JP2014192069A - Lithium ion battery - Google Patents

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Kunihiko Minetani
邦彦 峯谷
Tatsuhiko Suzuki
達彦 鈴木
Maruo Jinno
丸男 神野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion battery which is arranged so as to suppress the rapid rise in battery temperature resulting from the reaction of a positive electrode active material and a nonaqueous electrolytic solution with internal short circuit caused by the nail pricking or the like, and which is superior in battery performance, especially low-temperature output characteristic.SOLUTION: A lithium ion battery comprises: a positive electrode including a positive electrode active material; and a nonaqueous electrolytic solution which is a liquid nonaqueous electrolyte. The nonaqueous electrolytic solution includes 0.06-0.3 mol/L of lithium bisoxalate borate(LiBOB) to the nonaqueous electrolytic solution. The positive electrode active material includes a lithium-containing transition metal oxide, and 0.01-3 wt.% of a phosphate compound to the lithium-containing transition metal oxide. The phosphate compound is deposited on the surface of a particle of the lithium-containing transition metal oxide.

Description

本発明は、リチウムイオン電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion battery.

リチウムイオン電池において、電池性能を向上させる効果があると考えられている添加剤の一つとして、液状の非水電解質である非水電解液に添加されるリチウムビスオキサラートボレート(LiBOB)が研究されている。特許文献1には、リチウム含有遷移金属複合酸化物とともにLiBOBを非水電解液に対して0.05mol/L〜0.3mol/L程度含む非水電解液を用いることで出力特性を向上させることが開示されている。   In lithium-ion batteries, lithium bisoxalate borate (LiBOB) added to non-aqueous electrolytes, which are liquid non-aqueous electrolytes, has been studied as one of the additives considered to have an effect of improving battery performance. Has been. In Patent Document 1, the output characteristics are improved by using a nonaqueous electrolytic solution containing about 0.05 mol / L to 0.3 mol / L of LiBOB with respect to the nonaqueous electrolytic solution together with the lithium-containing transition metal composite oxide. Is disclosed.

特開2010−50079号公報JP 2010-50079 A

しかしながら、非水電解液にLiBOBを特許文献1に開示されるような高濃度で含有させると、釘刺し試験において電池温度が急激に上昇するという課題が生じる。釘刺し試験とは、電池に釘等の鋭利なものを貫通させることによって内部短絡を起こさせ、そのときの電池温度、電池電圧等を測定する試験である。このような試験では、内部短絡が起こると電池内に大電流が流れ、集電体近傍でジュール熱が発生し、このジュール熱によって正極活物質と非水電解液との反応が誘起され、さらに電池温度の急激な上昇が生じやすい。   However, when LiBOB is contained in the non-aqueous electrolyte at a high concentration as disclosed in Patent Document 1, there arises a problem that the battery temperature rapidly increases in the nail penetration test. The nail penetration test is a test in which an internal short circuit is caused by passing a sharp object such as a nail through the battery, and the battery temperature, battery voltage, and the like at that time are measured. In such a test, when an internal short circuit occurs, a large current flows in the battery, Joule heat is generated in the vicinity of the current collector, and this Joule heat induces a reaction between the positive electrode active material and the non-aqueous electrolyte. The battery temperature tends to increase rapidly.

本発明の目的は、内部短絡における電池温度の急激な上昇を抑制し、電池性能に優れたリチウムイオン電池を提供することである。   An object of the present invention is to provide a lithium ion battery excellent in battery performance by suppressing a rapid rise in battery temperature due to an internal short circuit.

本発明に係るリチウムイオン電池は、正極活物質を含む正極と、液状の非水電解質である非水電解液とを備え、非水電解液は、リチウムビスオキサラートボレート(LiBOB)を非水電解液に対して0.06mol/L以上0.3mol/L以下で含有し、正極活物質は、リチウム含有遷移金属酸化物とリチウム含有遷移金属酸化物に対して0.01重量%以上3重量%以下のリン酸化合物とを含み、リチウム含有遷移金属酸化物の粒子表面にリン酸化合物を被着させることを特徴とする。   A lithium ion battery according to the present invention includes a positive electrode containing a positive electrode active material and a non-aqueous electrolyte that is a liquid non-aqueous electrolyte, and the non-aqueous electrolyte uses lithium bisoxalate borate (LiBOB) for non-aqueous electrolysis. The positive electrode active material is contained in an amount of 0.01% by weight to 3% by weight with respect to the lithium-containing transition metal oxide and the lithium-containing transition metal oxide. The following phosphoric acid compound is included, and the phosphoric acid compound is deposited on the surface of the lithium-containing transition metal oxide particles.

本発明に係るリチウムイオン電池は、内部短絡における電池温度の急激な上昇を抑制し、電池性能、特に低温出力特性に優れる。   The lithium ion battery according to the present invention suppresses a rapid increase in battery temperature due to an internal short circuit, and is excellent in battery performance, particularly low temperature output characteristics.

本発明の実施形態の一例におけるリチウム含有遷移金属酸化物の粒子表面にリン酸化合物を被着する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a phosphoric acid compound is adhered to the particle | grain surface of the lithium containing transition metal oxide in an example of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の一例における円筒型電池の模式図である。It is a schematic diagram of the cylindrical battery in an example of embodiment of this invention.

以下、本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。本発明の実施形態であるリチウムイオン電池は、例えば、正極及び負極がセパレータを介して巻回あるいは積層された電極体と、液状の非水電解質である非水電解液とが電池外装缶に収容された構成を有する。以下に、リチウムイオン電池の各構成部材について詳述する。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail. In the lithium ion battery according to the embodiment of the present invention, for example, an electrode body in which a positive electrode and a negative electrode are wound or stacked with a separator interposed therebetween and a nonaqueous electrolyte solution that is a liquid nonaqueous electrolyte are contained in a battery outer can. It has the structure made. Below, each structural member of a lithium ion battery is explained in full detail.

〔正極〕
正極は、例えば、金属箔等の正極集電体と、正極集電体上に形成された正極合剤層で構成される。正極集電体は、正極の電位範囲で安定な金属の箔、または正極の電位範囲で安定な金属を表層に配置したフィルム等が用いられる。正極の電位範囲で安定な金属としては、アルミニウムを用いることが好適である。
[Positive electrode]
A positive electrode is comprised by positive electrode collectors, such as metal foil, and the positive mix layer formed on the positive electrode collector, for example. As the positive electrode current collector, a metal foil that is stable in the potential range of the positive electrode or a film in which a metal that is stable in the potential range of the positive electrode is arranged on the surface layer is used. As the metal stable in the potential range of the positive electrode, it is preferable to use aluminum.

正極合剤層は、正極活物質、導電剤、結着剤、及び添加剤等を含み、これらを適当な溶媒で混合して正極スラリーを形成し、この正極スラリーを正極集電体上に塗布した後、乾燥及び圧延して得られる層である。   The positive electrode mixture layer includes a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, an additive, and the like. These are mixed with an appropriate solvent to form a positive electrode slurry, and this positive electrode slurry is applied onto the positive electrode current collector. Then, it is a layer obtained by drying and rolling.

正極活物質は、例えば粒子形状であり、リチウム(Li)及び遷移金属元素を含む酸化物、あるいは上記遷移金属元素の一部が異種元素によって置換された酸化物を含む。遷移金属元素には、スカンジウム(Sc)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、及びイットリウム(Y)等からなる群から選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を用いることができる。これらの遷移金属元素の中でも、Ni、Co、Mn等を用いることが好ましい。異種元素としては、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ジルコニウム(Zr)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、鉛(Pb)、アンチモン(Sb)及びホウ素(B)等からなる群から選ばれる少なくとも1種の異種元素を用いることができる。これらの異種元素の中でも、Mg、Al、Zr、W等を用いることが好ましい。   The positive electrode active material has, for example, a particle shape, and includes an oxide containing lithium (Li) and a transition metal element, or an oxide in which a part of the transition metal element is substituted with a different element. The transition metal element includes at least one selected from the group consisting of scandium (Sc), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), yttrium (Y), and the like. Various transition metal elements can be used. Of these transition metal elements, Ni, Co, Mn, etc. are preferably used. The different element is selected from the group consisting of magnesium (Mg), aluminum (Al), zirconium (Zr), tungsten (W), molybdenum (Mo), lead (Pb), antimony (Sb), boron (B) and the like. At least one kind of different elements can be used. Among these different elements, Mg, Al, Zr, W, etc. are preferably used.

このような酸化物として、具体例には、一般式LiaNixCoyMnz(1-x-y-z)2+a/2(0.5<a<1.2,0.3≦x<1.0、0<y≦0.5、0<z≦0.7、x+y+z≦1、Mは、Na、K、Mg、Ca、Fe、Cu、V、Zr、W、Mo、等からなる群から選ばれる少なくとも1種類以上の元素)で表される層状岩塩型結晶構造を有するリチウム含有遷移金属酸化物を用いることができる。 Specific examples of such oxides include the general formula Li a Ni x Co y Mn z M (1-xyz) O 2 + a / 2 (0.5 <a <1.2, 0.3 ≦ x <1.0, 0 <y ≦ 0.5, 0 <z ≦ 0.7, x + y + z ≦ 1, M is from Na, K, Mg, Ca, Fe, Cu, V, Zr, W, Mo, etc. A lithium-containing transition metal oxide having a layered rock salt type crystal structure represented by at least one element selected from the group consisting of:

Li含有量aは、0.5より大きいことにより出力特性を高めることができる。しかしながら1.2以上であると、リチウム含有遷移金属酸化物表面の残留アルカリが多くなるため、電池作製工程において、正極スラリーのゲル化が生じるとともに、酸化還元反応を行う遷移金属量が低下し、容量が低下する場合がある。よって、Li含有量aは、0.5より大きく、1.2未満であることが好ましい。   When the Li content a is larger than 0.5, the output characteristics can be improved. However, since the residual alkali on the surface of the lithium-containing transition metal oxide is increased to 1.2 or more, gelation of the positive electrode slurry occurs in the battery manufacturing process, and the amount of the transition metal that performs the oxidation-reduction reaction decreases. Capacity may be reduced. Therefore, the Li content a is preferably greater than 0.5 and less than 1.2.

また、従来から実用化されている正極活物質としてLiCoO2が挙げられるが、コストかつ高容量化などの観点からは、LiNiO2が望まれるため、Ni量は多いほうが好ましい。そのため、Ni含有量xは、0.3以上1.0未満であることが好適である。また、コストの観点からCo量は少ないほうが好ましい。そのため、Co含有量yは、0より大きく0.5以下であることが好適である。また、コストかつ安全性などの観点からは、Mnを含むことが好ましい。そのため、Mn含有量zは、0より大きく0.7以下とすることができるが、上記範囲内で多いほうが好ましい。 In addition, LiCoO 2 can be cited as a positive electrode active material that has been put into practical use, but from the viewpoint of cost and high capacity, LiNiO 2 is desired, so that the amount of Ni is preferably large. Therefore, the Ni content x is preferably 0.3 or more and less than 1.0. Further, it is preferable that the amount of Co is small from the viewpoint of cost. Therefore, the Co content y is preferably greater than 0 and 0.5 or less. Further, from the viewpoint of cost and safety, it is preferable to contain Mn. Therefore, the Mn content z can be greater than 0 and 0.7 or less, but it is preferably larger within the above range.

このような正極活物質は、高電圧での充電が可能である。そのため、このような正極活物質を含む正極を備えた電池は、充電終止電圧が、電池電圧4.3V以上であることが好ましく、4.35V以上であることがさらに好ましい。充電終止電圧の上限は、特に限定されないが、非水電解液に含まれる非水溶媒が分解されない電圧以下であることが好ましい。   Such a positive electrode active material can be charged at a high voltage. Therefore, a battery including a positive electrode containing such a positive electrode active material preferably has a charge end voltage of 4.3 V or higher, and more preferably 4.35 V or higher. The upper limit of the end-of-charge voltage is not particularly limited, but is preferably not more than a voltage at which the non-aqueous solvent contained in the non-aqueous electrolyte is not decomposed.

ここで、本実施の形態においては、液状の非水電解質である非水電解液にリチウムビスオキサラートボレート(LiBOB)を添加して、電池性能を向上させる。しかしながら、上述したようにLiBOBが高濃度で非水電解液中に添加されると、内部短絡におけるジュール熱によって誘起される正極活物質と非水電解液との反応において、電池温度が急激に上昇するおそれがある。そこで、内部短絡による温度上昇に対する対策が必要となる。   Here, in the present embodiment, the battery performance is improved by adding lithium bisoxalate borate (LiBOB) to a non-aqueous electrolyte that is a liquid non-aqueous electrolyte. However, as described above, when LiBOB is added to the non-aqueous electrolyte at a high concentration, the battery temperature rapidly increases in the reaction between the positive electrode active material and the non-aqueous electrolyte induced by Joule heat in the internal short circuit. There is a risk. Therefore, measures against temperature rise due to internal short circuit are required.

本発明者は、この点について鋭意研究の結果、正極活物質としてのリチウム含有遷移金属酸化物の粒子表面にリン酸化合物を被着させることで、LiBOBが高濃度の場合において内部短絡における電池温度の上昇を抑制することができることを発見して、本実施形態を考案するに至った。   As a result of diligent research on this point, the present inventor has applied a phosphoric acid compound to the particle surface of the lithium-containing transition metal oxide as the positive electrode active material, so that the battery temperature at the internal short circuit when LiBOB is high in concentration. The present embodiment has been devised by discovering that it is possible to suppress the increase of the above.

正極活物質の粒子表面にリン酸化合物を被着させることに関しては、特開2008−16235号公報にリン及びマグネシウムを有する表面層を含む正極活物質が開示されている。しかし、これは、高容量化かつ充放電サイクル特性向上を目的としたものであって、上記内部短絡における電池温度の上昇を抑制することを目的としたものではない。そのため、LiBOBが高濃度の場合に、正極活物質の粒子表面にリン酸化合物を被着させることで内部短絡における電池温度の上昇を抑制しようとすることについて全く示唆はない。   Regarding the deposition of a phosphoric acid compound on the surface of particles of the positive electrode active material, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-16235 discloses a positive electrode active material including a surface layer having phosphorus and magnesium. However, this is intended to increase the capacity and improve the charge / discharge cycle characteristics, and is not intended to suppress the rise in battery temperature due to the internal short circuit. For this reason, there is no suggestion that when the concentration of LiBOB is high, an attempt is made to suppress an increase in battery temperature due to an internal short circuit by depositing a phosphoric acid compound on the surface of the positive electrode active material particles.

なお、本実施形態において、以下では、リチウム遷移金属酸化物を正極活物質の母材とし、リチウム含有遷移金属酸化物の粒子表面にリン酸化合物を被着させたものを正極活物質と呼ぶことにする。   In the present embodiment, hereinafter, a lithium transition metal oxide is used as a base material of a positive electrode active material, and a phosphoric acid compound deposited on the surface of lithium-containing transition metal oxide particles is referred to as a positive electrode active material. To.

リチウム含有遷移金属酸化物の粒子表面に被着させるリン酸化合物の被着量としては、リチウム含有遷移金属酸化物に対して0.01質量%以上3質量%以下であることが好ましく、0.01質量%以上2質量%以下であることがさらに好ましい。上記範囲(0.01)質量%未満であると、リチウム含有遷移金属酸化物の粒子表面に被着されるリン酸化合物が少量のため特性に影響しないと考えられる。また、上記範囲(3)質量%を超えると、正極合剤層に含まれるリチウム含有遷移金属酸化物の含有量が減るため電池容量が減少する可能性があり好ましくない。   The deposition amount of the phosphate compound to be deposited on the particle surface of the lithium-containing transition metal oxide is preferably 0.01% by mass or more and 3% by mass or less with respect to the lithium-containing transition metal oxide. More preferably, the content is 01% by mass or more and 2% by mass or less. If the amount is less than the above range (0.01) mass%, the amount of the phosphoric acid compound deposited on the surface of the lithium-containing transition metal oxide particles is small, so it is considered that the characteristics are not affected. Moreover, when it exceeds the said range (3) mass%, since content of the lithium containing transition metal oxide contained in a positive mix layer reduces, battery capacity may reduce and it is unpreferable.

当該リン酸化合物は、特に制限はないが、Li、Mg、Al、Si、Ca、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、W、Bi、La、Ce、Nd、Sm、Eu、Ho、及びErからなる群より選ばれる少なくとも1つの元素を含むことが好適である。リン酸化合物は、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ジルコニウム(Zr)、及びタングステン(W)からなる群より選ばれる少なくとも1つの元素を含む無機のリン酸塩であることが好ましく、リン酸マグネシウム、あるいはリン酸アルミニウムであることがより好ましく、リン酸マグネシウムがさらに好ましい。リン酸マグネシウムとして、Mg3(PO42やMg227が挙げられるが、特に限定されない。 The phosphoric acid compound is not particularly limited, but Li, Mg, Al, Si, Ca, Ga, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Sn, W, Bi, La, Ce, Nd, Sm, Eu, It is preferable to include at least one element selected from the group consisting of Ho and Er. The phosphate compound is preferably an inorganic phosphate containing at least one element selected from the group consisting of magnesium (Mg), aluminum (Al), zirconium (Zr), and tungsten (W). Magnesium or aluminum phosphate is more preferable, and magnesium phosphate is more preferable. Examples of magnesium phosphate include, but are not limited to, Mg 3 (PO 4 ) 2 and Mg 2 P 2 O 7 .

ここで、図1に、リチウム含有遷移金属酸化物にリン酸化合物を被着させた正極活物質を得る工程を示す。詳しくは、正極活物質の作製で後述するが、上記要件を満たす正極活物質10は、例えば、リチウム含有遷移金属酸化物11の粒子表面に、リン酸水素二ナトリウム12等のリン酸アルカリ金属塩と、Li、Mg、Al、Si、Ca、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、W、Bi、La、Ce、Nd、Sm、Eu、Ho、及びErからなる群より選ばれる少なくとも1つの元素の塩化物と、を含む水溶液13を付着、乾燥させて、リチウム含有遷移金属酸化物11の粒子表面にリン酸化合物15を被着させた前駆体14を得る付着工程Aと、前記前駆体14を焼成する焼成工程Bと、を含む方法により製造することができる。   Here, FIG. 1 shows a step of obtaining a positive electrode active material in which a phosphoric acid compound is deposited on a lithium-containing transition metal oxide. Although details will be described later in the preparation of the positive electrode active material, the positive electrode active material 10 that satisfies the above requirements is, for example, an alkali metal phosphate such as disodium hydrogen phosphate 12 on the particle surface of the lithium-containing transition metal oxide 11. And Li, Mg, Al, Si, Ca, Ga, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Sn, W, Bi, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Ho, and Er. An adhesion step A in which an aqueous solution 13 containing at least one element chloride is adhered and dried to obtain a precursor 14 in which a phosphoric acid compound 15 is deposited on the particle surface of the lithium-containing transition metal oxide 11; It can be manufactured by a method including a baking step B of baking the precursor 14.

導電剤は、導電性を有する粉体または粒子などであり、正極合剤層の電子伝導性を高めるために用いられる。導電剤には、導電性を有する炭素材料、金属粉末、有機材料等が用いられる。具体的には、炭素材料としてアセチレンブラック、ケッチェンブラック、及び黒鉛等、金属粉末としてアルミニウム等、金属酸化物としてチタン酸カリウム、酸化チタン等、及び有機材料としてフェニレン誘導体等が挙げられる。これら導電剤は、単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。   The conductive agent is a conductive powder or particle, and is used to increase the electronic conductivity of the positive electrode mixture layer. As the conductive agent, a conductive carbon material, metal powder, organic material, or the like is used. Specifically, examples of the carbon material include acetylene black, ketjen black, and graphite, aluminum as the metal powder, potassium titanate and titanium oxide as the metal oxide, and a phenylene derivative as the organic material. These conductive agents may be used alone or in combination of two or more.

結着剤は、例えば、粒子形状あるいは網目構造を有する高分子であり、粒子形状の正極活物質及び粉体または粒子形状の導電剤間の良好な接触状態を維持し、かつ正極集電体表面に対する正極活物質等の結着性を高めるために用いられる。結着剤には、フッ素系高分子、ゴム系高分子等を用いることができる。具体的には、フッ素系高分子としてポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、またはこれらの変性体等、ゴム系高分子としてエチレン−プロピレン−イソプレン共重合体、エチレン−プロピレン−ブタジエン共重合体等が挙げられる。結着剤は、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリエチレンオキシド(PEO)等の増粘剤と併用されてもよい。   The binder is, for example, a polymer having a particle shape or network structure, maintains a good contact state between the particle shape positive electrode active material and the powder or the particle shape conductive agent, and the surface of the positive electrode current collector. It is used to enhance the binding property of the positive electrode active material and the like. As the binder, a fluorine polymer, a rubber polymer, or the like can be used. Specifically, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), or modified products thereof as the fluorine-based polymer, ethylene-propylene-isoprene copolymer, ethylene-propylene- Examples thereof include butadiene copolymers. The binder may be used in combination with a thickener such as carboxymethyl cellulose (CMC) or polyethylene oxide (PEO).

〔負極〕
負極は、従来からリチウムイオン電池の負極として用いられているものであれば、特に限定なく用いることができる。このような負極は、負極集電体と、負極集電体上に形成される負極合剤層とで構成される。負極合剤層は、例えば、負極活物質と、結着剤とを水あるいは適当な溶媒で混合し、負極集電体に塗布し、乾燥し、圧延することにより得られる層である。
[Negative electrode]
If a negative electrode is conventionally used as a negative electrode of a lithium ion battery, it can be used without limitation. Such a negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer formed on the negative electrode current collector. The negative electrode mixture layer is a layer obtained by, for example, mixing a negative electrode active material and a binder with water or a suitable solvent, applying the mixture to a negative electrode current collector, drying, and rolling.

負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵および放出可能な材料である。このような負極活物質としては、例えば、炭素材料、金属、合金、金属酸化物、金属窒化物、及びリチウムを予め吸蔵させた炭素ならびに珪素等を用いることができる。炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、ピッチ系炭素繊維等が挙げられる。金属もしくは合金の具体例としては、リチウム(Li)、ケイ素(Si)、スズ(Sn)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、リチウム合金、ケイ素合金、スズ合金等が挙げられる。負極活物質は、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   The negative electrode active material is a material that can occlude and release lithium ions. As such a negative electrode active material, for example, carbon materials, metals, alloys, metal oxides, metal nitrides, carbon in which lithium is occluded in advance, silicon, and the like can be used. Examples of the carbon material include natural graphite, artificial graphite, and pitch-based carbon fiber. Specific examples of the metal or alloy include lithium (Li), silicon (Si), tin (Sn), germanium (Ge), indium (In), gallium (Ga), lithium alloy, silicon alloy, tin alloy, and the like. It is done. A negative electrode active material may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

結着剤としては、正極の場合と同様にフッ素系高分子、ゴム系高分子等を用いることができるが、ゴム系高分子であるスチレン−ブタジエン共重合体(SBR)、またはこの変性体等を用いることが好適である。結着剤は、カルボキシメチルセルロース(CMC)等の増粘剤と併用されてもよい。   As the binder, as in the case of the positive electrode, a fluorine-based polymer, a rubber-based polymer, or the like can be used. However, a styrene-butadiene copolymer (SBR) that is a rubber-based polymer, or a modified product thereof. Is preferably used. The binder may be used in combination with a thickener such as carboxymethylcellulose (CMC).

負極集電体には、負極の電位範囲でリチウムと合金をほとんど作らない金属の箔、または負極の電位範囲でリチウムと合金をほとんど作らない金属を表層に配置したフィルム等が用いられる。負極の電位範囲でリチウムと合金をほとんど作らない金属としては、低コストで加工がしやすく電子伝導性の良い銅を用いることが好適である。   As the negative electrode current collector, a metal foil that hardly forms an alloy with lithium in the potential range of the negative electrode or a film in which a metal that hardly forms an alloy with lithium in the potential range of the negative electrode is disposed on the surface layer is used. As a metal that hardly forms an alloy with lithium in the potential range of the negative electrode, it is preferable to use copper that is easy to process at low cost and has good electronic conductivity.

〔非水電解液〕
非水電解液は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解する電解質塩とを含む。さらには、電池性能を向上させる目的で適宜添加剤を含んでもよい。
[Non-aqueous electrolyte]
The nonaqueous electrolytic solution includes a nonaqueous solvent and an electrolyte salt that dissolves in the nonaqueous solvent. Furthermore, an additive may be appropriately contained for the purpose of improving battery performance.

非水溶媒は、環状カーボネート、鎖状カーボネート、ニトリル類、アミド類などを用いることができる。環状カーボネートとしては、環状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル、環状エーテル等を用いることができる。鎖状カーボネートとしては、鎖状エステル、鎖状エーテル等を用いることができる。より具体的には、環状炭酸エステルとしてエチレンカーボネート(EC)等、環状カルボン酸エステルとしてγ−ブチロラクトン(GBL)等、鎖状エステルとしてエチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)等を用いることができる。また、上記非水溶媒の水素原子をフッ素原子などのハロゲン原子で置換したハロゲン置換体を用いることができる。中でも、高誘電率溶媒である環状炭酸エステルとしてECと、低粘度溶媒である鎖状炭酸エステルとしてEMCおよびDMCを混合して用いることが好適である。   As the non-aqueous solvent, cyclic carbonates, chain carbonates, nitriles, amides, and the like can be used. As the cyclic carbonate, a cyclic carbonate, a cyclic carboxylic acid ester, a cyclic ether, or the like can be used. As the chain carbonate, a chain ester, a chain ether, or the like can be used. More specifically, ethylene carbonate (EC) or the like is used as the cyclic carbonate, γ-butyrolactone (GBL) or the like is used as the cyclic carboxylic acid ester, and ethyl methyl carbonate (EMC) or dimethyl carbonate (DMC) is used as the chain ester. Can do. Moreover, the halogen substituted body which substituted the hydrogen atom of the said non-aqueous solvent with halogen atoms, such as a fluorine atom, can be used. Among them, it is preferable to use a mixture of EC as a cyclic carbonate that is a high dielectric constant solvent and EMC and DMC as a chain carbonate that is a low viscosity solvent.

電解質塩は、リチウムイオン二次電池において支持塩として一般に使用されているリチウム塩を用いることができる。リチウム塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4等を用いることができる。これらのリチウム塩は、1種で使用してもよく、また2種類以上組み合わせて使用してもよい。 As the electrolyte salt, a lithium salt generally used as a supporting salt in a lithium ion secondary battery can be used. As the lithium salt, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 or the like can be used. These lithium salts may be used alone or in combination of two or more.

また、非水電解液には、正極表面にリチウムイオン伝導性に優れた被膜を形成させ、低温における高出力特性を得るなどの目的で、添加剤としてのリチウムビスオキサラートボレート(LiBOB)を含有させることが好適である。LiBOBは、上記目的において、非水電解液に対して0.06mol/L以上0.3mol/L以下を含むことが好ましく、0.08mol/L以上0.12mol/L以下を含むことがより好ましい。下限値(0.06)より小さい値であると、添加剤としての効果が得られないため好ましくない。また上限値(0.3)以下において、リチウムイオン伝導性がより円滑となり、優れた電池性能が得られる。   In addition, the non-aqueous electrolyte contains lithium bisoxalate borate (LiBOB) as an additive for the purpose of forming a film with excellent lithium ion conductivity on the positive electrode surface and obtaining high output characteristics at low temperatures. Is preferable. For the above purpose, LiBOB preferably contains 0.06 mol / L or more and 0.3 mol / L or less, more preferably 0.08 mol / L or more and 0.12 mol / L or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution. . If the value is smaller than the lower limit (0.06), the effect as an additive cannot be obtained, which is not preferable. Moreover, in the upper limit (0.3) or less, lithium ion conductivity becomes smoother and excellent battery performance is obtained.

また、非水電解液には、上記LiBOB以外にも、正極または負極表面にイオン透過性に優れた被膜を形成させる等の目的で用いられる添加剤を含有させることができる。なお、ここでの正極及び負極表面とは、合剤層の表面および活物質の表面を意味する。添加剤には、ビニレンカーボネート(VC)、エチレンサルファイト(ES)、シクロヘキシルベンゼン(CHB)、二フッ化リン酸リチウム(LiPO22)、及びこれらの変性体等を用いることができる。添加剤は、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。非水電解液に占める添加剤の割合は、特に限定されないが、非水電解液の総量に対して0.05〜10質量%程度が好適である。 In addition to the LiBOB, the non-aqueous electrolyte can contain an additive used for the purpose of forming a film having excellent ion permeability on the surface of the positive electrode or the negative electrode. Here, the surfaces of the positive electrode and the negative electrode mean the surface of the mixture layer and the surface of the active material. As the additive, vinylene carbonate (VC), ethylene sulfite (ES), cyclohexylbenzene (CHB), lithium difluorophosphate (LiPO 2 F 2 ), and modified products thereof can be used. An additive may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type. The ratio of the additive in the nonaqueous electrolytic solution is not particularly limited, but is preferably about 0.05 to 10% by mass with respect to the total amount of the nonaqueous electrolytic solution.

〔セパレータ〕
セパレータは、例えば、正極と負極との間に配置されるイオン透過性及び絶縁性を有する多孔性フィルムが用いられる。多孔性フィルムとしては、微多孔薄膜、織布、不織布等が挙げられる。セパレータに用いられる材料としては、ポリオレフィンが好ましく、より具体的にはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等が好適である。これらは単独で用いてもよく、あるいは2種以上を組み合わせて用いてもよい。このような例としては、ポリエチレン(PE)とポリプロピレン(PP)とを積層させた3層構造のPP/PE/PP積層フィルムを用いることができる。
[Separator]
As the separator, for example, a porous film having ion permeability and insulating properties disposed between the positive electrode and the negative electrode is used. Examples of the porous film include a microporous thin film, a woven fabric, and a non-woven fabric. The material used for the separator is preferably polyolefin, and more specifically, polyethylene (PE), polypropylene (PP) and the like are suitable. These may be used alone or in combination of two or more. As such an example, a PP / PE / PP laminated film having a three-layer structure in which polyethylene (PE) and polypropylene (PP) are laminated can be used.

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。以下では、リチウム含有遷移金属酸化物11の粒子表面に、リン酸化合物15を被着させた効果を評価するため、実施例1〜3及び比較例1〜3に用いるリチウムイオン電池を作製した。リチウムイオン電池の具体的な作製方法は以下の通りである。   Hereinafter, although an example and a comparative example are given and the present invention is explained more concretely in detail, the present invention is not limited to the following examples. Below, the lithium ion battery used for Examples 1-3 and Comparative Examples 1-3 was produced in order to evaluate the effect which made the phosphate compound 15 adhere to the particle | grain surface of the lithium containing transition metal oxide 11. FIG. A specific method for manufacturing the lithium ion battery is as follows.

<実施例1>
[正極活物質の作製]
正極活物質10の母材としては、リチウム含有遷移金属酸化物11を用いた。リチウム含有遷移金属酸化物11は、次のようにして作製した。まず、原料としてのNi0.5Co0.2Mn0.3(OH)2及びLi2CO3を混合し、この混合物を空気雰囲気中900℃で20時間焼成することにより、リチウム含有遷移金属酸化物11を作製した。得られたリチウム含有遷移金属酸化物11の組成は、誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法により測定したところLi1.03Ni0.50Co0.20Mn0.302であった。また、粉末X線回折法により結晶構造を解析したところ、空間群R3mに帰属される結晶構造を有することを確認した。
<Example 1>
[Preparation of positive electrode active material]
As the base material of the positive electrode active material 10, a lithium-containing transition metal oxide 11 was used. The lithium-containing transition metal oxide 11 was produced as follows. First, Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 (OH) 2 and Li 2 CO 3 as raw materials were mixed, and this mixture was fired in an air atmosphere at 900 ° C. for 20 hours to produce a lithium-containing transition metal oxide 11. . The composition of the obtained lithium-containing transition metal oxide 11 was Li 1.03 Ni 0.50 Co 0.20 Mn 0.30 O 2 as measured by inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy. Moreover, when the crystal structure was analyzed by the powder X-ray diffraction method, it was confirmed that it had a crystal structure belonging to the space group R3m.

次に、得られたリチウム含有遷移金属酸化物11の粒子表面に、リン酸化合物15としてのリン酸マグネシウムを被着させる目的で、図1に示す工程を経た。まず、リチウム含有遷移金属酸化物11と、約200mlの水16とを適当な容器17に入れ、分散させた。次に、この容器17に、リン酸水素二ナトリウム(Na2HPO4)12を4.38g入れ、さらにpH6.5程度となるように25vol%の硝酸(HNO3)18、または水酸化ナトリウム(NaOH)を入れ分散液19を得た。 Next, the process shown in FIG. 1 was performed for the purpose of depositing magnesium phosphate as the phosphate compound 15 on the particle surface of the obtained lithium-containing transition metal oxide 11. First, the lithium-containing transition metal oxide 11 and about 200 ml of water 16 were placed in a suitable container 17 and dispersed. Next, 4.38 g of disodium hydrogen phosphate (Na 2 HPO 4 ) 12 is placed in the container 17, and 25 vol% nitric acid (HNO 3 ) 18 or sodium hydroxide ( (NaOH) was added to obtain dispersion 19.

また、別途、1.75gの塩化マグネシウム(MgCl2)を50gの水に溶解させたMgCl2溶液のろ液13と、0.48gの水酸化ナトリウム(NaOH)を50gの水に溶解させたNaOH20とをそれぞれ100mlの容積を有する容器内に用意した。そして、先ほどの容器17を撹拌装置21の上に配置し、容器17に収容した撹拌子22を回転させ、容器17内の分散液19を900rpmで撹拌しながら、MgCl2溶液のろ液13と、NaOH水溶液20とを50ml/minで滴下した。このとき、分散液19がpH7となるよう、pH変動があった場合は、NaOH水溶液20(または10vol%のHNO3でもよい)で調整した。滴下終了後、MgCl2溶液を入れていた容器を蒸留水で洗浄し、その洗浄液も分散液19に滴下した。 Separately, a filtrate 13 of MgCl 2 solution in which 1.75 g of magnesium chloride (MgCl 2 ) is dissolved in 50 g of water, and NaOH 20 in which 0.48 g of sodium hydroxide (NaOH) is dissolved in 50 g of water. Were prepared in containers each having a volume of 100 ml. Then, the container 17 is placed on the stirring device 21, the stirrer 22 accommodated in the container 17 is rotated, and the dispersion liquid 19 in the container 17 is stirred at 900 rpm, while the filtrate 13 of the MgCl 2 solution and NaOH aqueous solution 20 was added dropwise at 50 ml / min. At this time, when there was a pH change such that the dispersion 19 had a pH of 7, it was adjusted with an aqueous NaOH solution 20 (or 10 vol% HNO 3 ). After completion of the dropping, the container in which the MgCl 2 solution was placed was washed with distilled water, and the washing liquid was also dropped into the dispersion liquid 19.

次に、付着工程Aとして先ほどの分散液19の真空ろ過を行った。真空ろ過の際には、ろ過固体を水で洗浄し、再度ろ過する工程を2度繰り返し行った。得られたろ過固体を110℃で乾燥し、前駆体14として得た。   Next, as the attachment step A, the previous dispersion 19 was vacuum filtered. During vacuum filtration, the process of washing the filtered solid with water and filtering again was repeated twice. The obtained filtered solid was dried at 110 ° C. to obtain the precursor 14.

次に、焼成工程Bとして、得られた前駆体14を5℃/minで昇温させ、700℃とし、5時間加熱を行い、その後粉砕してリン酸化合物15としてのリン酸マグネシウムが粒子表面に被着された正極活物質10を得た。得られた正極活物質10は、被着しているリン酸マグネシウムの量を確認する目的でICP発光分光分析法にて測定したところ、リチウム含有遷移金属酸化物11に対してリン酸マグネシウムが0.07質量%被着していた。   Next, as the firing step B, the obtained precursor 14 is heated at 5 ° C./min, heated to 700 ° C., heated for 5 hours, and then pulverized, so that the magnesium phosphate as the phosphate compound 15 becomes the particle surface. A positive electrode active material 10 deposited on the substrate was obtained. The obtained positive electrode active material 10 was measured by ICP emission spectroscopic analysis for the purpose of confirming the amount of magnesium phosphate deposited. As a result, the magnesium phosphate was 0 with respect to the lithium-containing transition metal oxide 11. 0.07% by mass was deposited.

[正極の作製]
上記で得られた正極活物質を用いて、正極を作製した。作製方法としては、まず、上記正極活物質10が92質量%、導電剤としてのアセチレンブラックが5質量%、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン粉末が3質量%となるよう混合し合剤として得た。この合剤とN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液と混合して正極スラリーを調製した。この正極スラリーを厚さ15μmのアルミニウム製の正極集電体の両面に塗布し、正極合剤層を形成した。その後乾燥し、圧縮ローラーを用いて圧縮し、正極集電リードをつけることにより正極として得た。
[Preparation of positive electrode]
A positive electrode was prepared using the positive electrode active material obtained above. As a preparation method, first, the positive electrode active material 10 is mixed to 92 mass%, acetylene black as a conductive agent is 5 mass%, and polyvinylidene fluoride powder as a binder is 3 mass% to obtain a mixture. It was. This mixture was mixed with an N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution to prepare a positive electrode slurry. This positive electrode slurry was applied to both surfaces of a 15 μm thick aluminum positive electrode current collector to form a positive electrode mixture layer. It dried after that, compressed using the compression roller, and obtained as a positive electrode by attaching a positive electrode current collection lead.

[負極の作製]
負極活物質としては、非晶質炭素で表面を被覆した黒鉛を用いた。負極は次のようにして作製した。まず、負極活物質が98.7質量%と、結着剤としてのスチレン−ブタジエン共重合体(SBR)の水分散液が0.6質量%、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)を溶かした水溶液が0.7質量%となるよう混合し、負極スラリーを調製した。この負極スラリーを厚さ10μmの銅製の負極集電体の両面に塗布して負極合剤層を形成した。その後乾燥し、圧縮ローラーを用いて圧縮し、負極集電リードをつけることにより負極として得た。
[Production of negative electrode]
As the negative electrode active material, graphite whose surface was coated with amorphous carbon was used. The negative electrode was produced as follows. First, 98.7% by mass of the negative electrode active material, 0.6% by mass of the aqueous dispersion of styrene-butadiene copolymer (SBR) as a binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener were dissolved. The negative electrode slurry was prepared by mixing so that the aqueous solution was 0.7% by mass. The negative electrode slurry was applied to both surfaces of a copper negative electrode current collector having a thickness of 10 μm to form a negative electrode mixture layer. It dried after that, compressed using the compression roller, and obtained as a negative electrode by attaching a negative electrode current collection lead.

[非水電解液の作製]
エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)とを体積比3:3:4で混合させた非水溶媒に、電解質塩としてのLiPF6を1.0mol/L溶解させ、さらにビニレンカーボネート(VC)を0.3質量%加えた。その後さらに、二フッ化リン酸リチウムを0.05mol/L、及びリチウムビスオキサラートボレート(LiBOB)を0.12mol/Lになるよう溶解し、非水電解液を作製し、これを電池作製に供した。
[Preparation of non-aqueous electrolyte]
LiPF 6 as an electrolyte salt is dissolved at 1.0 mol / L in a non-aqueous solvent in which ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) are mixed at a volume ratio of 3: 3: 4. Further, 0.3% by mass of vinylene carbonate (VC) was added. Thereafter, lithium difluorophosphate was further dissolved to 0.05 mol / L and lithium bisoxalate borate (LiBOB) to 0.12 mol / L to prepare a non-aqueous electrolyte, which was used for battery production. Provided.

[円筒型リチウムイオン電池の作製]
図2は、評価のための円筒型リチウムイオン電池(以下、円筒型電池とする)を縦方向に切断して示す斜視図である。上記にて作製した正極23、負極24、非水電解液を用いて、評価のための円筒型電池30を以下の手順で作製した。まず、上記で作製した正極23と負極24とをPP/PE/PPの三層構造からなるセパレータ25を介して巻回し巻回電極体26を作製した。次に、この巻回電極体26の上下にそれぞれ絶縁板31及び32を配置し、この巻回電極体26が負極端子を兼ねるスチール製で直径18mm、高さ65mmの円筒形の電池外装缶33の内部に収容した。そして、負極集電リード34を電池外装缶33の内側底部に溶接するとともに、正極集電リード35を安全弁と電流遮断装置を備えた電流遮断封口体36の底板部に溶接した。この電池外装缶33の開口部から非水電解液を供給し、その後、電流遮断封口体36によって電池外装缶33を密閉し、円筒型電池30を得た。なお、円筒型電池30において、定格容量は、1300mAhとした。
[Production of cylindrical lithium-ion battery]
FIG. 2 is a perspective view showing a cylindrical lithium ion battery for evaluation (hereinafter referred to as a cylindrical battery) cut in the vertical direction. Using the positive electrode 23, the negative electrode 24, and the nonaqueous electrolytic solution prepared above, a cylindrical battery 30 for evaluation was manufactured according to the following procedure. First, the positive electrode 23 and the negative electrode 24 produced above were wound through a separator 25 having a three-layer structure of PP / PE / PP to produce a wound electrode body 26. Next, insulating plates 31 and 32 are arranged above and below the wound electrode body 26, respectively, and this wound electrode body 26 is made of steel and serves as a negative electrode terminal. Housed inside. And the negative electrode current collection lead 34 was welded to the inner bottom part of the battery exterior can 33, and the positive electrode current collection lead 35 was welded to the bottom plate part of the current interruption sealing body 36 provided with the safety valve and the current interruption device. A nonaqueous electrolytic solution was supplied from the opening of the battery outer can 33, and then the battery outer can 33 was sealed with a current blocking seal 36 to obtain a cylindrical battery 30. In the cylindrical battery 30, the rated capacity was 1300 mAh.

<実施例2>
実施例1において、LiBOBの含有量を0.12mol/Lから0.08mol/Lに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2の円筒型電池30を得た。
<Example 2>
In Example 1, the cylindrical battery 30 of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the LiBOB content was changed from 0.12 mol / L to 0.08 mol / L.

<実施例3>
実施例1において、LiBOBの含有量を0.12mol/Lから0.06mol/Lに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2の円筒型電池30を得た。
<Example 3>
A cylindrical battery 30 of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the LiBOB content was changed from 0.12 mol / L to 0.06 mol / L in Example 1.

<比較例1>
実施例1の正極活物質の作製において、リチウム含有遷移金属酸化物11の表面にリン酸マグネシウムを表面被着しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、比較例1の円筒型電池30を得た。
<Comparative Example 1>
Cylindrical battery of Comparative Example 1 in the same manner as in Example 1 except that the surface of the lithium-containing transition metal oxide 11 was not coated with magnesium phosphate in the production of the positive electrode active material of Example 1. 30 was obtained.

<比較例2>
比較例1と同様にして比較例2の円筒型電池30を得た。
<Comparative Example 2>
A cylindrical battery 30 of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as Comparative Example 1.

<比較例3>
比較例1において、LiBOBの含有量を0.12mol/Lから0.06mol/Lに変更したこと以外は、比較例1と同様にして、比較例3の円筒型電池30を得た。
<Comparative Example 3>
A cylindrical battery 30 of Comparative Example 3 was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the LiBOB content was changed from 0.12 mol / L to 0.06 mol / L in Comparative Example 1.

[放電容量評価]
実施例1〜3および比較例1〜3の各円筒型電池30の放電容量を評価する目的で充放電試験を環境温度25℃にて行った。試験方法としては、実施例1〜3および比較例2〜3の各円筒型電池30を1C(1300mA)の定電流で電池電圧が4.35Vになるまで充電を行い、その後定電圧で電流値が0.05C(65mA)になるまで充電を引き続き行った。次に1Cの定電流で電池電圧が2.5Vになるまで放電したのち、休止をはさんで1/3C(430mA)の定電流で電池電圧が2.5Vになるまで放電を行った。また、比較例1は、上記充電電圧を4.35Vから4.2Vに変更して同様の放電容量評価を行った。
[Discharge capacity evaluation]
In order to evaluate the discharge capacity of each of the cylindrical batteries 30 of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, a charge / discharge test was performed at an environmental temperature of 25 ° C. As a test method, each cylindrical battery 30 of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 3 was charged with a constant current of 1C (1300 mA) until the battery voltage reached 4.35 V, and then the current value at a constant voltage. The battery was continuously charged until it reached 0.05 C (65 mA). Next, the battery was discharged at a constant current of 1 C until the battery voltage reached 2.5 V, and then discharged with a constant current of 1/3 C (430 mA) until the battery voltage reached 2.5 V. Moreover, the comparative example 1 changed the said charging voltage from 4.35V to 4.2V, and performed the same discharge capacity evaluation.

[低温出力特性評価]
次に、実施例1〜3及び比較例1〜3の低温出力特性を評価する目的で充放電試験を環境温度25℃にて行った。まず実施例1〜3及び比較例2〜3の各円筒型電池30を1C(1300mA)の定電流で充電深度(SOC)が50%になるまで充電させた後、−30℃まで温度を下げて、その後それぞれ最小で0.02A、最大で12Aの電流値で10秒間放電を行った。この試験において、放電開始10秒後の作動電圧が2.7Vとなる電流値(Ip)を求め、以下の式より出力を算出した。出力(W)=Ip×(2.7V時の作動電圧)
[Low temperature output characteristics evaluation]
Next, in order to evaluate the low-temperature output characteristics of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, a charge / discharge test was performed at an environmental temperature of 25 ° C. First, the cylindrical batteries 30 of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 3 were charged with a constant current of 1C (1300 mA) until the depth of charge (SOC) reached 50%, and then the temperature was lowered to −30 ° C. Thereafter, discharge was performed for 10 seconds at a current value of 0.02 A at the minimum and 12 A at the maximum. In this test, the current value (Ip) at which the operating voltage 10 seconds after the start of discharge was 2.7 V was obtained, and the output was calculated from the following equation. Output (W) = Ip x (Operating voltage at 2.7 V)

[釘刺し試験]
リチウム含有遷移金属酸化物11の粒子表面にリン酸マグネシウムを被着させることによって、内部短絡における電池温度の上昇を抑制する効果を把握する目的で、実施例1〜3及び比較例1〜3について満充電状態の各円筒型電池30で釘刺し試験を行った。試験方法としては、まず、実施例1〜3及び比較例2〜3の各円筒型電池30を環境温度25℃にて、1.0C(1300mA)の定電流で電池電圧が4.35Vになるまで充電を行い、その後定電圧で電流値が0.05C(65mA)になるまで充電を引き続き行った。次に、電池温度が65℃の環境下で、実施例1〜3及び比較例2〜3の各円筒型電池の側面中央部に3mmφの太さで先端が鋭利になった丸釘の先端を接触させ、丸釘を80mm/secの速度で各円筒型電池30の直径方向に沿って突き刺し、丸釘が完全に各円筒型電池30を貫通した時点で丸釘の突き刺しを停止させた。そして、突き刺し後の電池温度の挙動として、電池表面に熱電対を接触させて測定した。電池温度としては、突き刺し後電池の最高到達温度を評価した。また、比較例1は、上記充電電圧を4.35Vから4.2Vに変更して同様の釘刺し試験を行った。表1に、1/3Cでの放電容量、低温出力特性、及び釘刺し試験での電池温度の結果をまとめたもの示す。
[Nail penetration test]
About Examples 1-3 and Comparative Examples 1-3 for the purpose of grasping the effect which suppresses the rise in the battery temperature in the internal short circuit by depositing magnesium phosphate on the particle surface of the lithium-containing transition metal oxide 11 A nail penetration test was performed on each fully charged cylindrical battery 30. As a test method, first, the battery voltage of each cylindrical battery 30 of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 3 is 4.35 V at a constant current of 1.0 C (1300 mA) at an environmental temperature of 25 ° C. Then, charging was continued until the current value reached 0.05 C (65 mA) at a constant voltage. Next, in an environment where the battery temperature is 65 ° C., the tip of a round nail with a 3 mmφ thickness and a sharp tip is attached to the center of the side surface of each of the cylindrical batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 3. The round nail was pierced along the diameter direction of each cylindrical battery 30 at a speed of 80 mm / sec, and the piercing of the round nail was stopped when the round nail completely penetrated each cylindrical battery 30. And it measured by making a thermocouple contact the battery surface as a behavior of the battery temperature after piercing. As the battery temperature, the highest reached temperature of the battery after piercing was evaluated. In Comparative Example 1, a similar nail penetration test was performed by changing the charging voltage from 4.35V to 4.2V. Table 1 summarizes the results of discharge capacity at 1/3 C, low-temperature output characteristics, and battery temperature in the nail penetration test.

Figure 2014192069
Figure 2014192069

表1より、LiBOB濃度を見た場合、濃度が高いほうが、低温出力が良いことが分かった。しかしながら、比較例2と比較例3とを見た場合、LiBOB濃度が高いと釘刺し試験において電池温度が高くなる結果となり、LiBOB濃度が高いことは好ましくない。そこで、リチウム含有遷移金属酸化物11の表面にリン酸マグネシウムを被着させた実施例1〜3を見ると、実施例1〜3では、いずれも比較例1〜3に比べて釘刺し試験における電池温度が低く、良好な結果が得られた。なお、比較例1に示す充電電圧を低く設定したものは、放電容量が小さく電池の高容量化において好ましくない。   From Table 1, it was found that when the LiBOB concentration was observed, the higher the concentration, the better the low-temperature output. However, when Comparative Example 2 and Comparative Example 3 are seen, if the LiBOB concentration is high, the battery temperature becomes high in the nail penetration test, and it is not preferable that the LiBOB concentration is high. Thus, looking at Examples 1 to 3 in which magnesium phosphate was deposited on the surface of the lithium-containing transition metal oxide 11, in Examples 1 to 3, all were compared with Comparative Examples 1 to 3 in the nail penetration test. The battery temperature was low and good results were obtained. In addition, what set the charging voltage low shown in the comparative example 1 is unpreferable in the high capacity | capacitance of a battery with small discharge capacity.

なお、表1において表面被着量は、正極活物質10を作製した際にICP発光分析分光法によって測定した値である。当該正極活物質10は、リチウム含有遷移金属酸化物11を含み、リチウム含有遷移金属酸化物11の粒子表面にリチウム含有遷移金属酸化物11に対して0.01重量%以上3重量%以下のリン酸化合物を被着させることが好適である。実施例1〜3は、表面被着量(0.07質量%)が上記範囲内にあって、内部短絡における温度上昇を抑制することが確認できた。   In Table 1, the surface deposition amount is a value measured by ICP emission spectrometry spectroscopy when the positive electrode active material 10 was produced. The positive electrode active material 10 includes a lithium-containing transition metal oxide 11, and 0.01% by weight or more and 3% by weight or less of phosphorus with respect to the lithium-containing transition metal oxide 11 on the particle surface of the lithium-containing transition metal oxide 11. It is preferred to deposit the acid compound. In Examples 1 to 3, the surface deposition amount (0.07% by mass) was within the above range, and it was confirmed that the temperature increase in the internal short circuit was suppressed.

このように、非水電解液にLiBOBを0.06mol/L以上0.3mol/L以下含有し、リチウム含有遷移金属酸化物11の粒子表面に0.01重量%以上3重量%以下のリン酸化合物15を含む正極活物質11を備えるリチウムイオン電池は、釘刺し等の内部短絡における電池温度の上昇による正極活物質と非水電解液との反応を抑制し、電池性能、特に低温出力特性に優れる。   Thus, LiBOB is contained in the nonaqueous electrolytic solution in an amount of 0.06 mol / L to 0.3 mol / L, and 0.01 wt% to 3 wt% of phosphoric acid on the particle surface of the lithium-containing transition metal oxide 11. The lithium ion battery including the positive electrode active material 11 containing the compound 15 suppresses the reaction between the positive electrode active material and the non-aqueous electrolyte due to an increase in the battery temperature in an internal short circuit such as nail penetration, and has battery performance, particularly low temperature output characteristics. Excellent.

10 正極活物質、11 リチウム含有遷移金属酸化物、12 リン酸水素二ナトリウム、13 MgCl2溶液のろ液、14 前駆体、15 リン酸化合物、16 水、17 容器、18 硝酸、19 分散液、20 水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液、21 撹拌装置、22 撹拌子、23 正極、24 負極、25 セパレータ、26 巻回電極体、30 円筒型電池、31,32 絶縁板、33 電池外装缶、34 負極集電リード、35 正極集電リード、36 電流遮断封口体。 10 cathode active material, 11 lithium-containing transition metal oxide, 12 disodium hydrogen phosphate, 13 filtrate of MgCl 2 solution, 14 precursor, 15 phosphate compound, 16 water, 17 container, 18 nitric acid, 19 dispersion, 20 Sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution, 21 Stirrer, 22 Stirrer, 23 Positive electrode, 24 Negative electrode, 25 Separator, 26 Winding electrode body, 30 Cylindrical battery, 31, 32 Insulating plate, 33 Battery outer can, 34 Negative electrode Current collecting lead, 35 Positive electrode current collecting lead, 36 Current interruption sealing body.

Claims (5)

正極活物質を含む正極と、液状の非水電解質である非水電解液とを備えるリチウムイオン電池において、
前記非水電解液は、リチウムビスオキサラートボレート(LiBOB)を非水電解液に対して0.06mol/L以上0.3mol/L以下で含有し、
前記正極活物質は、リチウム含有遷移金属酸化物と該リチウム含有遷移金属酸化物に対して0.01重量%以上3重量%以下のリン酸化合物とを含み、前記リチウム含有遷移金属酸化物の粒子表面に前記リン酸化合物を被着させたリチウムイオン電池。
In a lithium ion battery comprising a positive electrode containing a positive electrode active material and a non-aqueous electrolyte that is a liquid non-aqueous electrolyte,
The non-aqueous electrolyte contains lithium bisoxalate borate (LiBOB) at 0.06 mol / L to 0.3 mol / L with respect to the non-aqueous electrolyte,
The positive electrode active material includes a lithium-containing transition metal oxide and a phosphoric acid compound of 0.01 wt% or more and 3 wt% or less with respect to the lithium-containing transition metal oxide, and particles of the lithium-containing transition metal oxide A lithium ion battery having the phosphoric acid compound deposited on its surface.
請求項1に記載のリチウムイオン電池において、
前記リン酸化合物は、Li、Mg、Al、Si、Ca、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、W、Bi、La、Ce、Nd、Sm、Eu、Ho、及びErからなる群より選ばれる少なくとも1つの元素を含むリチウムイオン電池。
The lithium ion battery according to claim 1,
The phosphoric acid compound is composed of Li, Mg, Al, Si, Ca, Ga, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Sn, W, Bi, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Ho, and Er. A lithium ion battery comprising at least one element selected from the group.
請求項1または2に記載のリチウムイオン電池において、
前記リン酸化合物は、リン酸マグネシウムであるリチウムイオン電池。
The lithium ion battery according to claim 1 or 2,
The lithium ion battery, wherein the phosphate compound is magnesium phosphate.
請求項1から3のいずれか1に記載のリチウムイオン電池において、
前記リチウム含有遷移金属酸化物は、一般式LiaNixCoyMnz(1-x-y-z)2+a/2(0.5<a<1.2,0.3≦x<1.0、0<y≦0.5、0<z≦0.7、x+y+z≦1、Mは、Na、K、Mg、Ca、Fe、Cu、V、Zr、W、Mo等からなる群より選ばれる少なくとも1つ以上の元素)で表されるリチウムイオン電池。
The lithium ion battery according to any one of claims 1 to 3,
The lithium-containing transition metal oxide has a general formula of Li a Ni x Co y Mn z M (1-xyz) O 2 + a / 2 (0.5 <a <1.2, 0.3 ≦ x <1. 0, 0 <y ≦ 0.5, 0 <z ≦ 0.7, x + y + z ≦ 1, M is selected from the group consisting of Na, K, Mg, Ca, Fe, Cu, V, Zr, W, Mo, etc. A lithium ion battery represented by at least one element.
請求項1から4のいずれか1に記載のリチウムイオン電池において、
充電終止電圧は、電池電圧4.3V以上であるリチウムイオン電池。
The lithium ion battery according to any one of claims 1 to 4,
The end-of-charge voltage is a lithium ion battery having a battery voltage of 4.3 V or higher.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015210893A (en) * 2014-04-24 2015-11-24 トヨタ自動車株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery and assembly thereof
WO2023173413A1 (en) * 2022-03-18 2023-09-21 宁德时代新能源科技股份有限公司 Secondary battery and battery module, battery pack and electric device comprising same
CN117476917A (en) * 2023-12-28 2024-01-30 深圳先进技术研究院 Positive electrode material and preparation method and application thereof
CN117476917B (en) * 2023-12-28 2024-05-10 深圳先进技术研究院 Positive electrode material and preparation method and application thereof

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015210893A (en) * 2014-04-24 2015-11-24 トヨタ自動車株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery and assembly thereof
WO2023173413A1 (en) * 2022-03-18 2023-09-21 宁德时代新能源科技股份有限公司 Secondary battery and battery module, battery pack and electric device comprising same
CN117476917A (en) * 2023-12-28 2024-01-30 深圳先进技术研究院 Positive electrode material and preparation method and application thereof
CN117476917B (en) * 2023-12-28 2024-05-10 深圳先进技术研究院 Positive electrode material and preparation method and application thereof

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