多孔質層(A)に係る樹脂が溶融してセパレータの空孔を塞ぎ、電気化学反応の進行を抑制するシャットダウンを生じる。一方、上記多孔質層(B)は、非水二次電池の内部温度が上昇した際にも正極と負極との直接の接触による短絡を防止する機能を備えたものであり、融点が150℃以上の樹脂または耐熱温度が150℃以上の無機フィラーによって、その機能を確保している。すなわち、電池が高温となった場合には、喩え多孔質層(A)が収縮しても、収縮し難い多孔質層(B)によって、セパレータが熱収縮した場合に発生し得る正負極の直接の接触による短絡を防止できる。また、この耐熱性の多孔質層(B)がセパレータの骨格として作用するため、多孔質層(A)の熱収縮、すなわちセパレータ全体の熱収縮自体も抑制できる。ここで、「融点」とは、日本工業規格(JIS) K 7121の規定に準じて、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度を意味し、「耐熱温度が150℃以上」とは、少なくとも150℃において軟化等の変形が見られないことを意味している。   Further, as a separator, a porous layer (A) mainly composed of a resin having a melting point of 140 ° C. or lower and a porous layer (B) mainly including a resin having a melting point of 150 ° C. or higher or an inorganic filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher. And a laminated separator composed of) can also be used. The porous layer (A) is mainly for ensuring a shutdown function, and when the non-aqueous secondary battery reaches a temperature equal to or higher than the melting point of the resin that is the main component of the porous layer (A), The resin related to the porous layer (A) melts and closes the pores of the separator, thereby causing a shutdown that suppresses the progress of the electrochemical reaction. On the other hand, the porous layer (B) has a function of preventing a short circuit due to direct contact between the positive electrode and the negative electrode even when the internal temperature of the non-aqueous secondary battery rises, and has a melting point of 150 ° C. The function is ensured by the above resin or the inorganic filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher. That is, when the battery becomes high temperature, even if the porous layer (A) shrinks, the porous layer (B) which does not easily shrink can directly generate positive and negative electrodes that can be generated when the separator is thermally contracted. Can prevent short circuit due to contact. Moreover, since this heat-resistant porous layer (B) acts as a skeleton of the separator, thermal contraction of the porous layer (A), that is, thermal contraction of the entire separator itself can be suppressed. Here, the “melting point” means a melting temperature measured using a differential scanning calorimeter (DSC) in accordance with the provisions of Japanese Industrial Standard (JIS) K 7121, and “a heat-resistant temperature is 150 ° C. or higher”. Means that no deformation such as softening is observed at least at 150 ° C.

本発明の非水二次電池に係るセパレータ(ポリオレフィン製の微多孔膜からなるセパレータや、上記積層型のセパレータ)の厚みは、10〜30μmであることがより好ましい。   The thickness of a separator (a separator made of a microporous membrane made of polyolefin or the above laminated separator) according to the nonaqueous secondary battery of the present invention is more preferably 10 to 30 μm.

本発明の非水二次電池の形態としては、特に制限はない。例えば、コイン形、ボタン形、シート形、積層形、円筒形、偏平形、角形、電気自動車等に用いる大型のもの等、いずれであってもよい。   There is no restriction | limiting in particular as a form of the non-aqueous secondary battery of this invention. For example, any of a coin shape, a button shape, a sheet shape, a laminated shape, a cylindrical shape, a flat shape, a square shape, a large size used for an electric vehicle and the like may be used.

また、非水二次電池に正極、負極及びセパレータを導入するにあたっては、電池の形態に応じて、複数の正極と複数の負極とをセパレータを介して積層した積層電極体や、正極と負極とをセパレータを介して積層し、更にこれを渦巻状に巻回した巻回電極体として使用することもできる。   In addition, when introducing the positive electrode, the negative electrode, and the separator into the non-aqueous secondary battery, depending on the form of the battery, a laminated electrode body in which a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes are stacked via a separator, or a positive electrode and a negative electrode Can be used as a wound electrode body obtained by laminating a film through a separator and then winding it in a spiral shape.

以下、本発明の非水二次電池を用いた非水二次電池パックについて図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a non-aqueous secondary battery pack using the non-aqueous secondary battery of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の非水二次電池を用いた非水二次電池パックの一例を表す回路図を示している。図1に示す非水二次電池パックは、非水二次電池100と、PTC(Positive Temperature Coefficient)素子(PTCサーミスタ)101と、保護回路102と、外部端子+IN、−INとを有し、これらがリード線で接続され、非水二次電池100の正極端子及び負極端子から、外部端子+IN及び−INを介して、外部の負荷に対する電力の供給、あるいは外部からの充電が行われる。   FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a non-aqueous secondary battery pack using the non-aqueous secondary battery of the present invention. The non-aqueous secondary battery pack shown in FIG. 1 has a non-aqueous secondary battery 100, a PTC (Positive Temperature Coefficient) element (PTC thermistor) 101, a protection circuit 102, and external terminals + IN and -IN. These are connected by lead wires, and supply of electric power to the external load or charging from the outside is performed from the positive terminal and the negative terminal of the non-aqueous secondary battery 100 via the external terminals + IN and −IN.

上記PTC素子101は、温度の上昇に応じて電流を遮断する機能を有する。上記保護回路102は、放電電流をオン/オフするためのスイッチング素子である電解効果トランジスタ(FET)103aと、充電電流をオン/オフするためのスイッチング素子であるFET103bと、充放電時の電池電圧及びFET103a、103b間の電圧を検出し、該検出した電圧に基づいてFET103a、103bの動作を制御する制御部104とを備え、充放電時の過充電や過放電、過電流から非水二次電池を保護するための機能を有する。   The PTC element 101 has a function of cutting off current in response to a temperature rise. The protection circuit 102 includes a field effect transistor (FET) 103a which is a switching element for turning on / off a discharge current, a FET 103b which is a switching element for turning on / off a charging current, and a battery voltage at the time of charging / discharging. And a control unit 104 that detects the voltage between the FETs 103a and 103b and controls the operation of the FETs 103a and 103b based on the detected voltage. It has a function for protecting the battery.

上記非水二次電池パックは、例えば、図1に示す非水二次電池100、PTC素子101及び保護回路102等の構成要素を、外装体に収容した構造とすることができる。   The non-aqueous secondary battery pack may have a structure in which components such as the non-aqueous secondary battery 100, the PTC element 101, and the protection circuit 102 shown in FIG.

なお、図1では、非水二次電池100を1個有する非水二次電池パックの例を示したが、非水二次電池パックは、要求される容量に応じて非水二次電池100を複数個有していてもよい。   In FIG. 1, an example of a non-aqueous secondary battery pack having one non-aqueous secondary battery 100 is shown. However, the non-aqueous secondary battery pack has a non-aqueous secondary battery 100 according to a required capacity. You may have two or more.

ここで、本明細書においては、電池保護のために充放電電流を制御する機能を提供するように充放電経路(非水二次電池100と外部端子+IN、−INとの間の経路)中に接続される各々の素子を、保護素子という。図1では、PTC素子102、FET103a、FET103bがそれぞれ保護素子に該当し、以下の説明においては、PTC素子102、及びFET103a、103bをまとめて保護素子群105と記述する。保護素子群は、パックやモジュールで外部から電圧を検出する端子間に存在する保護素子の抵抗成分に寄与するもの全体を言う。   Here, in this specification, in the charging / discharging path (path between the nonaqueous secondary battery 100 and the external terminals + IN, −IN) so as to provide a function of controlling the charging / discharging current for battery protection. Each element connected to is referred to as a protection element. In FIG. 1, the PTC element 102, the FET 103 a, and the FET 103 b correspond to protection elements, and in the following description, the PTC element 102 and the FETs 103 a and 103 b are collectively described as a protection element group 105. The protection element group refers to the entire element that contributes to the resistance component of the protection element existing between terminals for detecting voltage from the outside by a pack or module.

通常、非水二次電池パックの定電流−定電圧充電では、定電圧充電期間における単位時間当たりの充電容量よりも、定電流充電期間における単位時間当たりの容量が大きい。よって、定電流充電できる領域を大きくし、かつ充電電流を高めることで非水二次電池パックの充電開始から満充電状態にするまでの時間を大幅に短縮できる。   Usually, in the constant current-constant voltage charging of the nonaqueous secondary battery pack, the capacity per unit time in the constant current charging period is larger than the charging capacity per unit time in the constant voltage charging period. Therefore, the time from the start of charging the non-aqueous secondary battery pack to the fully charged state can be greatly shortened by increasing the region where constant current charging is possible and increasing the charging current.

本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、リチウムと合金化可能な元素を含む材料を負極活物質として含む非水二次電池を用いて容量1.5Ahの電池パックを作製し、保護素子の各々の実際のインピーダンスを非水二次電池による電流に影響する割合に対応させて合計した値(以下、保護素子群インピーダンスという。)を0.08Ωから0.015Ωに変更し、1.5Cの電流値で充電すると、定電流充電で電池パック容量の80%まで充電できることを見出した。そして、この知見に基づいて、保護素子群インピーダンスと非水二次電池の容量とを特定の関係に調整することで、充電時の非水二次電池パックの電圧上昇を小さくし、また、通常では想定できないほどの定電流充電領域を確保し、充電時に電流の減衰を極力抑えることを可能にして、強制的に冷却する等の特別の操作を要することなく、その急速充電特性を大きく高め、例えば1C以下の電流値で充電する従来の方式に比べて、充電開始から満充電状態にするまでの時間を大きく短縮化できることを見出した。   As a result of extensive studies by the present inventors, a battery pack having a capacity of 1.5 Ah was produced using a non-aqueous secondary battery containing a material containing an element that can be alloyed with lithium as a negative electrode active material. The total impedance (hereinafter referred to as the protection element group impedance) corresponding to the ratio of the current impedance due to the non-aqueous secondary battery is changed from 0.08Ω to 0.015Ω, and 1.5C It has been found that when charging at a current value, it can be charged up to 80% of the battery pack capacity by constant current charging. Based on this knowledge, the voltage rise of the non-aqueous secondary battery pack during charging is reduced by adjusting the protection element group impedance and the capacity of the non-aqueous secondary battery to a specific relationship. In such a case, it is possible to secure a constant current charging area that cannot be assumed, and to suppress the attenuation of current as much as possible during charging, greatly increasing its rapid charging characteristics without requiring special operations such as forced cooling, For example, it has been found that the time from the start of charging to the fully charged state can be greatly shortened as compared with the conventional method of charging at a current value of 1 C or less.

本発明の非水二次電池を用いた非水二次電池パックでは、保護素子群インピーダンスをPR(Ω)とし、非水二次電池の容量をQ(Ah)としたとき、保護素子インピーダンス容量指数はPR/Q(Ω/Ah)と表される。この保護素子インピーダンス容量指数PR/Qは、0.03以下が好ましく、0.02以下がより好ましく、0.012以下がさらに好ましい。保護素子インピーダンス容量指数を上記の値とすることで、非水二次電池パックの充電時における定電流充電時間を長くすることができ、急速充電特性を高めることができる。   In the non-aqueous secondary battery pack using the non-aqueous secondary battery of the present invention, when the protective element group impedance is PR (Ω) and the capacity of the non-aqueous secondary battery is Q (Ah), the protective element impedance capacity The index is expressed as PR / Q (Ω / Ah). The protective element impedance capacity index PR / Q is preferably 0.03 or less, more preferably 0.02 or less, and still more preferably 0.012 or less. By setting the protective element impedance capacity index to the above value, the constant current charging time during charging of the non-aqueous secondary battery pack can be extended, and the rapid charging characteristics can be improved.

また、上記非水二次電池パックに用いた本発明の非水二次電池のインピーダンスをCR(Ω)とし、非水二次電池の容量をQ(Ah)としたとき、非水二次電池インピーダンス容量指数は、CR/Q(Ω/Ah)と表される。ここで、電池が複数並列で制御される場合は、CRおよびQは、並列制御される電池全体のインピーダンスおよび容量として表される。この非水二次電池インピーダンス容量指数CR/Qは、0.04以下であることが好ましく、0.03以下がより好ましく、0.025以下がさらに好ましい。非水二次電池インピーダンス容量指数を上記の値とすることで、非水二次電池の抵抗成分が小さくなり、非水二次電池パックの充電時における定電流充電時間を長くすることができ、急速充電特性を高めることができる。   Further, when the impedance of the non-aqueous secondary battery of the present invention used for the non-aqueous secondary battery pack is CR (Ω) and the capacity of the non-aqueous secondary battery is Q (Ah), the non-aqueous secondary battery The impedance capacity index is expressed as CR / Q (Ω / Ah). Here, when a plurality of batteries are controlled in parallel, CR and Q are expressed as impedance and capacity of the whole battery controlled in parallel. The non-aqueous secondary battery impedance capacity index CR / Q is preferably 0.04 or less, more preferably 0.03 or less, and further preferably 0.025 or less. By setting the non-aqueous secondary battery impedance capacity index to the above value, the resistance component of the non-aqueous secondary battery is reduced, and the constant current charging time during charging of the non-aqueous secondary battery pack can be extended, Rapid charging characteristics can be enhanced.

上記保護素子インピーダンス容量指数PR/Qは小さいほど好ましいが、技術的な限界もあることから、通常は0.002以上である。同様に、上記非水二次電池インピーダンス容量指数CR/Qも小さいほど好ましいが、技術的な限界もあることから、通常は0.001以上である。   The protective element impedance capacity index PR / Q is preferably as small as possible, but is usually 0.002 or more because of technical limitations. Similarly, the non-aqueous secondary battery impedance capacity index CR / Q is preferably as small as possible, but is usually 0.001 or more because of technical limitations.

また、上記保護素子インピーダンス容量指数PR/Qまたは上記非水二次電池インピーダンス容量指数CR/Qを算出するためのインピーダンスZには、LCRメータを用いて、25℃、1kHzの条件で測定される値を用いる。   The impedance Z for calculating the protective element impedance capacity index PR / Q or the non-aqueous secondary battery impedance capacity index CR / Q is measured using an LCR meter at 25 ° C. and 1 kHz. Use the value.

また、上記保護素子インピーダンス容量指数PR/Qまたは上記非水二次電池インピーダンス容量指数CR/Qを算出するための非水二次電池の容量Qには、以下の方法により求められる値を用いる。すなわち、非水二次電池を、25℃において、1.0Cの電流値で定電流充電し、満充電電圧(実施例では4.2V)に達した後に定電圧で充電を行い、合計充電時間が2.5時間となった時点で充電を終了する。充電後の非水二次電池について、0.2Cで放電を行い、放電終止電圧(実施例では、3V)に達したら放電をやめて放電電気量を求め、この放電電気量を容量Qとする。   Moreover, the value calculated | required with the following method is used for the capacity | capacitance Q of the non-aqueous secondary battery for calculating the said protection element impedance capacity index PR / Q or the said non-aqueous secondary battery impedance capacity index CR / Q. That is, a non-aqueous secondary battery was charged at a constant current at a current value of 1.0 C at 25 ° C., charged at a constant voltage after reaching a full charge voltage (4.2 V in the example), and the total charge time When the battery reaches 2.5 hours, charging is terminated. About the non-aqueous secondary battery after charge, it discharges at 0.2C, and when discharge end voltage (3V in an Example) is reached | attained, discharge is stopped | required and discharge electric charge is calculated | required, and this discharge electric charge is made into the capacity | capacitance Q.

上記保護素子インピーダンス容量指数PR/Qは、保護素子群インピーダンスPRと、非水二次電池の容量Qとをそれぞれ調節することで調整できる。非水二次電池の容量Qの調節方法としては種々の方法が知られているが、本発明では、これらを本発明の効果を損なわない範囲で採用できる。なお、本発明の非水二次電池では、上述したように、従来の負極活物質として汎用されている炭素材料よりも高容量の、例えばSiOxやSiOxと炭素材料との複合体を負極活物質の少なくとも一部に使用するが、これも、非水二次電池の容量の調節方法として挙げられる。 The protective element impedance capacity index PR / Q can be adjusted by adjusting the protective element group impedance PR and the capacity Q of the non-aqueous secondary battery, respectively. Various methods are known as methods for adjusting the capacity Q of the non-aqueous secondary battery. In the present invention, these methods can be employed as long as the effects of the present invention are not impaired. In the non-aqueous secondary battery of the present invention, as described above, the negative electrode is made of, for example, SiO x or a composite of SiO x and a carbon material having a higher capacity than a carbon material widely used as a conventional negative electrode active material. Although used for at least a part of the active material, this is also mentioned as a method for adjusting the capacity of the non-aqueous secondary battery.

また、上記保護素子群インピーダンスPRの調節方法としては、保護素子であるPTC素子、保護回路に含まれるFETのそれぞれについて、抵抗値の小さなものを使用する方法が挙げられる。例えば、PTC素子やFETについては、従来の携帯電話用の非水二次電池パック(1C以下の電流値で1時間程度充電すれば満充電状態とし得る程度の容量の非水二次電池パック)で採用されているものよりも低い抵抗値のものを選択することが好ましい。特にFETに抵抗値の低いものを使用するか、あるいは、FETを並列接続して経路全体として抵抗を下げることにより、非水二次電池パック全体のインピーダンス低下に大きく寄与することができる。   Moreover, as a method for adjusting the protection element group impedance PR, there is a method of using a PTC element as a protection element and a FET having a small resistance value for each of the FETs included in the protection circuit. For example, for PTC elements and FETs, conventional non-aqueous secondary battery packs for mobile phones (non-aqueous secondary battery packs with a capacity that can be fully charged if charged for about 1 hour at a current value of 1 C or less) It is preferable to select one having a resistance value lower than that employed in the above. In particular, by using a FET having a low resistance value, or by connecting FETs in parallel to lower the resistance of the entire path, it is possible to greatly contribute to a reduction in impedance of the entire non-aqueous secondary battery pack.

前述の通り、非水二次電池パックの急速充電特性を高めるには、定電流−定電圧充電において、充電電流値を高めると共に、定電流充電により充電可能な領域を大きくすることが好ましい。具体的には、定電流充電により充電可能な容量が、非水二次電池パックの容量の60%を超えることが好ましい、より好ましくは70%である。   As described above, in order to improve the quick charge characteristics of the non-aqueous secondary battery pack, it is preferable to increase the charging current value in the constant current-constant voltage charging and to increase the chargeable region by the constant current charging. Specifically, the capacity that can be charged by constant current charging is preferably more than 60%, more preferably 70%, of the capacity of the non-aqueous secondary battery pack.

また、上記非水二次電池パックは、1.5Cの電流値で充電したときに得られる電圧(mV)−SOC(規格容量に対する充電容量の比率)(%)曲線の、SOC40%における傾きk40が小さいことが好ましい。傾きk40は、電圧−SOC曲線のSOC40%における接線を、SOC35%からSOC45%まで延長し、それぞれのSOCにおける電圧の差を求めて、その値を、SOC10%の変化に対する電圧上昇の値(mV)として表される。従って本明細書では、傾きk40を、電圧上昇の値(mV)/10%SOCと記述する。   The non-aqueous secondary battery pack has a slope k40 at a SOC of 40% of a voltage (mV) -SOC (ratio of charge capacity to standard capacity) (%) curve obtained when charged at a current value of 1.5 C. Is preferably small. The slope k40 is obtained by extending a tangent line at SOC 40% of the voltage-SOC curve from SOC 35% to SOC 45%, obtaining a voltage difference at each SOC, and calculating the value as a voltage increase value (mV) with respect to a change in SOC 10%. ). Therefore, in this specification, the slope k40 is described as a voltage increase value (mV) / 10% SOC.

上記傾きk40の値は小さいほど、非水二次電池パックの定電流充電における電圧上昇が小さいので、充電可能な容量がより大きいことを意味する。従って、傾きk40の値をより小さくすることで、非水二次電池パックの急速充電特性を向上できる。傾きk40は、具体的には、90mV/10%SOC以下であることが好ましく、より好ましくは50mV/10%SOC以下、さらに好ましくは10mV/10%SOC以下である。また、傾きk40は、通常は1mV/10%SOCより大きくなる。   It means that the smaller the value of the slope k40, the larger the chargeable capacity because the voltage increase in constant current charging of the non-aqueous secondary battery pack is small. Therefore, the quick charge characteristic of the nonaqueous secondary battery pack can be improved by reducing the value of the slope k40. Specifically, the slope k40 is preferably 90 mV / 10% SOC or less, more preferably 50 mV / 10% SOC or less, still more preferably 10 mV / 10% SOC or less. Further, the inclination k40 is usually larger than 1 mV / 10% SOC.

上記傾きk40は、非水二次電池パックを構成する非水二次電池に係る負極活物質に、リチウムと合金化可能な元素を含む材料、特にSiOxを使用することで小さくできる。また、上記SiOxを負極活物質に用いる場合、負極活物質に含まれるSiの負極合剤層の単位面積当たりの含有量を、前述の値に調節することで、上記傾きk40をより良好に調整できる。 The inclination k40 can be reduced by using a material containing an element that can be alloyed with lithium, particularly SiO x , as the negative electrode active material for the non-aqueous secondary battery constituting the non-aqueous secondary battery pack. In addition, when the above SiO x is used for the negative electrode active material, the slope k40 can be improved more by adjusting the content per unit area of the negative electrode mixture layer of Si contained in the negative electrode active material to the above value. Can be adjusted.

このように本発明の非水二次電池を用いた非水二次電池パックは、容量を高めつつ、良好な急速充電特性を確保し得ることから、これらの特性を生かして、小型で多機能な携帯機器の電源を始めとして、従来から知られている非水二次電池パックが適用されている各種用途に好ましく用いることができる。例えば、本発明の非水二次電池を用いた非水二次電池パックを、従来から汎用されている充電装置(定電流定電圧充電装置、パルス充電装置等)に設置した場合、急速充電可能な充電システムを構成でき、また、かかる充電システムによって、急速充電可能な充電方法を実施することができる。   As described above, the non-aqueous secondary battery pack using the non-aqueous secondary battery of the present invention can secure good quick charge characteristics while increasing the capacity. It can be preferably used for various uses to which a conventionally known non-aqueous secondary battery pack is applied, including the power source of portable devices. For example, when the non-aqueous secondary battery pack using the non-aqueous secondary battery of the present invention is installed in a conventional charging device (constant current / constant voltage charging device, pulse charging device, etc.), rapid charging is possible. It is possible to configure a simple charging system, and it is possible to implement a charging method capable of rapid charging with such a charging system.

以下、実施例を用いて本発明を詳細に述べる。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail using examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
<正極の作製>
正極活物質であるLiCoO2:80質量部及びLiMn0.2Ni0.6Co0.22:20質量部と、導電助剤である人造黒鉛:1質量部及びケッチェンブラック:1質量部と、バインダであるPVDF:10質量部とを、溶媒であるNMPに均一になるように混合して正極合剤含有ペーストを調製した。そして、得られた正極合剤含有ペーストを、厚みが15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に厚みを調節して間欠塗布して乾燥させた後、カレンダー処理を行って、全厚が120μmになるように正極合剤層の厚みを調整し、幅が54.5mmになるように切断して正極を作製した。更にこの正極のアルミニウム箔の露出部にタブを溶接してリード部を形成した。
Example 1
<Preparation of positive electrode>
LiCoO 2 as positive electrode active material: 80 parts by mass and LiMn 0.2 Ni 0.6 Co 0.2 O 2 : 20 parts by mass, artificial graphite as conductive aid: 1 part by mass and Ketjen black: 1 part by mass, binder PVDF: 10 parts by mass was mixed with NMP as a solvent uniformly to prepare a positive electrode mixture-containing paste. Then, the obtained positive electrode mixture-containing paste was intermittently applied and dried on both sides of a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, and then calendered to give a total thickness of 120 μm. Then, the thickness of the positive electrode mixture layer was adjusted so that the width was 54.5 mm, and a positive electrode was produced. Further, a tab was welded to the exposed portion of the aluminum foil of the positive electrode to form a lead portion.

<負極の作製>
負極活物質である平均粒子径D50:5μmのSiOx/炭素複合体と平均粒子径D50が16μmである黒鉛質炭素とを5:95の質量比で混合した混合物:98質量部と、バインダである粘度が1500〜5000mPa・sの範囲に調整された1質量%の濃度のCMC水溶液:1.0質量部及びSBR:1.0質量部とを、溶媒である比伝導度が2.0×105Ω/cm以上のイオン交換水に混合して水系の負極合剤含有ペーストを調製した。
<Production of negative electrode>
Negative electrode active material in which the mean particle size D 50: mixture SiO x / carbon composite and an average particle diameter D 50 of 5μm was mixed with graphitic carbon is 16μm at a weight ratio 5:95: 98 parts by weight, A binder having a viscosity of 1500 to 5000 mPa · s and a CMC aqueous solution having a concentration of 1% by mass: 1.0 part by mass and SBR: 1.0 part by mass, and a specific conductivity of 2. A water-based negative electrode mixture-containing paste was prepared by mixing with ion exchange water of 0 × 10 5 Ω / cm or more.

上記SiOx/炭素複合体における炭素の被覆量は20質量%であり、測定レーザ波長532nmにおけるラマンスペクトルのI510/I1343強度比は0.10であり、CuKα線を用いたSiOxのX線回折測定でのSi(111)回折ピーク半値幅は1.0°であった。 The coating amount of carbon in the SiO x / carbon composite is 20% by mass, the I 510 / I 1343 intensity ratio of the Raman spectrum at a measurement laser wavelength of 532 nm is 0.10, and X of SiO x using CuKα rays The half width of the Si (111) diffraction peak in the line diffraction measurement was 1.0 °.

次に、上記負極合剤含有ペーストを、厚みが8μmの銅箔からなる集電体の両面に厚みを調節して間欠塗布して乾燥させた後、カレンダー処理を行って、全厚が108μmになるように負極合剤層の厚みを調整し、幅が55.5mmになるように切断して負極を作製した。更にこの負極の銅箔の露出部にタブを溶接してリード部を形成した。   Next, the negative electrode mixture-containing paste was intermittently applied and dried on both sides of a current collector made of a copper foil having a thickness of 8 μm, and then subjected to a calendering treatment to a total thickness of 108 μm. The thickness of the negative electrode mixture layer was adjusted so that the width was 55.5 mm, and a negative electrode was produced. Further, a tab was welded to the exposed portion of the copper foil of the negative electrode to form a lead portion.

上記負極における負極合剤層の面積は599cm2であり、負極活物質に含まれるSi元素の負極合剤層の単位面積当たりの含有量は、0.14mg/cm2であった。 Area of the negative electrode mixture layer in the negative electrode is 599Cm 2, the content per unit area of the negative electrode mixture layer of Si element contained in the negative electrode active material was 0.14 mg / cm 2.

<セパレータの作製>
平均粒子径D50が1μmのベーマイト5kgに、イオン交換水5kgと、分散剤(水系ポリカルボン酸アンモニウム塩、固形分濃度40質量%)0.5kgとを加え、内容積20L、転回数40回/分のボールミルで10時間解砕処理をして分散液を調製した。処理後の分散液を120℃で真空乾燥し、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したところ、ベーマイトの形状はほぼ板状であった。
<Preparation of separator>
To 5 kg of boehmite having an average particle diameter D 50 of 1 μm, 5 kg of ion-exchanged water and 0.5 kg of a dispersant (aqueous polycarboxylic acid ammonium salt, solid content concentration of 40% by mass) are added, and the internal volume is 20 L and the number of turns is 40 times. A dispersion was prepared by pulverizing with a ball mill for 10 hours per minute. The treated dispersion was vacuum-dried at 120 ° C. and observed with a scanning electron microscope (SEM). As a result, the boehmite was almost plate-shaped.

上記分散液500gに、増粘剤としてキサンタンガムを0.5g、バインダとして樹脂バインダディスパージョン(変性ポリブチルアクリレート、固形分含量45質量%)を17g加え、撹拌機で3時間攪拌して均一なスラリー[多孔質層(B)形成用スラリー、固形分比率50質量%]を調製した。   To 500 g of the above dispersion, 0.5 g of xanthan gum as a thickener and 17 g of resin binder dispersion (modified polybutyl acrylate, solid content 45% by mass) as a binder are added and stirred for 3 hours with a stirrer to form a uniform slurry. [Slurry for forming porous layer (B), solid content ratio 50 mass%] was prepared.

次に、非水二次電池用PE製微多孔質セパレータ[多孔質層(A):厚み12μm、空孔率40%、平均孔径0.08μm、PEの融点135℃]の片面にコロナ放電処理(放電量40W・min/m2)を施し、この処理面に多孔質層(B)形成用スラリーをマイクログラビアコーターによって塗布し、乾燥して厚みが4μmの多孔質層(B)を形成して、積層型のセパレータを得た。このセパレータにおける多孔質層(B)の単位面積あたりの質量は5.5g/m2で、ベーマイトの体積含有率は95体積%であり、空孔率は45%であった。 Next, a microporous separator made of PE for a non-aqueous secondary battery [porous layer (A): thickness 12 μm, porosity 40%, average pore diameter 0.08 μm, PE melting point 135 ° C.], corona discharge treatment on one side. (Discharge amount 40 W · min / m 2 ) is applied, and a slurry for forming a porous layer (B) is applied to the treated surface by a micro gravure coater and dried to form a porous layer (B) having a thickness of 4 μm. Thus, a laminated separator was obtained. The mass per unit area of the porous layer (B) in this separator was 5.5 g / m 2 , the boehmite volume content was 95% by volume, and the porosity was 45%.

<非水電解液の調製>
EC、MEC及びDECを体積比1:0.5:1.5で混合した混合溶媒に、電解質塩としてLiPF6を濃度1.1mol/dm3で溶解させて、更に、VC、FEC及びEDPA、シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩であるLiPF2(C242を、それぞれ2.5質量%、1.75質量%及び1.00質量%,1.00質量%となる量で加えて、非水電解液を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
LiPF 6 as an electrolyte salt is dissolved at a concentration of 1.1 mol / dm 3 in a mixed solvent in which EC, MEC and DEC are mixed at a volume ratio of 1: 0.5: 1.5, and VC, FEC and EDPA, LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 , which is a fluorine-containing organometallic salt having an oxalic acid group, amounts to 2.5% by mass, 1.75% by mass, 1.00% by mass, and 1.00% by mass, respectively. In addition, a non-aqueous electrolyte was prepared.

<電池の組み立て>
上記の正極と上記の負極とを、上記のセパレータの多孔質層(B)が正極に面するように介在させつつ重ね、渦巻状に巻回して巻回電極体を作製した。得られた巻回電極体を押しつぶして扁平状にし、厚み5mm、幅42mm、高さ61mmのアルミニウム合金製外装缶に入れ、上記の非水電解液を注入した。そして、非水電解液の注入後に外装缶の封止を行って、図2A、Bに示す構造で、図3に示す外観の非水二次電池を作製した。
<Battery assembly>
The above-described positive electrode and the above-described negative electrode were overlapped with each other so that the porous layer (B) of the separator faced the positive electrode, and wound in a spiral shape to produce a wound electrode body. The obtained wound electrode body was crushed into a flat shape, put into an aluminum alloy outer can having a thickness of 5 mm, a width of 42 mm, and a height of 61 mm, and the above non-aqueous electrolyte was injected. Then, after injecting the non-aqueous electrolyte, the outer can was sealed, and a non-aqueous secondary battery having the appearance shown in FIG. 3 with the structure shown in FIGS. 2A and 2B was produced.

ここで、図2A、B及び図3に示す電池について説明すると、図2Aは平面図、図2Bは断面図であって、図2Bに示すように、正極1と負極2は、セパレータ3を介して渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状の巻回電極体6として、角筒形の外装缶4に非水電解液と共に収容されている。ただし、図2Bでは、煩雑化を避けるため、正極1や負極2の作製にあたって使用した集電体としての金属箔や電解液等は図示していない。また、セパレータの各層も区別して示していない。   Here, the battery shown in FIGS. 2A, 2B and 3 will be described. FIG. 2A is a plan view, FIG. 2B is a cross-sectional view, and as shown in FIG. After being wound in a spiral shape, it is pressurized so as to be flat and is accommodated in a rectangular tube-shaped outer can 4 together with a non-aqueous electrolyte as a flat wound electrode body 6. However, in FIG. 2B, in order to avoid complication, the metal foil, the electrolytic solution, and the like as the current collector used in the production of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are not illustrated. Also, the separator layers are not shown separately.

外装缶4はアルミニウム合金製で電池の外装体を構成するものであり、この外装缶4は正極端子を兼ねている。そして、外装缶4の底部にはPEシートからなる絶縁体5が配置され、正極1、負極2及びセパレータ3からなる扁平状の巻回電極体6からは、正極1及び負極2のそれぞれ一端に接続された正極リード体7と負極リード体8が引き出されている。また、外装缶4の開口部を封口するアルミニウム合金製の封口用蓋板9にはPP製の絶縁パッキング10を介してステンレス鋼製の端子11が取り付けられ、この端子11には絶縁体12を介してステンレス鋼製のリード板13が取り付けられている。   The outer can 4 is made of an aluminum alloy and constitutes an outer casing of the battery. The outer can 4 also serves as a positive electrode terminal. And the insulator 5 which consists of PE sheets is arrange | positioned at the bottom part of the armored can 4, From the flat wound electrode body 6 which consists of the positive electrode 1, the negative electrode 2, and the separator 3, it is in each one end of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 The connected positive electrode lead body 7 and negative electrode lead body 8 are drawn out. A stainless steel terminal 11 is attached to a sealing lid plate 9 made of aluminum alloy for sealing the opening of the outer can 4 through a PP insulating packing 10, and an insulator 12 is attached to the terminal 11. A stainless steel lead plate 13 is attached.

そして、蓋板9は外装缶4の開口部に挿入され、両者の接合部を溶接することによって、外装缶4の開口部が封口され、電池内部が密閉されている。また、図2A、Bの電池では、蓋板9に非水電解液注入口14が設けられており、この非水電解液注入口14には、封止部材が挿入された状態で、例えばレーザ溶接等により溶接封止されて、電池の密閉性が確保されている。従って、図2A、B及び図3の電池では、実際には、非水電解液注入口14は、非水電解液注入口と封止部材であるが、説明を容易にするために、非水電解液注入口14として示している。更に、蓋板9には、電池の温度が上昇した際に内部のガスを外部に排出する機構として、開裂ベント15が設けられている。   And the cover plate 9 is inserted in the opening part of the armored can 4, and the opening part of the armored can 4 is sealed by welding the junction part of both, and the inside of a battery is sealed. 2A and 2B, the lid plate 9 is provided with a non-aqueous electrolyte inlet 14, and a sealing member is inserted into the non-aqueous electrolyte inlet 14, for example, a laser. The battery is hermetically sealed by welding or the like, so that the battery is sealed. Therefore, in the batteries of FIGS. 2A, 2B, and 3, the non-aqueous electrolyte inlet 14 is actually a non-aqueous electrolyte inlet and a sealing member. An electrolyte inlet 14 is shown. Further, the lid plate 9 is provided with a cleavage vent 15 as a mechanism for discharging the internal gas to the outside when the temperature of the battery rises.

この実施例1の非水二次電池では、正極リード体7を蓋板9に直接溶接することによって外装缶4と蓋板9とが正極端子として機能し、負極リード体8をリード板13に溶接し、そのリード板13を介して負極リード体8と端子11とを導通させることによって端子11が負極端子として機能するようになっているが、外装缶4の材質等によっては、その正負が逆になる場合もある。   In the nonaqueous secondary battery of Example 1, the outer can 4 and the cover plate 9 function as a positive electrode terminal by directly welding the positive electrode lead body 7 to the cover plate 9, and the negative electrode lead body 8 is connected to the lead plate 13. The terminal 11 functions as a negative electrode terminal by welding and connecting the negative electrode lead body 8 and the terminal 11 through the lead plate 13, but depending on the material of the outer can 4, the sign may be positive or negative. It may be the opposite.

図3は、上記図2A、Bに示す電池の外観を模式的に示す斜視図である。この図3は上記電池が角形電池であることを示すことを目的として図示されたものであって、図3では電池を概略的に示しており、電池を構成する部材のうち、特定のものしか図示していない。また、図2Bにおいても、巻回電極体6の中央部及びセパレータ3には、断面を示すハッチングを表示していない。   FIG. 3 is a perspective view schematically showing the appearance of the battery shown in FIGS. 2A and 2B. FIG. 3 is shown for the purpose of showing that the battery is a square battery. FIG. 3 schematically shows the battery, and only specific members among the members constituting the battery are shown. Not shown. Also, in FIG. 2B, the central portion of the spirally wound electrode body 6 and the separator 3 are not displayed with hatching indicating a cross section.

上記実施例1の非水二次電池について、容量は1.58Ah、電極対向面積当たりの容量は2.8mAh/cm2、インピーダンスは0.033Ω、インピーダンス容量指数は0.021Ω/Ahであった。 Regarding the nonaqueous secondary battery of Example 1, the capacity was 1.58 Ah, the capacity per electrode facing area was 2.8 mAh / cm 2 , the impedance was 0.033Ω, and the impedance capacity index was 0.021Ω / Ah. .

また、実施例1の非水二次電池について、電池形成後に、アルゴンドライボックス中で放電後分解し、DECで洗浄、真空乾燥後負極のXPS分析を行った。このXPS分析は、使用機器として、アルバック・ファイ社製のX線光電子分光分析装置“ESCA5500MC”を用い、分析アパーチャー径は直径800μm、X線源はMgKα400W(15kV)、光電子取出角は45度とし、中和銃は使用せずに行った。その結果、284−285eV付近のCの1Sスペクトルの強度I285と684−686eV付近のFの1Sスペクトルの強度I685との強度比I685/I285は、0.5であった。また、288eVにピークが検出された。 In addition, the nonaqueous secondary battery of Example 1 was decomposed after discharge in an argon dry box after battery formation, washed with DEC, vacuum dried, and then subjected to XPS analysis of the negative electrode. In this XPS analysis, an X-ray photoelectron spectrometer “ESCA5500MC” manufactured by ULVAC-PHI is used as an instrument, an analysis aperture diameter is 800 μm, an X-ray source is MgKα400W (15 kV), and a photoelectron extraction angle is 45 degrees. , Went without using a neutralizing gun. As a result, the intensity ratio I 685 / I 285 between the intensity I 285 of the 1S spectrum of C near 284-285 eV and the intensity I 685 of the 1S spectrum of F near 684-686 eV was 0.5. A peak was detected at 288 eV.

<非水二次電池パックの組み立て>
上記の実施例1の非水二次電池と、抵抗値が0.01ΩのFET2個が並列に接続された保護回路と、抵抗値が0.01ΩのPTC素子とを使用し、これらを図1に示すようにリード線で接続し、外装体に収容して実施例1の非水二次電池パックを組み立てた。
<Assembly of non-aqueous secondary battery pack>
The non-aqueous secondary battery of Example 1 described above, a protection circuit in which two FETs having a resistance value of 0.01Ω are connected in parallel, and a PTC element having a resistance value of 0.01Ω are used. The non-aqueous secondary battery pack of Example 1 was assembled by connecting with lead wires and housed in an exterior body.

上記実施例1の非水二次電池パックについて、保護素子群インピーダンスは0.018Ω、保護素子インピーダンス容量指数は0.011Ω/Ahであった。   Regarding the nonaqueous secondary battery pack of Example 1, the protective element group impedance was 0.018Ω, and the protective element impedance capacity index was 0.011Ω / Ah.

(実施例2)
シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩であるLiPF2(C242の含有量を、0.3質量%に変更した以外は実施例1と同様にして、実施例2の非水二次電池を作製した。
(Example 2)
The non-aqueous solution of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the content of LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 , which is a fluorine-containing organometallic salt having an oxalic acid group, was changed to 0.3% by mass. A secondary battery was produced.

上記実施例2の非水二次電池について、容量は1.58Ah、電極対向面積当たりの容量は2.8mAh/cm2、インピーダンスは0.033Ω、インピーダンス容量指数は0.021Ω/Ahであった。また、電池形成後に、実施例1と同様に負極のXPS分析を行ったところ、284−285eV付近のCの1Sスペクトルの強度I285と684−686eV付近のFの1Sスペクトルの強度I685との強度比I685/I285は、0.6であった。 Regarding the nonaqueous secondary battery of Example 2, the capacity was 1.58 Ah, the capacity per electrode facing area was 2.8 mAh / cm 2 , the impedance was 0.033Ω, and the impedance capacity index was 0.021Ω / Ah. . Further, after the battery formation, the XPS analysis of the negative electrode was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the 1S spectrum intensity I 285 in the vicinity of 284-285 eV and the 1S spectrum intensity I 685 in the vicinity of 684-686 eV were obtained. The intensity ratio I 685 / I 285 was 0.6.

また、上記実施例2の非水二次電池を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例2の非水二次電池パックを作製した。   A nonaqueous secondary battery pack of Example 2 was produced in the same manner as Example 1 except that the nonaqueous secondary battery of Example 2 was used.

上記実施例2の非水二次電池パックについて、保護素子群インピーダンスは0.018Ω、保護素子インピーダンス容量指数は0.011Ω/Ahであった。   Regarding the nonaqueous secondary battery pack of Example 2, the protective element group impedance was 0.018Ω, and the protective element impedance capacity index was 0.011Ω / Ah.

(実施例3)
シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩として、LiPF2(C242に代えて、LiBF2(C24)を用いた以外は実施例2と同様にして、実施例3の非水二次電池を作製した。
(Example 3)
Example 3 is the same as Example 2 except that LiBF 2 (C 2 O 4 ) is used instead of LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 as the fluorine-containing organometallic salt having an oxalic acid group. A non-aqueous secondary battery was produced.

上記実施例3の非水二次電池について、容量は1.58Ah、電極対向面積当たりの容量は2.8mAh/cm2、インピーダンスは0.033Ω、インピーダンス容量指数は0.021Ω/Ahであった。また、電池形成後に、実施例1と同様に負極のXPS分析を行ったところ、284−285eV付近のCの1Sスペクトルの強度I285と684−686eV付近のFの1Sスペクトルの強度I685との強度比I685/I285は、0.7であった。 Regarding the nonaqueous secondary battery of Example 3, the capacity was 1.58 Ah, the capacity per electrode facing area was 2.8 mAh / cm 2 , the impedance was 0.033Ω, and the impedance capacity index was 0.021Ω / Ah. . Further, after the battery formation, the XPS analysis of the negative electrode was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the 1S spectrum intensity I 285 in the vicinity of 284-285 eV and the 1S spectrum intensity I 685 in the vicinity of 684-686 eV were obtained. The intensity ratio I 685 / I 285 was 0.7.

また、上記実施例3の非水二次電池を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例3の非水二次電池パックを作製した。   A nonaqueous secondary battery pack of Example 3 was produced in the same manner as Example 1 except that the nonaqueous secondary battery of Example 3 was used.

上記実施例3の非水二次電池パックについて、保護素子群インピーダンスは0.018Ω、保護素子インピーダンス容量指数は0.011Ω/Ahであった。   For the nonaqueous secondary battery pack of Example 3, the protective element group impedance was 0.018Ω, and the protective element impedance capacity index was 0.011Ω / Ah.

(実施例4)
シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩として、LiPF2(C242に代えて、C64(COOLi)2を用いた以外は実施例2と同様にして、実施例4の非水二次電池を作製した。
Example 4
In the same manner as in Example 2 except that C 6 H 4 (COOLi) 2 was used in place of LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 as the fluorine-containing organometallic salt having an oxalic acid group, A non-aqueous secondary battery was produced.

上記実施例4の非水二次電池について、容量は1.58Ah、電極対向面積当たりの容量は2.8mAh/cm2、インピーダンスは0.033Ω、インピーダンス容量指数は0.021Ω/Ahであった。また、電池形成後に、実施例1と同様に負極のXPS分析を行ったところ、284−285eV付近のCの1Sスペクトルの強度I285と684−686eV付近のFの1Sスペクトルの強度I685との強度比I685/I285は、0.7であった。 Regarding the nonaqueous secondary battery of Example 4, the capacity was 1.58 Ah, the capacity per electrode facing area was 2.8 mAh / cm 2 , the impedance was 0.033Ω, and the impedance capacity index was 0.021Ω / Ah. . Further, after the battery formation, the XPS analysis of the negative electrode was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the 1S spectrum intensity I 285 in the vicinity of 284-285 eV and the 1S spectrum intensity I 685 in the vicinity of 684-686 eV were obtained. The intensity ratio I 685 / I 285 was 0.7.

また、上記実施例4の非水二次電池を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例4の非水二次電池パックを作製した。   A nonaqueous secondary battery pack of Example 4 was produced in the same manner as Example 1 except that the nonaqueous secondary battery of Example 4 was used.

上記実施例4の非水二次電池パックについて、保護素子群インピーダンスは0.018Ω、保護素子インピーダンス容量指数は0.011Ω/Ahであった。   Regarding the nonaqueous secondary battery pack of Example 4, the protective element group impedance was 0.018Ω, and the protective element impedance capacity index was 0.011Ω / Ah.

(比較例1)
EC、MEC及びDECを体積比で1:0.5:1.5に混合したものに、リチウム塩としてLiPF6を濃度1.1mol/dm3で溶解させて、更に、VC、FEC及びEDPAを、それぞれ2.5質量%、1.75質量%及び1.00質量%となる量で加えて、非水電解液を調製し用いた以外は実施例1と同様にして比較例1の非水二次電池を作製した。
(Comparative Example 1)
In a mixture of EC, MEC and DEC at a volume ratio of 1: 0.5: 1.5, LiPF 6 was dissolved as a lithium salt at a concentration of 1.1 mol / dm 3 , and VC, FEC and EDPA were further added. The non-aqueous electrolyte of Comparative Example 1 was prepared in the same manner as in Example 1 except that 2.5% by mass, 1.75% by mass and 1.00% by mass were respectively added to prepare and use the non-aqueous electrolyte. A secondary battery was produced.

上記比較例1の非水二次電池について、容量は1.58Ah、電極対向面積当たりの容量は2.8mAh/cm2、インピーダンスは0.033Ω、インピーダンス容量指数は0.021Ω/Ahであった。また、電池形成後に、実施例1と同様に負極のXPS分析を行ったところ、284−285eV付近のCの1Sスペクトルの強度I285と684−686eV付近のFの1Sスペクトルの強度I685との強度比I685/I285は、2.3であった。 Regarding the nonaqueous secondary battery of Comparative Example 1, the capacity was 1.58 Ah, the capacity per electrode facing area was 2.8 mAh / cm 2 , the impedance was 0.033Ω, and the impedance capacity index was 0.021Ω / Ah. . Further, after the battery formation, the XPS analysis of the negative electrode was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the 1S spectrum intensity I 285 in the vicinity of 284-285 eV and the 1S spectrum intensity I 685 in the vicinity of 684-686 eV were obtained. The intensity ratio I 685 / I 285 was 2.3.

また、上記比較例1の非水二次電池を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例1の非水二次電池パックを作製した。   Further, a nonaqueous secondary battery pack of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the nonaqueous secondary battery of Comparative Example 1 was used.

上記比較例1の非水二次電池パックについて、保護素子群インピーダンスは0.018Ω、保護素子インピーダンス容量指数は0.011Ω/Ahであった。   Regarding the nonaqueous secondary battery pack of Comparative Example 1, the protective element group impedance was 0.018Ω, and the protective element impedance capacity index was 0.011Ω / Ah.

(比較例2)
負極活物質として、SiOx/炭素複合体と黒鉛質炭素材料との混合物に代えて、黒鉛質炭素材料のみを用い、これにより負極容量が減少する分を、負極合剤層を厚くして作製し、実施例1で作製した負極とほぼ同一の容量とした以外は実施例1と同様にして負極を作製した。上記負極の厚み変更に伴って外装缶のサイズを変更した以外は、比較例1と同様にして、比較例2の非水二次電池を作製した。
(Comparative Example 2)
As the negative electrode active material, instead of the mixture of SiO x / carbon composite and graphitic carbon material, only the graphite carbon material is used, and the negative electrode capacity is reduced by this, and the negative electrode mixture layer is made thicker. Then, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the capacity was almost the same as that of the negative electrode produced in Example 1. A nonaqueous secondary battery of Comparative Example 2 was produced in the same manner as Comparative Example 1 except that the size of the outer can was changed in accordance with the change in the thickness of the negative electrode.

上記比較例2の非水二次電池について、容量は1.58Ah、電極対向面積当たりの容量は2.8mAh/cm2、インピーダンスは0.037Ω、インピーダンス容量指数は0.023Ω/Ahであった。また、電池形成後に、実施例1と同様に負極のXPS分析を行ったところ、284−285eV付近のCの1Sスペクトルの強度I285と684−686eV付近のFの1Sスペクトルの強度I685との強度比I685/I285は、2.4であった。 Regarding the nonaqueous secondary battery of Comparative Example 2, the capacity was 1.58 Ah, the capacity per electrode facing area was 2.8 mAh / cm 2 , the impedance was 0.037Ω, and the impedance capacity index was 0.023Ω / Ah. . Further, after the battery formation, the XPS analysis of the negative electrode was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the 1S spectrum intensity I 285 in the vicinity of 284-285 eV and the 1S spectrum intensity I 685 in the vicinity of 684-686 eV were obtained. The intensity ratio I 685 / I 285 was 2.4.

また、上記比較例2の非水二次電池を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例2の非水二次電池パックを作製した。得られた非水二次電池パックについて、保護素子群インピーダンスは0.018Ω、保護素子インピーダンス容量指数は0.011Ω/Ahであった。   A non-aqueous secondary battery pack of Comparative Example 2 was produced in the same manner as Example 1 except that the non-aqueous secondary battery of Comparative Example 2 was used. With respect to the obtained nonaqueous secondary battery pack, the protective element group impedance was 0.018Ω, and the protective element impedance capacity index was 0.011Ω / Ah.

(比較例3)
比較例1の非水二次電池と、抵抗値が0.05ΩのFET1個を含む保護回路と、抵抗値が0.03ΩのPTC素子とを使用した以外は、実施例1と同様にして、比較例3の非水二次電池パックを作製した。
(Comparative Example 3)
Except for using the non-aqueous secondary battery of Comparative Example 1, a protection circuit including one FET having a resistance value of 0.05Ω, and a PTC element having a resistance value of 0.03Ω, the same as in Example 1, A non-aqueous secondary battery pack of Comparative Example 3 was produced.

上記比較例3の非水二次電池パックについて、保護素子群インピーダンスは0.08Ω、保護素子インピーダンス容量指数は0.051Ω/Ahであった。   Regarding the nonaqueous secondary battery pack of Comparative Example 3, the protective element group impedance was 0.08Ω, and the protective element impedance capacity index was 0.051Ω / Ah.

(サイクル特性)
電池のサイクル特性を評価するため、上記実施例1〜4及び比較例1の各非水二次電池を用い、1Cレートで充電し、4.2Vに達した後は定電圧充電し、電流値が0.05C(1Cの5%の電流)となった時点で充電を停止し、その後、電流値1Cで電圧値3Vまでの放電を行った。これを1サイクルとして、上記条件で充放電サイクルを40サイクル繰り返し行い、40サイクル後の実施例1〜4及び比較例1の各非水二次電池の容量を求めた。そして、比較例1を100%としたときの実施例1〜4の容量比(%)を算出した。容量比が100%より大きければ、サイクル特性が改善されたと評価できる。また、実施例1〜4の各非水二次電池について、充放電サイクルの1サイクル後の容量に対する40サイクル後の容量の容量低下率を算出した。容量低下率が小さいほど、サイクル特性の改善効果が高いと評価できる。
(Cycle characteristics)
In order to evaluate the cycle characteristics of the batteries, the nonaqueous secondary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were used, charged at a 1C rate, charged at a constant voltage after reaching 4.2V, and current values. Was stopped at the time when the current became 0.05 C (5% current of 1 C), and then the battery was discharged to a voltage value of 3 V at a current value of 1 C. With this as one cycle, 40 charge / discharge cycles were repeated under the above conditions, and the capacities of the nonaqueous secondary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 after 40 cycles were determined. And the capacity ratio (%) of Examples 1-4 when the comparative example 1 was made into 100% was computed. If the capacity ratio is larger than 100%, it can be evaluated that the cycle characteristics are improved. Moreover, the capacity | capacitance reduction rate of the capacity | capacitance after 40 cycles with respect to the capacity | capacitance after 1 cycle of a charging / discharging cycle was computed about each non-aqueous secondary battery of Examples 1-4. It can be evaluated that the smaller the capacity reduction rate, the higher the effect of improving the cycle characteristics.

また、シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩の添加効果を確認するため、実施例1〜4の各非水二次電池について、上記の40サイクル後の容量低下率を用いて添加効果率(%)を算出した。添加効果率が大きいほど、サイクル特性の改善効果が高いと評価できる。例えば、シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩が添加されている実施例1の場合、40サイクル後の容量低下率は2.7%(後述の表1)であるのに対し、シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩が添加されていない比較例1の容量低下率は4.5%(後述の表1)であることから、実施例1の場合の添加効果率は、(4.5−2.7)÷4.5×100=40(%)と算出される。   Moreover, in order to confirm the addition effect of the fluorine-containing organometallic salt which has an oxalic acid group, about each non-aqueous secondary battery of Examples 1-4, the addition effect rate (using the capacity | capacitance reduction rate after 40 cycles mentioned above ( %) Was calculated. It can be evaluated that the effect of improving the cycle characteristics is higher as the additive effect rate is larger. For example, in the case of Example 1 to which a fluorine-containing organometallic salt having an oxalic acid group was added, the capacity reduction rate after 40 cycles was 2.7% (Table 1 described later), whereas the oxalic acid group Since the capacity reduction rate of Comparative Example 1 in which the fluorine-containing organometallic salt having γ is not added is 4.5% (Table 1 described later), the addition effect rate in Example 1 is (4.5 -2.7) ÷ 4.5 × 100 = 40 (%).

(急速充電試験)
上記実施例1〜4及び比較例1〜3の非水二次電池パックと充放電装置とを組み合わせて充電システムを構築し、次に示す充電方法を用いて急速充電試験を行った。
(Quick charge test)
A charging system was constructed by combining the non-aqueous secondary battery packs of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 and the charging / discharging device, and a rapid charging test was performed using the charging method shown below.

すなわち、上記の各充電システムを用い、25℃で、それぞれの容量に対し1.5C(1.58Ahの場合、2.37Aに相当)の定電流で電圧がその電池の充電電圧(この場合は4.2V)に達するまで充電し、その後その電圧を保つ定電圧で充電する定電流−定電圧充電(カットオフ電流値が0.05C)を行った。そして、充電開始から定電圧モードに切り替わるまでの時間である定電流充電時間(分)と、充電開始からSOC90%までの充電に要した時間(分)とを測定した。   That is, using each of the charging systems described above, at 25 ° C., the voltage is a constant current of 1.5 C (corresponding to 2.37 A in the case of 1.58 Ah) for each capacity, and the charging voltage of the battery (in this case) The battery was charged until the voltage reached 4.2 V), and thereafter, constant current-constant voltage charging (cut-off current value was 0.05 C) was performed with a constant voltage maintaining the voltage. And the constant current charge time (minute) which is time until it switches to a constant voltage mode from charge start, and the time (minute) required for charge from SOC charge to SOC90% were measured.

上記各実施例及び比較例について、負極活物質の種類及び負極合剤層の面積当たりのSiの含有量、シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩の種類及び含有量、40サイクル後の容量比、40サイクル後の容量低下率、シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩の添加効果、1.5Cの電流値で充電したときに得られる電圧−SOC曲線のSOC40%における傾きを表1に示した。   For each of the above Examples and Comparative Examples, the type of negative electrode active material and the content of Si per area of the negative electrode mixture layer, the type and content of fluorinated organometallic salt having an oxalic acid group, the capacity ratio after 40 cycles Table 1 shows the rate of decrease in capacity after 40 cycles, the effect of addition of a fluorine-containing organometallic salt having an oxalic acid group, and the slope at 40% SOC of the voltage-SOC curve obtained when charged at a current value of 1.5C. It was.

Figure 2014032802
Figure 2014032802

表1における「SOC40%での電圧傾き」は、1.5Cの電流値で充電したときに得られる電圧−SOC曲線のSOC40%における傾きを意味している。   “Voltage slope at 40% SOC” in Table 1 means the slope at 40% SOC of the voltage-SOC curve obtained when charging at a current value of 1.5C.

また、上記各実施例及び比較例について非水二次電池のインピーダンス、非水二次電池の容量、非水二次電池のインピーダンス容量指数、強度比I685/I285、定電流充電時間及びSOC90%までの充電に要した時間を表2に示した。 In addition, the impedance of the non-aqueous secondary battery, the capacity of the non-aqueous secondary battery, the impedance capacity index of the non-aqueous secondary battery, the intensity ratio I 685 / I 285 , the constant current charging time and the SOC 90 for each of the above examples and comparative examples. The time required for charging up to% is shown in Table 2.

Figure 2014032802
Figure 2014032802

表1の結果から、負極活物質にSiOx/炭素複合体を使用し、特定の有機金属塩を添加した実施例1〜4では、40サイクル後においても比較例1に比べ高容量であることが分かる。また、比較例1と実施例1〜4とを比べると、40サイクル後の容量低下率(%)が比較例1よりも大幅に軽減されていることが分かる。 From the results of Table 1, in Examples 1 to 4 in which a specific organic metal salt was added to the negative electrode active material using SiO x / carbon composite, the capacity was higher than that in Comparative Example 1 even after 40 cycles. I understand. Moreover, when the comparative example 1 and Examples 1-4 are compared, it turns out that the capacity | capacitance reduction rate (%) after 40 cycles is significantly reduced rather than the comparative example 1. FIG.

表2に示す結果から、負極活物質にSiOx/炭素複合体を用いた非水二次電池を使用し、非水二次電池のインピーダンス容量指数を適正な値とした実施例1〜4の非水二次電池パックは、比較例1〜3の非水二次電池パックに比べて、急速充電試験時におけるSOC90%までの充電に要する時間を短縮できていることが分かる。 From the results shown in Table 2, the nonaqueous secondary battery using the SiO x / carbon composite as the negative electrode active material was used, and the impedance capacity index of the nonaqueous secondary battery was set to an appropriate value. It can be seen that the non-aqueous secondary battery pack can shorten the time required for charging up to SOC 90% in the quick charge test as compared with the non-aqueous secondary battery packs of Comparative Examples 1 to 3.

なお、非水二次電池パックは、低温度環境下(例えば、5℃)では、SOC90%までに要する時間が長くなるが、実施例の非水二次電池パックは、パック自体をヒーターで室温(25℃)まで加温しつつ充電することで、室温環境下で充電した場合と、ほぼ同等の充電時間とすることができた。よって、本発明の非水二次電池パックであれば、低温環境下でもパック自体を加温することで急速充電が可能であり、広い温度範囲でも急速充電できることも判明した。   The non-aqueous secondary battery pack takes a long time until the SOC reaches 90% in a low temperature environment (for example, 5 ° C.). By charging while heating up to (25 ° C.), it was possible to obtain a charging time substantially equivalent to that in the case of charging in a room temperature environment. Therefore, it was found that the non-aqueous secondary battery pack of the present invention can be rapidly charged by heating the pack itself even in a low temperature environment, and can be rapidly charged even in a wide temperature range.

本発明の非水二次電池は、高容量であり、かつ優れた電池特性を有していることから、これらの特性を生かして、小型で多機能な携帯機器の電源を始めとして、従来から知られている非水電解液二次電池が適用されている各種用途に好ましく用いることができる。   Since the non-aqueous secondary battery of the present invention has a high capacity and excellent battery characteristics, taking advantage of these characteristics, a power supply for a small and multifunctional portable device has been conventionally used. It can be preferably used for various applications to which known non-aqueous electrolyte secondary batteries are applied.

100 非水二次電池
101 PTC素子
102 保護回路
103a、103b FET
104 制御部
105 保護素子群
1 正極
2 負極
3 セパレータ
4 外装缶
5 絶縁体
6 巻回電極体
7 正極リード体
8 負極リード体
9 封口用蓋板
10 絶縁パッキング
11 端子
12 絶縁体
13 リード板
14 非水電解液注入口
15 開裂ベント
100 Nonaqueous secondary battery 101 PTC element 102 Protection circuit 103a, 103b FET
DESCRIPTION OF SYMBOLS 104 Control part 105 Protection element group 1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator 4 Outer can 5 Insulator 6 Winding electrode body 7 Positive electrode lead body 8 Negative electrode lead body 9 Sealing lid plate 10 Insulation packing 11 Terminal 12 Insulator 13 Lead plate 14 Non Water electrolyte inlet 15 Cleavage vent

Claims (12)

正極、負極、非水電解質及びセパレータを含む非水二次電池であって、
前記負極は、リチウムと合金化可能な元素を含む材料を負極活物質として含有する負極合剤層を含み、
前記非水電解質は、シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩を含むことを特徴とする非水二次電池。
A non-aqueous secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator,
The negative electrode includes a negative electrode mixture layer containing a material containing an element that can be alloyed with lithium as a negative electrode active material,
The non-aqueous electrolyte includes a fluorine-containing organometallic salt having an oxalic acid group.
前記シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩の含有量は、前記非水電解質中、0.01質量%以上10質量%未満である請求項1に記載の非水二次電池。   2. The non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein a content of the fluorine-containing organometallic salt having an oxalic acid group is 0.01% by mass or more and less than 10% by mass in the non-aqueous electrolyte. 前記負極のXPS分析において、284−285eV付近のCの1Sスペクトルの強度I285と684−686eV付近のFの1Sスペクトルの強度I685との強度比I685/I285が1.5未満である請求項1又は2に記載の非水二次電池。 In the XPS analysis of the negative electrode, the intensity ratio I 685 / I 285 between the intensity I 285 of the C 1S spectrum near 284-285 eV and the intensity I 685 of the 1S spectrum of F near 684-686 eV is less than 1.5 . The non-aqueous secondary battery according to claim 1 or 2. 前記シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩は、一般式(PF2(C242b1c1、(BF2(C24))b1c1又はMb1(PF4(C24))c1で表され、
前記一般式中、Mは、Li、Na、K、Mg、Ca、Mn、Alからなる群から選ばれる少なくとも1つの金属元素であり、b1、c1は、Mの価数とアニオンの価数で決まる整数である請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水二次電池。
The fluorine-containing organometallic salt having an oxalic acid group has the general formula (PF 2 (C 2 O 4 ) 2 ) b1 Mc 1 , (BF 2 (C 2 O 4 )) b1 Mc 1 or M b1 (PF 4 (PF 4 ( C 2 O 4 )) c1
In the general formula, M is at least one metal element selected from the group consisting of Li, Na, K, Mg, Ca, Mn, and Al, and b1 and c1 are the valence of M and the valence of anions. The non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the non-aqueous secondary battery is an integer that is determined.
前記シュウ酸基を有する含フッ素有機金属塩は、LiPF2(C242又はLiBF2(C24)である請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水二次電池。 Fluorine-containing organic metal salt having the oxalic acid groups, LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 or LiBF 2 (C 2 O 4) non-aqueous secondary according to claim 1 which is battery. 前記リチウムと合金化可能な元素を含む材料は、SiとOとを構成元素に含む材料である請求項1〜5のいずれか1項に記載の非水二次電池。   The non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the material containing an element that can be alloyed with lithium is a material containing Si and O as constituent elements. 前記リチウムと合金化可能な元素を含む材料は、SiとOとを構成元素に含むコア材の表面に炭素の被覆層が形成されてなる複合体である請求項1〜5のいずれか1項に記載の非水二次電池。   The material containing an element that can be alloyed with lithium is a composite in which a coating layer of carbon is formed on the surface of a core material containing Si and O as constituent elements. A non-aqueous secondary battery according to 1. 前記SiとOとを構成元素に含む材料は、一般組成式SiOxで表される材料であり、
前記一般組成式において、xは、0.5≦x≦1.5である請求項6又は7に記載の非水二次電池。
The material containing Si and O as constituent elements is a material represented by a general composition formula SiO x ,
8. The non-aqueous secondary battery according to claim 6, wherein x in the general composition formula is 0.5 ≦ x ≦ 1.5.
前記負極活物質に含まれる前記Siの前記負極合剤層の単位面積当たりの含有量は、0.007mg/cm2以上である請求項6〜8のいずれか1項に記載の非水二次電池。 The nonaqueous secondary according to any one of claims 6 to 8, wherein a content of the Si contained in the negative electrode active material per unit area of the negative electrode mixture layer is 0.007 mg / cm 2 or more. battery. 前記負極合剤層は、負極活物質として黒鉛質炭素材料をさらに含む請求項1〜9のいずれか1項に記載の非水二次電池。   The non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode mixture layer further includes a graphitic carbon material as a negative electrode active material. 前記非水二次電池の容量を前記正極の正極合剤層と前記負極合剤層との対向面積で除して求められる単位面積当たりの容量が、3.0mAh/cm2未満である請求項1〜10のいずれか1項に記載の非水二次電池。 The capacity per unit area obtained by dividing the capacity of the non-aqueous secondary battery by the facing area between the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer of the positive electrode is less than 3.0 mAh / cm 2. The nonaqueous secondary battery according to any one of 1 to 10. 1.5Cの電流値で充電したときに得られる電圧(mV)−SOC(%)曲線のSOC40%における傾きを、SOC40%における接線に対応するSOC10%当たりの電圧上昇(mV)を用いて、電圧上昇(mV)/10%SOCと表したとき、当該傾きが90mV/10%SOC以下である請求項1〜11のいずれか1項に記載の非水二次電池。   The slope at 40% SOC of the voltage (mV) -SOC (%) curve obtained when charging at a current value of 1.5 C is used, using the voltage increase (mV) per 10% SOC corresponding to the tangent at 40% SOC. The nonaqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 11, wherein the slope is 90 mV / 10% SOC or less when expressed as voltage increase (mV) / 10% SOC.
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