JP2016058180A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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秀之 小川
Hideyuki Ogawa
秀之 小川
信之 小川
Nobuyuki Ogawa
信之 小川
愛知 且英
Katsuhide Aichi
且英 愛知
正嗣 青谷
Masatsugu Aotani
正嗣 青谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery excellent in battery characteristics and safety.SOLUTION: A lithium ion secondary battery includes a housing body composed of a material containing a metal, frame retardants arranged in the housing body, and a safety valve, where the internal pressure A of the housing body when the retardants are ejected from the housing body satisfies following formula: 0.25 MPa≤A≤working pressure of safety valve.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関するものである。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いために、携帯型電子機器及び電気自動車の電源として普及している。例えば、リチウムイオン二次電池においては、円筒状の電池缶の内部に巻き取り電極体が収容されている。巻き取り電極体は、正極と負極の間に微多孔性のセパレータを挟み込み、これらを渦巻き状に巻き取って構成されており、セパレータには可燃性の非水電解液が含浸されている。このため、異常事態に電池の温度が急上昇すると、電解液が気化して内部圧力が上がり、リチウムイオン二次電池が破裂する可能性がある。また、電池の温度が急上昇すると、電解液が発火する可能性もある。   Lithium ion secondary batteries are widely used as power sources for portable electronic devices and electric vehicles because of their high energy density. For example, in a lithium ion secondary battery, a winding electrode body is accommodated in a cylindrical battery can. The take-up electrode body is configured by sandwiching a microporous separator between a positive electrode and a negative electrode and winding them in a spiral shape, and the separator is impregnated with a combustible non-aqueous electrolyte. For this reason, when the temperature of the battery suddenly rises due to an abnormal situation, the electrolyte solution is vaporized, the internal pressure rises, and the lithium ion secondary battery may burst. Moreover, when the temperature of a battery rises rapidly, electrolyte solution may ignite.

リチウムイオン二次電池が引火又は発火する事態を防止することは、リチウムイオン二次電池の設計において重要である。リチウムイオン二次電池においては、今後更に高エネルギー密度化及び大型化を図っていく上で、安全性をより一層向上させることが要求されている。   Preventing a situation where a lithium ion secondary battery ignites or ignites is important in the design of a lithium ion secondary battery. Lithium ion secondary batteries are required to further improve safety in order to further increase energy density and size in the future.

リチウムイオン二次電池の安全性を向上させる方法としては、例えば、電解液にリン酸エステル(トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート等)を添加することによって、難燃性を向上させるリチウムイオン二次電池が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、吸熱物質(Na型BC消火剤等)を含む構造体を電池内に組み込むことで、熱暴走時に吸熱剤が放出され、電池の温度上昇による発火を防止するリチウムイオン二次電池が提案されている(例えば、特許文献2参照)。   As a method for improving the safety of a lithium ion secondary battery, for example, a lithium ion secondary battery that improves flame retardancy by adding a phosphate ester (trimethyl phosphate, triethyl phosphate, etc.) to the electrolyte is proposed. (For example, refer to Patent Document 1). In addition, a lithium ion secondary battery has been proposed that incorporates a structure containing an endothermic substance (such as Na-type BC fire extinguisher) into the battery, so that the endothermic agent is released during thermal runaway and prevents ignition due to battery temperature rise. (For example, refer to Patent Document 2).

特開平4−184870号公報JP-A-4-184870 特開2009−301798号公報JP 2009-301798 A

しかしながら、特許文献1に記載の電解液にリン酸エステルを添加したリチウムイオン二次電池においては、難燃性は向上するものの、電解液がリン酸エステルの影響を受けて劣化し、充放電効率、パワー密度、エネルギー密度、電池寿命等の電池特性が低下するおそれがある。また、特許文献2に記載の吸熱物質を含む構造体を用いたリチウムイオン二次電池においては、熱暴走の抑制には効果があるが、非水電解液の噴出ガスに引火した際には、燃焼を抑制することができないおそれがある。本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電池特性及び安全性に優れるリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。   However, in the lithium ion secondary battery in which a phosphoric acid ester is added to the electrolytic solution described in Patent Document 1, the flame retardance is improved, but the electrolytic solution deteriorates due to the influence of the phosphoric acid ester, and the charge / discharge efficiency Battery characteristics such as power density, energy density, and battery life may be reduced. Moreover, in the lithium ion secondary battery using the structure containing the endothermic substance described in Patent Document 2, it is effective in suppressing thermal runaway, but when igniting the jet gas of the non-aqueous electrolyte, There is a possibility that combustion cannot be suppressed. This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the lithium ion secondary battery which is excellent in a battery characteristic and safety | security.

上記課題を解決するための手段は、以下のとおりである。
<1>金属を含む材料から構成される収容体と、前記収容体の内部に配置される難燃剤と、安全弁と、を備え、前記収容体から前記難燃剤が放出されるときの前記収容体の内部圧力Aが下記式を満たす、リチウムイオン二次電池。
0.25MPa≦A≦安全弁の作動圧力
Means for solving the above problems are as follows.
<1> A container comprising a metal-containing material, a flame retardant disposed inside the container, and a safety valve, and the container when the flame retardant is released from the container A lithium ion secondary battery in which the internal pressure A satisfies the following formula.
0.25 MPa ≤ A ≤ Safety valve operating pressure

<2>前記安全弁が作動するときには前記収容体から前記難燃剤が放出されているか、前記安全弁が作動した直後に前記収容体から前記難燃剤が放出される、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。 <2> The lithium ion secondary according to claim 1, wherein the flame retardant is released from the container when the safety valve is operated, or the flame retardant is released from the container immediately after the safety valve is operated. Next battery.

<3>電池容器と、正極、負極及びセパレータを捲回してなる電極捲回群と、電解液と、を更に備え、前記電極捲回群の空隙部に前記収容体が配置される、<1>又は<2>に記載のリチウムイオン二次電池。 <3> A battery container, an electrode winding group obtained by winding the positive electrode, the negative electrode, and the separator, and an electrolytic solution are further provided, and the container is disposed in a gap portion of the electrode winding group. > Or <2>.

<4>前記電解液が、環状カーボネート及び鎖状カーボネートを含む<3>に記載のリチウムイオン二次電池。 <4> The lithium ion secondary battery according to <3>, wherein the electrolytic solution includes a cyclic carbonate and a chain carbonate.

<5>前記収容体が圧力弁を有する、<1>〜<4>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。 <5> The lithium ion secondary battery according to any one of <1> to <4>, wherein the container has a pressure valve.

<6>前記収容体の材料がアルミニウム及びスチールからなる群より選択される少なくとも一種を含む、<1>〜<5>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。 <6> The lithium ion secondary battery according to any one of <1> to <5>, wherein the material of the container includes at least one selected from the group consisting of aluminum and steel.

<7>前記収容体の内壁及び外壁からなる群より選択される少なくとも一方の少なくとも一部が樹脂で覆われている、<1>〜<6>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。 <7> The lithium ion secondary according to any one of <1> to <6>, wherein at least a part of at least one selected from the group consisting of an inner wall and an outer wall of the container is covered with a resin. battery.

<8>前記難燃剤が、ブロモホルム及び四臭化炭素からなる群より選択される少なくとも一種を含む、<1>〜<7>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。 <8> The lithium ion secondary battery according to any one of <1> to <7>, wherein the flame retardant includes at least one selected from the group consisting of bromoform and carbon tetrabromide.

本発明によれば、電池特性及び安全性に優れるリチウムイオン二次電池を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lithium ion secondary battery excellent in a battery characteristic and safety | security can be provided.

本発明が適用可能な実施形態のリチウムイオン二次電池の断面図である。It is sectional drawing of the lithium ion secondary battery of embodiment which can apply this invention. 収容体の一実施形態である、ガスケットを有する金属缶の断面図である。It is sectional drawing of the metal can which has a gasket which is one Embodiment of a container.

本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。ある成分の含有量は、その成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、当該複数の物質の合計量を意味する。「層」との語には、平面図として観察したときに、全面に形成されている形状の構成に加え、一部に形成されている形状の構成も包含される。「積層」との語は、層を積み重ねることを示し、二以上の層が結合されていてもよく、二以上の層が着脱可能であってもよい。   In the present specification, a numerical range indicated using “to” indicates a range including the numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively. The content of a certain component means the total amount of the plurality of substances when there are a plurality of substances corresponding to the component, unless otherwise specified. The term “layer” includes not only the configuration of the shape formed on the entire surface when observed as a plan view, but also the configuration of the shape formed in part. The term “stacked” indicates that the layers are stacked, and two or more layers may be bonded, or two or more layers may be detachable.

<リチウムイオン二次電池>
本発明のリチウムイオン二次電池は、金属を含む材料から構成される収容体と、前記収容体の内部に配置される難燃剤と、安全弁と、を備え、前記収容体から前記難燃剤が放出されるときの前記収容体の内部圧力Aが下記式を満たす。
0.25MPa≦A≦安全弁の作動圧力
<Lithium ion secondary battery>
The lithium ion secondary battery of the present invention includes a container made of a metal-containing material, a flame retardant disposed inside the container, and a safety valve, and the flame retardant is released from the container. The internal pressure A of the container when being satisfied the following formula.
0.25 MPa ≤ A ≤ Safety valve operating pressure

本発明のリチウムイオン二次電池は上記構成を備えることにより、難燃剤が電池の通常使用温度域では電解液中に混入することなく、電池性能が損われない。一方、電池の温度が異常に上昇し、収容体の内部圧力が内部圧力Aに達した場合は、はじめて電解液中に難燃剤を放出させることができる。具体的には例えば、収容体内部の難燃剤が熱により体積膨張又は状態変化し、収容体の内部圧力が内部圧力Aに達することにより、収容体に設けられた圧力弁が開放又は破壊されることで難燃剤が収容体から放出し、上記混入を実現する。   By providing the lithium ion secondary battery of the present invention with the above-described configuration, the flame retardant is not mixed in the electrolytic solution in the normal use temperature range of the battery, and the battery performance is not impaired. On the other hand, when the temperature of the battery rises abnormally and the internal pressure of the container reaches the internal pressure A, the flame retardant can be released into the electrolyte for the first time. Specifically, for example, when the flame retardant inside the container undergoes volume expansion or state change due to heat and the internal pressure of the container reaches the internal pressure A, the pressure valve provided in the container is opened or destroyed. Thus, the flame retardant is released from the container, and the above mixing is realized.

一方、円筒形リチウムイオン二次電池では、一般的に電池容器内の内部圧力の上昇を防止するために、所定の内部圧力に到達した場合にガスを容器外へ放出する安全弁等の内部圧力低減機構を有している。しかしながら、上記急激かつ継続的な化学反応が生じた場合には、内部圧力低減機構を有する場合であっても電池容器の破損(亀裂、膨張、発火等を含む)が生じる場合がある。前記急激かつ継続的な化学反応が生じた場合でも、電池容器を破損させずに電池容器内に発生したガスを有効に放出するための安全弁の作動圧力は、1MPa〜2MPaであることが好ましい。   On the other hand, in a cylindrical lithium ion secondary battery, in general, in order to prevent an increase in internal pressure inside the battery container, internal pressure reduction such as a safety valve that releases gas to the outside of the container when a predetermined internal pressure is reached. It has a mechanism. However, when the above-described rapid and continuous chemical reaction occurs, the battery container may be damaged (including cracks, expansion, ignition, etc.) even when the internal pressure reduction mechanism is provided. Even when the abrupt and continuous chemical reaction occurs, the operating pressure of the safety valve for effectively releasing the gas generated in the battery container without damaging the battery container is preferably 1 MPa to 2 MPa.

ここで、収容体から難燃剤が放出されるときの前記収容体の内部圧力Aは、電池容器の安全弁の作動圧力以下であることが望ましい。内部圧力Aが安全弁の作動圧力以下であることで、電池容器の安全弁が作動して電解液由来のガスが噴出する以前、又は電解液由来のガスが噴出した直後(例えば、2秒以内)に収容体から難燃剤が放出される。電池容器内から電解液由来のガスが噴出した直後に収容体から難燃剤が放出される場合であっても、自己消火性を発現する。例えば、内部圧力1.5MPaで安全弁を作動(開放等)させて電解液由来のガスを噴出する(すなわち、安全弁の作動圧力が1.5MPaである)円筒型リチウムイオン二次電池では、収容体の内部圧力が1.5MPa以下の状態で難燃剤が収容体から放出されることにより、安全弁が作動する前又は安全弁が作動した直後に難燃剤が電解液に混入する。また、内部圧力Aを0.25MPa以上とすることで、電池の通常使用時には収容体から難燃剤が放出されず、電池性能を低下させることがない。   Here, it is desirable that the internal pressure A of the container when the flame retardant is released from the container is equal to or lower than the operating pressure of the safety valve of the battery container. When the internal pressure A is equal to or lower than the operating pressure of the safety valve, before the safety valve of the battery container is activated and the gas derived from the electrolyte is ejected, or immediately after the gas derived from the electrolyte is ejected (for example, within 2 seconds) The flame retardant is released from the container. Even when the flame retardant is released from the container immediately after the gas derived from the electrolyte from the battery container is ejected, self-extinguishing properties are exhibited. For example, in a cylindrical lithium ion secondary battery that operates (opens, etc.) a safety valve at an internal pressure of 1.5 MPa and ejects gas derived from an electrolyte (that is, the operating pressure of the safety valve is 1.5 MPa), When the flame retardant is released from the container with the internal pressure of 1.5 MPa or less, the flame retardant is mixed into the electrolyte before the safety valve is activated or immediately after the safety valve is activated. Further, by setting the internal pressure A to 0.25 MPa or more, the flame retardant is not released from the container during normal use of the battery, and the battery performance is not deteriorated.

[収容体]
本発明のリチウムイオン二次電池における収容体は、金属を含む材料から構成され、収容体から前記難燃剤が放出されるときの前記収容体の内部圧力Aが下記式を満たす。
0.25MPa≦A≦安全弁の作動圧力
[Container]
The container in the lithium ion secondary battery of this invention is comprised from the material containing a metal, and the internal pressure A of the said container when the said flame retardant is discharge | released from a container satisfies the following formula.
0.25 MPa ≤ A ≤ Safety valve operating pressure

収容体の内部圧力Aが上記式を満たすようにする方法は特に制限されない。例えば、収容体に圧力弁を設ける方法等が挙げられる。本明細書において圧力弁とは、収容体の内部圧力が所定の水準以上に上昇した際に自動的に圧力を放出し、内部圧力を降下させる弁又は構造を意味する。圧力弁として具体的には、スプリングの作用等により内部圧力を一定に保つ弁(ばね式圧力弁)、内部圧力の上昇により開裂するガスケット付きの蓋を有する構造、プルトップ缶のように収容体の一部が内部圧力の上昇により他の部分よりも破壊されやすくなっている構造等が挙げられる。ばね式圧力弁を用いる場合には、スプリングの強度等により内部圧力Aを調整でき、ガスケット付きの蓋を用いる場合には、ガスケットの樹脂の耐熱温度等により内部圧力Aを調整でき、収容体の一部を他の部分よりも破壊されやすくする場合には、破壊される部分の厚み等により内部圧力Aを調整できる。   The method for causing the internal pressure A of the container to satisfy the above formula is not particularly limited. For example, the method etc. which provide a pressure valve in a container are mentioned. In this specification, a pressure valve means a valve or structure that automatically releases pressure when the internal pressure of the container rises above a predetermined level and lowers the internal pressure. Specifically, as a pressure valve, a valve that keeps the internal pressure constant by the action of a spring (spring type pressure valve), a structure with a gasket with a lid that is cleaved when the internal pressure rises, and a container like a pull-top can Examples include a structure in which a part is more easily destroyed than the other part due to an increase in internal pressure. When using a spring type pressure valve, the internal pressure A can be adjusted depending on the strength of the spring, etc. When using a lid with a gasket, the internal pressure A can be adjusted depending on the heat resistance temperature of the resin of the gasket, etc. When making a part easier to be destroyed than the other part, the internal pressure A can be adjusted by the thickness of the part to be destroyed.

収容体の内部圧力が内部圧力Aに到達する際の温度は、電池の用途に応じて80℃〜300℃の範囲内で調整することが好ましい。前記温度を調整する方法は特に制限されない。例えば、収容体の内包物の量により調整する方法、内包物の沸点により調整する方法、内包物に発泡剤を含ませる方法等が挙げられる。さらに、上述した圧力弁の種類にあわせていかなる方法で調製してもよい。   The temperature at which the internal pressure of the container reaches the internal pressure A is preferably adjusted within the range of 80 ° C to 300 ° C depending on the use of the battery. The method for adjusting the temperature is not particularly limited. For example, a method of adjusting by the amount of inclusions in the container, a method of adjusting by the boiling point of the inclusions, a method of including a foaming agent in the inclusions, and the like can be mentioned. Furthermore, it may be prepared by any method according to the type of pressure valve described above.

収容体を構成する材料は、金属を含むものであれば特に制限されない。金属として具体的には、アルミニウム、鉄、ニッケル、スズ、チタン、亜鉛、銅、これらの金属のいずれかを含むスチール等の合金などが挙げられる。ブリキ、トタン等の、前記金属にめっきを施した材料も用いることができる。これらの金属の中では、アルミニウム又はスチールが好ましい。収容体を構成する材料に含まれる金属の割合又は状態は、電池の通常使用時における難燃剤の電解液の混入が充分に防止されるものであれば特に制限されないが、難燃剤と電解液との間に金属が介在しない部分が実質的に存在しないことが好ましい。   The material constituting the container is not particularly limited as long as it contains a metal. Specific examples of the metal include aluminum, iron, nickel, tin, titanium, zinc, copper, and alloys such as steel containing any of these metals. A material obtained by plating the metal such as tin or tin can also be used. Of these metals, aluminum or steel is preferred. The ratio or state of the metal contained in the material constituting the container is not particularly limited as long as the mixing of the flame retardant electrolyte during normal use of the battery is sufficiently prevented, but the flame retardant and electrolyte It is preferable that there is substantially no portion between which no metal is present.

収容体は、内壁及び外壁からなる群より選択される少なくとも一方の少なくとも一部が樹脂で被覆されることが好ましい。前記樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリアミド樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体樹脂、セロハン樹脂、ビニロン樹脂、塩化ビニリデン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。ポリエチレン樹脂としては、低密度又は高密度のものも用いることができる。前記樹脂の中でも、リチウムイオン二次電池のセパレータの材料として一般に用いられるポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等は電池電解液に安定であり、好ましい。   It is preferable that at least a part of at least one selected from the group consisting of an inner wall and an outer wall is covered with a resin. Examples of the resin include polyethylene resin, polypropylene resin, polyethylene terephthalate resin, polyamide resin, ethylene-vinyl alcohol copolymer resin, ethylene-vinyl acetate copolymer resin, acrylonitrile-butadiene copolymer resin, cellophane resin, vinylon resin, Examples include vinylidene chloride resin, epoxy resin, polyimide resin, and acrylic resin. As the polyethylene resin, those having a low density or a high density can also be used. Among the resins, polyethylene resins, polypropylene resins, and the like that are generally used as separator materials for lithium ion secondary batteries are preferable because they are stable to battery electrolytes.

収容体が圧力弁を有する場合、圧力弁の材質は特に制限されず、収容体の材料として例示したものから選択してもよい。収容体の厚みは特に制限されないが、100μm〜3000μmであることが好ましく、200μm〜2000μmであることがより好ましく、300μm〜1000μmであることが更に好ましい。   When the container has a pressure valve, the material of the pressure valve is not particularly limited, and may be selected from those exemplified as the material of the container. The thickness of the container is not particularly limited, but is preferably 100 μm to 3000 μm, more preferably 200 μm to 2000 μm, and still more preferably 300 μm to 1000 μm.

リチウムイオン二次電池の内部における収容体の位置は特に制限されない。電池のエネルギー密度を損なわないようにするためには、電池内のデッドスペース(発電要素、端子等の、電解液以外の部材が存在しない空間)を有効利用することが好ましい。電池内部のデッドスペースの具体例としては、正極、負極及びセパレータを捲回してなる電極捲回群(以下、電極群という場合もある)の中心の空隙部が挙げられる。   The position of the container inside the lithium ion secondary battery is not particularly limited. In order not to impair the energy density of the battery, it is preferable to effectively use a dead space in the battery (a space where members other than the electrolyte, such as power generation elements and terminals, do not exist). As a specific example of the dead space inside the battery, there is a central void portion of an electrode winding group obtained by winding a positive electrode, a negative electrode, and a separator (hereinafter also referred to as an electrode group).

収容体の形状は、電池の通常使用時には難燃剤を外部から隔離でき、収容体の内部圧力が内部圧力Aに達したときに収容体から難燃剤が放出されるものであれば特に制限されない。例えば、円筒状、直方体状、球状等が挙げられ、収容体が配置される電池のデッドスペースの形状にあわせて選択することができる。   The shape of the container is not particularly limited as long as the flame retardant can be isolated from the outside during normal use of the battery and the flame retardant is released from the container when the internal pressure of the container reaches the internal pressure A. For example, a cylindrical shape, a rectangular parallelepiped shape, a spherical shape, and the like can be cited, and the shape can be selected according to the shape of the dead space of the battery in which the container is disposed.

収容体を電極群の中心の空隙部に配置する場合は、電極群の中心部に軸芯を設けることが好ましい。前記軸芯を設ける場合は、軸芯の側面部分に穴を開けておくことが好ましい。穴を開けることで、収容体から放出される難燃剤を、電池内部全体に効率よく分散させることができる。   When arrange | positioning a container in the space | gap part of the center of an electrode group, it is preferable to provide an axial center in the center part of an electrode group. When the shaft core is provided, it is preferable to make a hole in the side surface portion of the shaft core. By making the holes, the flame retardant released from the container can be efficiently dispersed throughout the battery.

[難燃剤]
本発明における難燃剤とは、可燃物の燃焼性を低下させる物質の総称であり、可燃物の引火又は発火を防止したり(不燃性)、一時的に燃えた可燃物を消火したり(自己消火性)する性質を有する物質を意味する。難燃剤の種類は特に限定されないが、例えば、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリス(クロロエチル)ホスフェート、トリ(ジクロロプロピル)ホスフェート等のリン酸化合物、P=N結合を有するホスファゼン化合物、2−エチル−4−メチルイミダゾール等のイオン液体化合物、ブロモトリクロロメタン、1,2−ジブロモ−3−クロロプロパン、ジブロモメタン、ブロモホルム、四臭化炭素等のハロゲン化合物などが挙げられる。
[Flame retardants]
The flame retardant in the present invention is a general term for substances that reduce the flammability of combustible materials, and prevents flammable materials from igniting or igniting (noncombustible), extinguishing temporarily combustible combustible materials (self It means a substance having the property of extinguishing). The kind of the flame retardant is not particularly limited. For example, phosphoric acid compounds such as trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tris (chloroethyl) phosphate, tri (dichloropropyl) phosphate, phosphazene compound having P = N bond, 2-ethyl-4 -Ionic liquid compounds such as methylimidazole, halogen compounds such as bromotrichloromethane, 1,2-dibromo-3-chloropropane, dibromomethane, bromoform, and carbon tetrabromide.

上述した難燃剤のうち、自己消火性の観点からハロゲン化合物が好ましい。また前記ハロゲン化合物の中でも特に、ブロモホルム又は四臭化炭素は、有機溶媒を含む電解液に対して高い自己消火性を発現するため、好ましい。ブロモホルム又は四臭化炭素が特に自己消火性に優れる理由は、以下のように考察している。リチウムイオン二次電池の電解液は、一般的に後述する環状カーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒を含む。前記環状カーボネート又は鎖状カーボネートの常圧(1気圧)での沸点は、90℃〜261℃程度である。一方、ブロモホルムの常圧での沸点は149℃〜152℃であり、四臭化炭素の常圧での沸点は190℃である。すなわち、前記混合溶媒が気化する温度と同程度の温度でブロモホルム又は四臭化炭素も気化するため、電解液由来の噴出ガスの燃焼を効果的に抑制でき(自己消火性に優れる)、且つ、気化していない電解液中にもブロモホルム又は四臭化炭素がある程度残存するため、電解液に引火して燃焼するのもあわせて抑制できるものと考えている。   Of the above-mentioned flame retardants, halogen compounds are preferred from the viewpoint of self-extinguishing properties. Among the halogen compounds, bromoform or carbon tetrabromide is particularly preferable because it exhibits high self-extinguishing properties with respect to an electrolytic solution containing an organic solvent. The reason why bromoform or carbon tetrabromide is particularly excellent in self-extinguishing properties is considered as follows. The electrolyte solution of a lithium ion secondary battery generally contains a mixed solvent of a cyclic carbonate and a chain carbonate, which will be described later. The boiling point of the cyclic carbonate or chain carbonate at normal pressure (1 atm) is about 90 ° C. to 261 ° C. On the other hand, the boiling point of bromoform at normal pressure is 149 ° C. to 152 ° C., and the boiling point of carbon tetrabromide at normal pressure is 190 ° C. That is, since bromoform or carbon tetrabromide is also vaporized at a temperature similar to the temperature at which the mixed solvent vaporizes, combustion of the jet gas derived from the electrolyte can be effectively suppressed (excelling in self-extinguishing properties), and Since bromoform or carbon tetrabromide remains to some extent in the non-vaporized electrolyte solution, it is considered that the ignition and combustion of the electrolyte solution can also be suppressed.

難燃剤は1種のみを用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。例えば、沸点の異なる2種以上の難燃剤を組み合わせて難燃剤の放出温度を調節することもできる。例えば、難燃剤の主成分として常圧での沸点が約190℃の四臭化炭素を用いる場合、常圧での沸点が約90℃のジブロモメタンを組み合わせることで、放出温度がより低くなるように調整することができる。   A flame retardant may use only 1 type or may use it in combination of 2 or more type. For example, the release temperature of a flame retardant can be adjusted by combining two or more flame retardants having different boiling points. For example, when carbon tetrabromide having a boiling point of about 190 ° C. at normal pressure is used as the main component of the flame retardant, the release temperature may be lowered by combining dibromomethane having a boiling point of about 90 ° C. at normal pressure. Can be adjusted.

以下、本発明の実施形態の一例であるリチウムイオン二次電池の構成要素である正極、負極、電解液、セパレータ及びその他の構成部材に関し順次説明する。   Hereinafter, a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, a separator, and other components that are components of a lithium ion secondary battery that is an example of an embodiment of the present invention will be sequentially described.

[正極]
正極(正極板)は、正極集電体及びその表面に配置される正極合材(正極合剤)よりなる。正極合材は、正極集電体の表面に配置される少なくとも正極活物質を含む層(正極活物質層)である。正極活物質層は、正極活物質の他に導電材、結着材、増粘剤等を含んでもよい。
[Positive electrode]
The positive electrode (positive electrode plate) includes a positive electrode current collector and a positive electrode mixture (positive electrode mixture) disposed on the surface thereof. The positive electrode mixture is a layer (positive electrode active material layer) including at least a positive electrode active material disposed on the surface of the positive electrode current collector. The positive electrode active material layer may include a conductive material, a binder, a thickener, and the like in addition to the positive electrode active material.

前記正極活物質としては、リチウム含有複合金属酸化物が好ましい。リチウム含有複合金属酸化物としては、例えば、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiCoNi1−y、LiCo1−y、LiNi1−y、LiMn及びLiMn2−y(前記各式中、MはNa、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、V及びBからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。x=0〜1.2、y=0〜0.9、z=2.0〜2.3である。)が挙げられる。ここで、リチウムのモル比を示すxの値は、充放電により増減する。また、オリビン型リチウム塩としては、例えば、LiFePOが挙げられる。正極活物質としてオリビン型リチウム塩又はカルコゲン化合物を用いてもよい。カルコゲン化合物としては、二硫化チタン及び二硫化モリブデンが挙げられる。正極活物質は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。 The positive electrode active material is preferably a lithium-containing composite metal oxide. The lithium-containing composite metal oxide, for example, Li x CoO 2, Li x NiO 2, Li x MnO 2, Li x Co y Ni 1-y O 2, Li x Co y M 1-y O z, Li x Ni 1-y M y O z , Li x Mn 2 O 4 and Li x Mn 2-y M y O 4 ( in each of the formulas above, M is Na, Mg, Sc, Y, Mn, Fe, Co, Ni, It represents at least one element selected from the group consisting of Cu, Zn, Al, Cr, Pb, Sb, V and B. x = 0 to 1.2, y = 0 to 0.9, z = 2.0. -2.3). Here, the value of x indicating the molar ratio of lithium is increased or decreased by charging and discharging. Further, as the olivine type lithium salts such as LiFePO 4. An olivine type lithium salt or a chalcogen compound may be used as the positive electrode active material. Examples of the chalcogen compound include titanium disulfide and molybdenum disulfide. A positive electrode active material may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

正極活物質としては、安全性の観点から、LiMn又はLiMn2−yで表されるリチウムマンガン酸化物を含むことが好ましい。正極活物質としてリチウムマンガン酸化物を用いる場合の含有量は、正極活物質の総量に対して、30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましい。 As the positive electrode active material, from the viewpoint of safety, it is preferred to include a lithium manganese oxide represented by Li x Mn 2 O 4 or Li x Mn 2-y M y O 4. When lithium manganese oxide is used as the positive electrode active material, the content is preferably 30% by mass or more, and more preferably 40% by mass or more based on the total amount of the positive electrode active material.

正極活物質層に用いてもよい導電材としては、カーボンブラック、黒鉛、炭素繊維、金属繊維等が挙げられる。カーボンブラックとしては、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が挙げられる。黒鉛としては、天然黒鉛、人造黒鉛等が挙げられる。導電材は1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   Examples of the conductive material that may be used for the positive electrode active material layer include carbon black, graphite, carbon fiber, and metal fiber. Examples of carbon black include acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black. Examples of graphite include natural graphite and artificial graphite. A conductive material may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type.

正極活物質層に用いてもよい結着材としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ニトロセルロース、フッ素樹脂及びゴム粒子が挙げられる。フッ素樹脂としては、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)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等が挙げられる。ゴム粒子としては、スチレン−ブタジエンゴム粒子、アクリロニトリルゴム粒子等が挙げられる。これらの中でも、正極活物質層の耐酸化性を向上させること等を考慮すると、フッ素を含む結着材が好ましい。結着材は1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   Examples of the binder that may be used for the positive electrode active material layer include polyethylene, polypropylene, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, nitrocellulose, fluororesin, and rubber particles. Examples of the fluororesin include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer. Examples of the rubber particles include styrene-butadiene rubber particles and acrylonitrile rubber particles. Among these, in consideration of improving the oxidation resistance of the positive electrode active material layer, a binder containing fluorine is preferable. A binder may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type.

正極集電体の材質としては特に制限はなく、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ、チタン、タンタル等の金属材料、カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素質材料などが挙げられる。中でも金属材料が好ましく、アルミニウムがより好ましい。   The material of the positive electrode current collector is not particularly limited, and examples thereof include metal materials such as aluminum, stainless steel, nickel plating, titanium, and tantalum, and carbonaceous materials such as carbon cloth and carbon paper. Of these, metal materials are preferable, and aluminum is more preferable.

集電体の形状としては特に制限はなく、種々の形状に加工された材料を用いることができる。具体例としては、金属材料については、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が挙げられ、炭素質材料については、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱等が挙げられる。中でも、金属薄膜を用いることが好ましい。なお、薄膜は必要に応じてメッシュ状に形成してもよい。薄膜の厚さは任意であるが、1μm以上であることが好ましく、3μm以上であることがより好ましく、5μm以上であることが更に好ましい。また、1mm以下であることが好ましく、100μm以下であることがより好ましく、50μm以下であることが更に好ましい。薄膜の厚さが1μm以上であると、集電体として必要な強度が得られる傾向にある。また、1mm以下であると、充分な可撓性が得られ加工性が良好となる傾向にある。   There is no restriction | limiting in particular as a shape of an electrical power collector, The material processed into various shapes can be used. Specific examples of the metal material include a metal foil, a metal cylinder, a metal coil, a metal plate, a metal thin film, an expanded metal, a punch metal, and a foam metal, and the carbonaceous material includes a carbon plate, a carbon thin film, A carbon cylinder etc. are mentioned. Among these, it is preferable to use a metal thin film. In addition, you may form a thin film in mesh shape as needed. Although the thickness of the thin film is arbitrary, it is preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more, and further preferably 5 μm or more. Moreover, it is preferable that it is 1 mm or less, it is more preferable that it is 100 micrometers or less, and it is still more preferable that it is 50 micrometers or less. When the thickness of the thin film is 1 μm or more, the strength required for the current collector tends to be obtained. Moreover, when it is 1 mm or less, sufficient flexibility is obtained and the processability tends to be good.

正極活物質層は、例えば、正極合剤ペーストを正極集電体表面に塗布し、乾燥し、必要に応じて圧延することにより形成できる。正極合剤ペーストは、例えば、正極活物質を、必要に応じて、結着材、導電材、増粘剤等とともに分散媒に添加して混合することにより調製できる。分散媒としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、水等が挙げられる。   The positive electrode active material layer can be formed, for example, by applying a positive electrode mixture paste to the surface of the positive electrode current collector, drying, and rolling as necessary. The positive electrode mixture paste can be prepared, for example, by adding a positive electrode active material to a dispersion medium together with a binder, a conductive material, a thickener, and the like as necessary. Examples of the dispersion medium include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and water.

[負極]
負極は、負極集電体及びその表面に配置される負極活物質層を含む。負極集電体としては、ステンレス鋼、ニッケル、銅等を含むシート、箔などが挙げられる。シート及び箔の厚さは、特に限定されないが、例えば、1μm〜500μmであることが好ましく、2μm〜100μmであることがより好ましく、5μm〜50μmであることが更に好ましい。負極活物質層は、負極集電体の厚み方向における一方又は両方の面に形成され、負極活物質を含有し、更に必要に応じて、結着材、導電材、増粘剤等を含有していてもよい。
[Negative electrode]
The negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer disposed on the surface thereof. Examples of the negative electrode current collector include sheets and foils containing stainless steel, nickel, copper, and the like. Although the thickness of a sheet | seat and foil is not specifically limited, For example, it is preferable that they are 1 micrometer-500 micrometers, it is more preferable that they are 2 micrometers-100 micrometers, and it is still more preferable that they are 5 micrometers-50 micrometers. The negative electrode active material layer is formed on one or both surfaces in the thickness direction of the negative electrode current collector, contains the negative electrode active material, and further contains a binder, a conductive material, a thickener and the like as necessary. It may be.

負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な材料であって、リチウムイオン二次電池の分野で常用されるものを使用できる。負極活物質としては、金属リチウム、リチウム合金、金属間化合物、炭素材料、無機化合物、金属錯体、有機高分子化合物等が挙げられる。無機化合物としてはリチウムチタン複合酸化物、炭化ケイ素等が挙げられる。負極活物質は1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、負極活物質としては、炭素材料が好ましい。炭素材料としては、黒鉛、カーボンブラック、非晶質炭素、炭素繊維等が挙げられる。黒鉛としては、鱗片状黒鉛等の天然黒鉛、人造黒鉛などが挙げられる。カーボンブラックとしては、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が挙げられる。   As the negative electrode active material, a material that can occlude and release lithium ions and that is commonly used in the field of lithium ion secondary batteries can be used. Examples of the negative electrode active material include lithium metal, lithium alloy, intermetallic compound, carbon material, inorganic compound, metal complex, and organic polymer compound. Examples of the inorganic compound include lithium titanium composite oxide and silicon carbide. A negative electrode active material may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type. Among these, a carbon material is preferable as the negative electrode active material. Examples of the carbon material include graphite, carbon black, amorphous carbon, and carbon fiber. Examples of graphite include natural graphite such as flake graphite, and artificial graphite. Examples of carbon black include acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black.

炭素材料の体積平均粒径は、0.1μm〜60μmであることが好ましく、0.5μm〜30μmであることがより好ましい。また、炭素材料のBET比表面積は、1m/g〜10m/gであることが好ましい。 The volume average particle size of the carbon material is preferably 0.1 μm to 60 μm, and more preferably 0.5 μm to 30 μm. Further, BET specific surface area of the carbon material is preferably 1m 2 / g~10m 2 / g.

炭素材料は、リチウムイオン二次電池の用途に応じて重視される特性を考慮して選択することが好ましい。例えば、電池の放電容量をより向上できる観点からは、X線広角回折法における炭素六角平面の間隔(d002)が3.35Å〜3.40Åであり、c軸方向の結晶子(Lc)が100Å以上である黒鉛が好ましい。電池のサイクル特性及び安全性をより向上できる観点からは、X線広角回折法における炭素六角平面の間隔(d002)が3.50Å〜3.95Åである非晶質炭素が好ましい。 The carbon material is preferably selected in consideration of characteristics that are important in accordance with the use of the lithium ion secondary battery. For example, from the viewpoint of further improving the discharge capacity of the battery, the distance (d 002 ) between the carbon hexagonal planes in the X-ray wide angle diffraction method is 3.35 to 3.40 and the crystallite (Lc) in the c-axis direction is Graphite that is 100% or more is preferred. From the viewpoint of further improving the cycle characteristics and safety of the battery, amorphous carbon having an interval (d 002 ) between carbon hexagonal planes in an X-ray wide angle diffraction method of 3.50 to 3.95 is preferable.

負極活物質層に用いてもよい導電材としては、正極活物質層に含有される導電材と同様のものを使用できる。また、負極活物質層に用いてもよい結着材としては、リチウムイオン二次電池の分野で常用されるものを使用できる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、スチレンブタジエンゴム及びアクリルゴムが挙げられる。負極活物質層に用いてもよい増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。   As the conductive material that may be used for the negative electrode active material layer, the same conductive material as that contained in the positive electrode active material layer can be used. Moreover, as a binder which may be used for a negative electrode active material layer, what is commonly used in the field of lithium ion secondary batteries can be used. Examples thereof include polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, styrene butadiene rubber, and acrylic rubber. Examples of the thickener that may be used for the negative electrode active material layer include carboxymethylcellulose.

負極活物質層は、例えば、負極合剤ペーストを負極集電体表面に塗布し、乾燥し、必要に応じて圧延することにより形成できる。負極合剤ペーストは、例えば、負極活物質を、必要に応じて、結着材、導電材、増粘剤等とともに分散媒に添加して混合することにより調製できる。分散媒としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、水等を使用できる。   The negative electrode active material layer can be formed, for example, by applying a negative electrode mixture paste to the surface of the negative electrode current collector, drying, and rolling as necessary. The negative electrode mixture paste can be prepared, for example, by adding a negative electrode active material to a dispersion medium together with a binder, a conductive material, a thickener, and the like as necessary. As the dispersion medium, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), water or the like can be used.

[非水電解液]
非水電解液(以下、単に電解液という場合もある)は、リチウム塩(電解質)と、リチウム塩を溶解する溶媒と、から構成される。電解液には、必要に応じて添加剤を加えてもよい。
[Non-aqueous electrolyte]
The non-aqueous electrolyte (hereinafter sometimes simply referred to as electrolyte) is composed of a lithium salt (electrolyte) and a solvent that dissolves the lithium salt. You may add an additive to electrolyte solution as needed.

リチウム塩としては、リチウムイオン二次電池用の電解液の電解質として使用可能なリチウム塩であれば特に制限はない。例えば、以下に示す無機リチウム塩、含フッ素有機リチウム塩、オキサラトボレート塩等が挙げられる。   The lithium salt is not particularly limited as long as it is a lithium salt that can be used as an electrolyte of an electrolytic solution for a lithium ion secondary battery. For example, the following inorganic lithium salts, fluorine-containing organic lithium salts, oxalate borate salts and the like can be mentioned.

無機リチウム塩としては、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSbF等の無機フッ化物塩、LiClO、LiBrO、LiIO等の過ハロゲン酸塩、LiAlCl等の無機塩化物塩などが挙げられる。 Examples of the inorganic lithium salt, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6 inorganic fluoride salts, such as, LiClO 4, Libro 4, perhalogenate of LiIO 4, etc., and the like inorganic chloride salts such as LiAlCl 4 It is done.

含フッ素有機リチウム塩としては、LiCFSO等のパーフルオロアルカンスルホン酸塩;LiN(CFSO、LiN(CFCFSO、LiN(CFSO)(CSO)等のパーフルオロアルカンスルホニルイミド塩;LiC(CFSO等のパーフルオロアルカンスルホニルメチド塩;Li[PF(CFCFCF)]、Li[PF(CFCFCF]、Li[PF(CFCFCF]、Li[PF(CFCFCFCF)]、Li[PF(CFCFCFCF]、Li[PF(CFCFCFCF]等のフルオロアルキルフッ化リン酸塩等が挙げられる。 Examples of the fluorine-containing organic lithium salt include perfluoroalkane sulfonates such as LiCF 3 SO 3 ; LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C Perfluoroalkanesulfonylimide salts such as 4 F 9 SO 2 ); perfluoroalkanesulfonylmethide salts such as LiC (CF 3 SO 2 ) 3 ; Li [PF 5 (CF 2 CF 2 CF 3 )], Li [PF 4 (CF 2 CF 2 CF 3 ) 2 ], Li [PF 3 (CF 2 CF 2 CF 3 ) 3 ], Li [PF 5 (CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 )], Li [PF 4 (CF 2 CF 2 CF 2 CF 3) 2 ], Li [PF 3 (CF 2 CF 2 CF 2 CF 3) 3] fluoroalkyl hexafluorophosphate salts such like.

オキサラトボレート塩としては、リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート等が挙げられる。   Examples of the oxalatoborate salt include lithium bis (oxalato) borate and lithium difluorooxalatoborate.

これらのリチウム塩は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、溶媒に対する溶解性、リチウムイオン二次電池とした場合の充放電特性、出力特性、サイクル特性等を総合的に判断すると、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)が好ましい。 These lithium salts may be used alone or in combination of two or more. Among these, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is preferable in terms of solubility in a solvent, charge / discharge characteristics, output characteristics, cycle characteristics, and the like when a lithium ion secondary battery is used.

電解液中の電解質の濃度に特に制限はないが、0.5mol/L以上であることが好ましく、0.6mol/L以上であることがより好ましく、0.7mol/L以上であることが更に好ましい。また、2mol/L以下であることが好ましく、1.8mol/L以下であることがより好ましく、1.7mol/L以下であることが更に好ましい。電解質の濃度が0.5mol/L以上であると、電解液の電気伝導率が充分となる傾向にある。また、2mol/L以下であると、粘度が高くなりすぎず、良好な電気伝導度が得られる傾向にある。なお、電気伝導度の低下により、リチウムイオン二次電池の性能が低下する可能性がある。   The concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is not particularly limited, but is preferably 0.5 mol / L or more, more preferably 0.6 mol / L or more, and further preferably 0.7 mol / L or more. preferable. Moreover, it is preferable that it is 2 mol / L or less, It is more preferable that it is 1.8 mol / L or less, It is still more preferable that it is 1.7 mol / L or less. When the concentration of the electrolyte is 0.5 mol / L or more, the electric conductivity of the electrolytic solution tends to be sufficient. Moreover, when it is 2 mol / L or less, the viscosity does not become too high, and good electric conductivity tends to be obtained. In addition, the performance of a lithium ion secondary battery may fall by the fall of electrical conductivity.

溶媒としては、リチウムイオン二次電池用の電解質の溶媒として使用可能な溶媒であれば特に制限はなく、環状カーボネート、鎖状カーボネート、鎖状エステル、環状エーテル、鎖状エーテル等が挙げられる。   The solvent is not particularly limited as long as it is a solvent that can be used as an electrolyte solvent for a lithium ion secondary battery, and examples thereof include cyclic carbonates, chain carbonates, chain esters, cyclic ethers, and chain ethers.

環状カーボネートとしては、環状カーボネートを構成するアルキレン基の炭素数が2〜6のものが好ましく、2〜4のものがより好ましい。具体的には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等が挙げられる。中でも、エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートが好ましい。   As the cyclic carbonate, those having 2 to 6 carbon atoms of the alkylene group constituting the cyclic carbonate are preferable, and those having 2 to 4 are more preferable. Specific examples include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and the like. Of these, ethylene carbonate and propylene carbonate are preferable.

鎖状カーボネートとしては、ジアルキルカーボネートが好ましく、2つのアルキル基の炭素数が、それぞれ1〜5のものがより好ましく、1〜4のものが更に好ましい。具体的には、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート等の対称鎖状カーボネート類、及びエチルメチルカーボネート、メチル−n−プロピルカーボネート、エチル−n−プロピルカーボネート等の非対称鎖状カーボネート類が挙げられる。中でも、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート及びエチルメチルカーボネートが好ましい。   As the chain carbonate, dialkyl carbonate is preferable, and the number of carbon atoms of the two alkyl groups is more preferably 1 to 5, and more preferably 1 to 4. Specifically, symmetrical chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and di-n-propyl carbonate, and asymmetric chain carbonates such as ethyl methyl carbonate, methyl-n-propyl carbonate, and ethyl-n-propyl carbonate Is mentioned. Of these, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate are preferable.

鎖状エステルとしては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル等が挙げられる。   Examples of chain esters include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, and methyl propionate.

環状エーテルとしては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等が挙げられる。   Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran and the like.

鎖状エーテルとしては、ジメトキシエタン、ジメトキシメタン等が挙げられる。   Examples of chain ethers include dimethoxyethane and dimethoxymethane.

電池特性の観点からは、電解液は環状カーボネート及び鎖状カーボネートを含む(環状カーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒である)ことが好ましい。環状カーボネートと鎖状カーボネートの混合割合は、環状カーボネート/鎖状カーボネート(体積比)が1/9〜6/4であることが好ましく、2/8〜5/5であることがより好ましい。   From the viewpoint of battery characteristics, the electrolytic solution preferably contains a cyclic carbonate and a chain carbonate (a mixed solvent of a cyclic carbonate and a chain carbonate). As for the mixing ratio of the cyclic carbonate and the chain carbonate, the cyclic carbonate / chain carbonate (volume ratio) is preferably 1/9 to 6/4, and more preferably 2/8 to 5/5.

電池の長寿命化の観点からは、電解液は環状カーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒に、フッ素含有環状カーボネート又は分子内に不飽和結合を有する化合物を添加したものであることが好ましい。フッ素含有環状カーボネートとしては、フルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート、トリフルオロエチレンカーボネート、テトラフルオロエチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート等が挙げられる。分子内に不飽和結合を有する化合物としては、ビニレンカーボネート等が挙げられる。   From the viewpoint of extending the life of the battery, the electrolytic solution is preferably a mixture of a cyclic carbonate and a chain carbonate with a fluorine-containing cyclic carbonate or a compound having an unsaturated bond in the molecule. Examples of the fluorine-containing cyclic carbonate include fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, trifluoroethylene carbonate, tetrafluoroethylene carbonate, and trifluoropropylene carbonate. Examples of the compound having an unsaturated bond in the molecule include vinylene carbonate.

[セパレータ]
セパレータは、正極及び負極間を電子的には絶縁しつつもイオン透過性を有し、かつ、正極側における酸化性及び負極側における還元性に対する耐性を備えるものであれば特に制限はない。このような特性を満たすセパレータの材料(材質)としては、樹脂、無機物、ガラス繊維等が用いられる。
[Separator]
The separator is not particularly limited as long as it has ion permeability while electronically insulating between the positive electrode and the negative electrode, and has resistance to oxidation on the positive electrode side and reducibility on the negative electrode side. As a material (material) of the separator satisfying such characteristics, a resin, an inorganic material, glass fiber, or the like is used.

樹脂としては、オレフィン樹脂、フッ素樹脂、セルロース樹脂、ポリイミド樹脂、ナイロン樹脂などが挙げられる。中でもオレフィン樹脂等の電解液に対して安定で、保液性の優れた材料の中から選ぶことが好ましく、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン樹脂を原料とする多孔性シート、不織布等を用いることがより好ましい。   Examples of the resin include olefin resin, fluororesin, cellulose resin, polyimide resin, and nylon resin. Among them, it is preferable to select from materials that are stable with respect to an electrolyte solution such as an olefin resin and have excellent liquid retention properties. It is more preferable to use a porous sheet, a nonwoven fabric, or the like made of an olefin resin such as polyethylene or polypropylene. preferable.

無機物としては、アルミナ、二酸化ケイ素等の酸化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物、硫酸バリウム、硫酸カルシウム等の硫酸塩などが挙げられる。例えば、繊維形状又は粒子形状の上記無機物を、不織布、織布、微多孔性フィルム等の薄膜形状の基材に付着させたものをセパレータとして用いることができる。薄膜形状の基材としては、孔径が0.01μm〜1μm、厚さが5μm〜50μmのものが好適に用いられる。あるいは、繊維形状又は粒子形状の上記無機物を、樹脂等の結着材を用いて複合多孔層としたものをセパレータとして用いることができる。さらに、無機物及び結着材の混合物を正極又は負極の表面に塗布して複合多孔層を形成し、セパレータとしてもよい。例えば、90%粒径が1μm未満のアルミナ粒子を、フッ素樹脂を結着材として結着させた複合多孔層を、正極の表面に形成してもよい。   Examples of the inorganic substance include oxides such as alumina and silicon dioxide, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, and sulfates such as barium sulfate and calcium sulfate. For example, what made the said inorganic substance of fiber shape or particle shape adhere to thin film-shaped base materials, such as a nonwoven fabric, a woven fabric, and a microporous film, can be used as a separator. As a thin film-shaped substrate, a substrate having a pore diameter of 0.01 μm to 1 μm and a thickness of 5 μm to 50 μm is preferably used. Or what made the said inorganic substance of fiber shape or particle shape the composite porous layer using binders, such as resin, can be used as a separator. Furthermore, a composite porous layer may be formed by applying a mixture of an inorganic substance and a binder to the surface of the positive electrode or the negative electrode to form a separator. For example, a composite porous layer in which alumina particles having a 90% particle size of less than 1 μm are bound using a fluororesin as a binder may be formed on the surface of the positive electrode.

[その他の構成部材]
本実施の形態のリチウムイオン二次電池は、必要に応じて上述したもの以外の構成部材を備えてもよい。例えば、開裂弁を設けてもよい。開裂弁が開放することで、電池内部の圧力上昇を抑制でき、安全性を向上させることができる。また、温度上昇に伴い不活性ガス(二酸化炭素等)を放出する構成部を設けてもよい。このような構成部を設けることで、電池内部の温度が上昇した場合に、不活性ガスの発生により速やかに開裂弁を開けることができ、安全性を向上させることができる。
[Other components]
The lithium ion secondary battery of the present embodiment may include components other than those described above as necessary. For example, a cleavage valve may be provided. By opening the cleavage valve, it is possible to suppress an increase in pressure inside the battery and to improve safety. Moreover, you may provide the structure part which discharge | releases inert gas (carbon dioxide etc.) with a temperature rise. By providing such a component, when the temperature inside the battery rises, the cleavage valve can be opened quickly due to the generation of inert gas, and safety can be improved.

次に、図面を参照して、本発明を18650タイプの円柱状リチウムイオン二次電池に適用した実施の形態について説明する。
図1に示すように、本実施形態のリチウムイオン二次電池は、帯状の正極板2及び負極板3がセパレータ4を介して渦巻状に捲回された電極群が有底円筒状の電池容器6の内部に収容された構造を有する。電極群の中心に存在する空間には、特定難燃剤が内部に配置された収容体1を備えている。電池容器6の内部は、図示しない電解液で満たされている。図1に示すリチウムイオン二次電池は、電池容器6の内部に収容体1を備える以外は通常のリチウムイオン二次電池の製造方法に従って製造することができる。図1では、電極群の中心に存在する空間に収容体を備えているが、これに限らず電極群と電池容器底面との間の空間、電極群と電池蓋との間の空間等に収容体を備えてもよい。また、複数の収容体を異なる位置に備えてもよい。
Next, an embodiment in which the present invention is applied to a 18650 type cylindrical lithium ion secondary battery will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery of this embodiment is a battery container having a bottomed cylindrical electrode group in which a strip-like positive electrode plate 2 and a negative electrode plate 3 are spirally wound through a separator 4. 6 has a structure housed inside. In a space existing in the center of the electrode group, a container 1 having a specific flame retardant disposed therein is provided. The inside of the battery container 6 is filled with an electrolyte solution (not shown). The lithium ion secondary battery shown in FIG. 1 can be manufactured according to a normal method for manufacturing a lithium ion secondary battery except that the container 1 is provided inside the battery container 6. In FIG. 1, the container is provided in the space that exists in the center of the electrode group, but is not limited to this, and is accommodated in the space between the electrode group and the battery container bottom, the space between the electrode group and the battery lid, or the like. You may have a body. A plurality of containers may be provided at different positions.

ある実施の形態では、電池容器はニッケルメッキが施されたスチール製であり、セパレータ4はポリエチレン製多孔質シートである。電極群の上端面には、一端部を正極板2に固定されたアルミニウム製でリボン状の正極タブ端子が導出されている。正極タブ端子の他端部は、電極群の上側に配置され、正極外部端子となる円盤状の電池蓋の下面に超音波溶接で接合されている。一方、電極群の下端面には、一端部を負極板3に固定された銅製でリボン状の負極タブ端子が導出されている。負極タブ端子の他端部は、電池容器の内底部に抵抗溶接で接合されている。従って、正極タブ端子及び負極タブ端子は、それぞれ電極群の両端面の互いに反対側に導出されている。電極群の外周面には、絶縁被覆が施されている。電池蓋は、絶縁性の樹脂製ガスケットを介して電池容器の上部にカシメ固定されており、リチウムイオン二次電池の内部は密封されている。電池容器内には、非水電解液が注液されている。   In one embodiment, the battery container is made of nickel-plated steel, and the separator 4 is a polyethylene porous sheet. A ribbon-shaped positive electrode tab terminal made of aluminum and having one end fixed to the positive electrode plate 2 is led out on the upper end surface of the electrode group. The other end of the positive electrode tab terminal is disposed on the upper side of the electrode group, and is joined by ultrasonic welding to the lower surface of a disk-shaped battery lid serving as a positive electrode external terminal. On the other hand, a ribbon-like negative electrode tab terminal made of copper with one end fixed to the negative electrode plate 3 is led out on the lower end surface of the electrode group. The other end of the negative electrode tab terminal is joined to the inner bottom of the battery container by resistance welding. Therefore, the positive electrode tab terminal and the negative electrode tab terminal are respectively led out to the opposite sides of the both end faces of the electrode group. An insulating coating is applied to the outer peripheral surface of the electrode group. The battery lid is caulked and fixed to the upper part of the battery container via an insulating resin gasket, and the inside of the lithium ion secondary battery is sealed. A non-aqueous electrolyte is injected into the battery container.

ここで、本実施形態のリチウムイオン二次電池の安全弁は、前記電池蓋に設けられていることが好ましい。本実施形態における「安全弁」とは、電池容器内の内部圧力が上昇したときに、電池容器内に発生したガスを電池外に排出気する機能を備えた機構を含み、例えば、特定圧力で開裂するガスケット、パッキン等で電池容器を密閉する構成、及び開口部に押しつけられた樹脂、スプリング等の弾性体で電池容器を密閉し、電池容器内の内部圧力が上昇した場合には、それによる弾性体の変形で生じる隙間からガスを外部に排出気する構成などが挙げられる。安全弁の作動圧力は、使用する電池の種類、又は想定されるガス発生モード(圧力上昇モード)等を考慮して、適宜決めればよい。なお、ガス発生に係わる安全弁の作動圧力は、電池容器の耐圧よりも低く設定され、1MPa〜2MPaの範囲に設定することが好ましい。取り扱い性及び安全性の観点から、前記安全弁の作動圧力は1.5MPa程度に設定することがより好ましい。 Here, the safety valve of the lithium ion secondary battery of the present embodiment is preferably provided on the battery lid. The “safety valve” in the present embodiment includes a mechanism having a function of exhausting the gas generated in the battery container to the outside of the battery when the internal pressure in the battery container increases. The battery container is sealed with a gasket, packing, etc., and when the internal pressure in the battery container rises when the battery container is sealed with an elastic body such as resin or spring pressed against the opening, The structure etc. which discharge | emit gas outside from the clearance gap which arises by deformation | transformation of a body are mentioned. The operating pressure of the safety valve may be appropriately determined in consideration of the type of battery to be used or an assumed gas generation mode (pressure increase mode). The operating pressure of the safety valve related to gas generation is set lower than the pressure resistance of the battery container, and is preferably set in the range of 1 MPa to 2 MPa. From the viewpoint of handling and safety, it is more preferable that the operating pressure of the safety valve is set to about 1.5 MPa.

図2を参照して収容体の実施形態の一例について説明する。有底円筒状の収容体9の内部には、難燃剤10が配置されている。収容体9の上部には蓋7が配置され、ガスケット8を介して収容体9が密閉されている。ある実施の態様では、収容体9及び蓋7は内壁及び外壁にポリエチレンコートが施されたスチールからなり、ガスケットはフッ素樹脂からなる。   An example of the embodiment of the container will be described with reference to FIG. A flame retardant 10 is disposed inside the bottomed cylindrical container 9. A lid 7 is disposed on the upper portion of the container 9, and the container 9 is sealed via a gasket 8. In one embodiment, the container 9 and the lid 7 are made of steel whose inner and outer walls are coated with polyethylene, and the gasket is made of a fluororesin.

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に何ら制限されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited to these examples.

<実施例1>
(1)負極の作製
非晶質炭素(負極活物質、株式会社クレハ)91.4質量部、ポリフッ化ビニリデン溶液(結着材、商品名:クレハKFポリマー#9130、固形分13質量%、株式会社クレハ)66.15質量部及びN−メチル−2−ピロリドン(NMP)27.6質量部を混合して負極合剤ペーストを調製した。この負極合材ペーストを厚さ10μmの銅芯材(負極集電体、日立電線株式会社)の両面に塗布し、80℃で乾燥後圧延して、片面厚さ80μm、片面塗布量80g/m、合剤密度1.15g/cmの負極合剤層を形成し、負極を作製した。
<Example 1>
(1) Production of negative electrode 91.4 parts by mass of amorphous carbon (negative electrode active material, Kureha Co., Ltd.), polyvinylidene fluoride solution (binder, trade name: Kureha KF Polymer # 9130, solid content 13% by mass, stock A negative electrode mixture paste was prepared by mixing 66.15 parts by mass of Kureha) and 27.6 parts by mass of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). This negative electrode mixture paste is applied to both sides of a 10 μm thick copper core material (negative electrode current collector, Hitachi Cable Ltd.), dried at 80 ° C. and rolled, and has a single-side thickness of 80 μm and a single-side coating amount of 80 g / m. 2 , a negative electrode mixture layer having a mixture density of 1.15 g / cm 3 was formed to produce a negative electrode.

(2)正極の作製
LiMn(正極活物質、三井金属株式会社)90質量部、アセチレンブラック(導電材、商品名:HS−100、平均粒径48nm(製造元カタログに記載の値)、電気化学工業株式会社)5質量部、ポリフッ化ビニリデン溶液(結着材、商品名:クレハKFポリマー#7305、固形分5質量%、株式会社クレハ)100質量部及びN−メチル−2−ピロリドン(NMP)28質量部を混合して正極合剤ペーストを調製した。この正極合剤ペーストを正極集電体(厚さ20μmのアルミニウム箔)上の両面に塗布し、120℃で乾燥後圧延して、片面厚さ91μm、片面塗布量150g/m、合剤密度2.1g/cmの正極活物質層を形成し、正極を作製した。
(2) Production of positive electrode LiMn 2 O 4 (positive electrode active material, Mitsui Kinzoku Co., Ltd.) 90 parts by mass, acetylene black (conductive material, trade name: HS-100, average particle size 48 nm (value described in manufacturer catalog), Electrochemical Industry Co., Ltd.) 5 parts by mass, polyvinylidene fluoride solution (binder, trade name: Kureha KF Polymer # 7305, solid content 5% by mass, Kureha Co., Ltd.) 100 parts by mass and N-methyl-2-pyrrolidone ( NMP) 28 parts by mass was mixed to prepare a positive electrode mixture paste. This positive electrode mixture paste was applied to both surfaces of a positive electrode current collector (aluminum foil having a thickness of 20 μm), dried at 120 ° C. and rolled, and then a single-side thickness of 91 μm, a single-side coating amount of 150 g / m 2 , and a mixture density. A positive electrode active material layer of 2.1 g / cm 3 was formed to produce a positive electrode.

(3)収容体の作製
直径8mm、高さ50mmであり、内壁及び外壁にポリエチレンコートが施されたスチール製で有底円筒状の金属缶に、難燃剤(四臭化炭素)を約2cm注入した。その後、前記金属缶と同様の材質からなり、厚みが500μmの蓋を缶の上部に配置し、フッ素樹脂製のガスケットを介して容器上部をかしめて金属缶を密閉した。
(3) Production of container A flame retardant (carbon tetrabromide) is about 2 cm 3 on a steel bottomed cylindrical metal can having a diameter of 8 mm and a height of 50 mm, and having an inner wall and an outer wall coated with polyethylene. Injected. Thereafter, a lid made of the same material as that of the metal can and having a thickness of 500 μm was disposed on the top of the can, and the top of the container was crimped through a fluororesin gasket to seal the metal can.

(4)リチウムイオン二次電池の作製
作製した正極板と負極板との間に厚さ30μm、幅58.5mmのポリエチレン微多孔膜からなるセパレータを挟んで得たものを捲回し、電極群を作製した。この電極群を直径18mm、高さ65mmの電池容器に挿入し、予め負極集電体に溶着した負極タブ端子を缶底に溶着した。次に、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートを体積比で2:3となるように混合した溶媒にLiPFを1.2mol/lの濃度となるように溶解し、さらにビニレンカーボネートを0.8質量%添加して電解液を作製した。作製した電解液を電池容器内に5ml注入した。その後、電極群の中心部分の円筒状の空間に、上記(3)で作製した収容体を配置した。その後、予め発電要素の正極集電体に溶着した正極タブ端子を正極外部端子に電気的に接続するように溶着し、作動圧力が1.5MPa程度である安全弁を有する正極キャップを電池容器上部に配置し、絶縁性のガスケットを介して電池容器上部をかしめて電池を密閉した。以上のようにして、18650型リチウムイオン二次電池を作製した。
(4) Production of Lithium Ion Secondary Battery A product obtained by sandwiching a separator made of a polyethylene microporous film having a thickness of 30 μm and a width of 58.5 mm between the produced positive electrode plate and negative electrode plate was wound to obtain an electrode group. Produced. This electrode group was inserted into a battery container having a diameter of 18 mm and a height of 65 mm, and a negative electrode tab terminal previously welded to the negative electrode current collector was welded to the bottom of the can. Next, LiPF 6 is dissolved to a concentration of 1.2 mol / l in a solvent in which ethylene carbonate and dimethyl carbonate are mixed at a volume ratio of 2: 3, and 0.8% by mass of vinylene carbonate is further added. Thus, an electrolytic solution was produced. 5 ml of the prepared electrolyte was injected into the battery container. Thereafter, the container produced in (3) above was placed in a cylindrical space at the center of the electrode group. Thereafter, a positive electrode tab terminal previously welded to the positive electrode current collector of the power generation element is welded so as to be electrically connected to the positive electrode external terminal, and a positive electrode cap having a safety valve with an operating pressure of about 1.5 MPa is attached to the upper part of the battery container. The battery was sealed by crimping the upper part of the battery container via an insulating gasket. A 18650 type lithium ion secondary battery was produced as described above.

[難燃剤放出圧力と難燃剤放出温度の測定]
収容体から難燃剤が放出されるときの収容体の内部圧力A(難燃剤放出圧力)を、圧力センサ(株式会社キーエンス、商品名:圧力センサヘッドAP−14S)を接続した水圧ポンプにより測定した。また、収容体を加熱し、難燃剤が放出されるときの温度を測定した。結果を表1に示す。なお、ここで難燃剤放出温度とは、当該温度で1時間放置したときに缶内の難燃剤の質量が50%以下になる温度を表す。
[Measurement of flame retardant release pressure and flame retardant release temperature]
The internal pressure A (flame retardant release pressure) of the container when the flame retardant was released from the container was measured by a hydraulic pump connected to a pressure sensor (Keyence Corporation, trade name: pressure sensor head AP-14S). . Moreover, the container was heated and the temperature at which the flame retardant was released was measured. The results are shown in Table 1. Here, the flame retardant release temperature means a temperature at which the mass of the flame retardant in the can becomes 50% or less when left at that temperature for 1 hour.

[電池性能]
上記の方法で作製したリチウムイオン二次電池を用いて、電池性能の評価を行った。25℃での放電レート特性を、充放電装置(東洋システム株式会社、商品名:TOSCAT−3200)を用いて以下の充放電条件で測定し、初回充放電効率と放電レート特性を評価した。
[Battery performance]
Battery performance was evaluated using the lithium ion secondary battery produced by the above method. The discharge rate characteristics at 25 ° C. were measured under the following charge / discharge conditions using a charge / discharge device (Toyo System Co., Ltd., trade name: TOSCAT-3200), and the initial charge / discharge efficiency and the discharge rate characteristics were evaluated.

充電電流値0.5Cで4.2Vまで充電し、終止条件である電流値0.01Cとなるまで定電流定電圧(CCCV)充電を行った後、放電電流値0.5Cで3Vまで定電流(CC)放電を行い、このときの充電容量及び放電容量を測定し、それぞれ初回充電容量及び初回放電容量とした。次いで、充電を上記と同様の条件で行い、放電電流値を1C、3C、5Cと変化させて放電容量を測定した。尚、Cとは「電流値(A)/放電容量(Ah)」を意味する。
初回充放電効率と放電レート特性は、下記の式から算出した。結果を表1に示す。
初回充放電効率(%)=(初回放電容量/初回充電容量)×100
放電レート特性(%)=(5Cでの放電容量/0.5Cでの放電容量)×100
After charging to 4.2V with a charging current value of 0.5C and constant current / constant voltage (CCCV) charging until the current value of 0.01C, which is the termination condition, is constant current up to 3V with a discharging current value of 0.5C (CC) Discharge was performed, the charge capacity and discharge capacity at this time were measured, and the initial charge capacity and the initial discharge capacity were obtained, respectively. Next, charging was performed under the same conditions as described above, and the discharge capacity was measured by changing the discharge current value to 1C, 3C, and 5C. C means “current value (A) / discharge capacity (Ah)”.
The initial charge / discharge efficiency and discharge rate characteristics were calculated from the following equations. The results are shown in Table 1.
Initial charge / discharge efficiency (%) = (initial discharge capacity / initial charge capacity) × 100
Discharge rate characteristic (%) = (discharge capacity at 5 C / discharge capacity at 0.5 C) × 100

また、収容体の難燃剤の遮蔽性を評価するための加速試験として、前記試験後の電池を60℃にて1週間保持した後の容量維持率を算出した。具体的には、前記試験後の電池を定温乾燥機を用いて60℃にて1週間保持した。その後、充電電流値0.5Cで4.2Vまで充電し、終止条件である電流値0.01Cとなるまで定電流定電圧(CCCV)充電を行った後、放電電流値0.5Cで3Vまで定電流(CC)放電を行い、このときの放電容量を測定し、これを60℃にて1週間保持後の放電容量とした。容量維持率は以下のように算出した。結果を表1に示す。
容量維持率(%)=(60℃にて1週間保持後の放電容量/初回放電容量)×100
Further, as an accelerated test for evaluating the shielding property of the flame retardant of the container, the capacity retention rate after holding the battery after the test at 60 ° C. for 1 week was calculated. Specifically, the battery after the test was held at 60 ° C. for 1 week using a constant temperature dryer. After that, the battery is charged to 4.2 V at a charging current value of 0.5 C, and after performing constant current and constant voltage (CCCV) charging until the current value of 0.01 C as a termination condition is reached, to 3 V at a discharging current value of 0.5 C. A constant current (CC) discharge was performed, the discharge capacity at this time was measured, and this was defined as the discharge capacity after holding at 60 ° C. for 1 week. The capacity maintenance rate was calculated as follows. The results are shown in Table 1.
Capacity retention rate (%) = (discharge capacity after holding for 1 week at 60 ° C./initial discharge capacity) × 100

[バーナー試験(自己消火性)]
上記の方法で作製した18650型リチウムイオン二次電池を用いて、バーナー試験による安全性試験を行った。バーナー試験とは、18650型リチウムイオン二次電池の上端部(正極端部)をガスバーナーにて加熱する試験のことで、内部圧力の上昇により噴出したガスの燃焼性及び自己消火性を検証することができる。具体的には、噴出ガスへ引火した直後にガスバーナーによる加熱を停止し、引火した噴出ガスが消火するまでにかかる時間を測定した。この時間が短いほど、電解液の自己消火性が高いと評価した。評価基準は、引火から消火までの時間が0.5秒未満であればA、0.5秒以上10秒未満であればB、10秒以上であればCとした。結果を表1に示す。
[Burner test (self-extinguishing)]
A safety test by a burner test was performed using the 18650 type lithium ion secondary battery manufactured by the above method. The burner test is a test in which the upper end (positive electrode end) of a 18650 type lithium ion secondary battery is heated by a gas burner, and verifies the combustibility and self-extinguishing properties of the gas ejected due to the increase in internal pressure. be able to. Specifically, immediately after igniting the ejected gas, heating by the gas burner was stopped, and the time taken for the fired ejected gas to extinguish was measured. It was evaluated that the shorter the time, the higher the self-extinguishing property of the electrolyte. The evaluation criteria were A if the time from ignition to extinction was less than 0.5 seconds, B if 0.5 seconds or more and less than 10 seconds, and C if 10 seconds or more. The results are shown in Table 1.

<実施例2>
直径8mm、高さ50mmであり、内壁及び外壁にポリエチレンコートが施されたアルミニウム製で有底円筒状の金属缶と、金属缶と同じ材質からなる蓋を用いた以外は実施例1と同じ条件でリチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
<Example 2>
The same conditions as in Example 1 except that an aluminum, bottomed cylindrical metal can with a polyethylene coat on the inner wall and outer wall, and a lid made of the same material as the metal can, with a diameter of 8 mm and a height of 50 mm. A lithium ion secondary battery was fabricated and evaluated. The results are shown in Table 1.

<実施例3>
難燃剤としてブロモホルムを金属缶に約2cm注入した以外は実施例1と同じ条件でリチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
<Example 3>
A lithium ion secondary battery was fabricated and evaluated under the same conditions as in Example 1 except that about 2 cm 3 of bromoform was injected into a metal can as a flame retardant. The results are shown in Table 1.

<実施例4>
難燃剤として四臭化炭素とジブロモメタンの混合物(質量比1:1)を金属缶に約2cm注入した以外は実施例1と同じ条件でリチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
<Example 4>
A lithium ion secondary battery was prepared and evaluated under the same conditions as in Example 1 except that about 2 cm 3 of a mixture of carbon tetrabromide and dibromomethane (mass ratio 1: 1) was injected into a metal can as a flame retardant. . The results are shown in Table 1.

<実施例5>
金属缶の蓋の厚さを1.5倍(0.75mm)とした以外は実施例1と同じ条件でリチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
<Example 5>
A lithium ion secondary battery was produced and evaluated under the same conditions as in Example 1 except that the thickness of the lid of the metal can was 1.5 times (0.75 mm). The results are shown in Table 1.

<実施例6>
難燃剤としてトリメチルホスフェートを金属缶に約2cm注入した以外は実施例1と同じ条件でリチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
<Example 6>
A lithium ion secondary battery was fabricated and evaluated under the same conditions as in Example 1 except that about 2 cm 3 of trimethyl phosphate was injected into a metal can as a flame retardant. The results are shown in Table 1.

<比較例1>
金属缶にガスケットを設置しない以外は実施例1と同じ条件でリチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
A lithium ion secondary battery was produced and evaluated under the same conditions as in Example 1 except that no gasket was installed on the metal can. The results are shown in Table 1.

<比較例2>
金属缶の蓋の厚さを2倍(1mm)にした以外は実施例1と同じ条件でリチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
<Comparative Example 2>
A lithium ion secondary battery was prepared and evaluated under the same conditions as in Example 1 except that the thickness of the lid of the metal can was doubled (1 mm). The results are shown in Table 1.

<比較例3>
金属缶の代わりにポリエチレン(PE)の袋を用いた以外は実施例1と同じ条件でリチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。PE袋は、以下のように作製した。厚さ100μmのPEフィルムを、縦1cm、横5cm程度の大きさに2枚切断し、切断したPEフィルムを重ねて3辺のそれぞれ幅0.35cm程度を卓上シーラー(商品名:T−130K、富士インパルス株式会社)で熱融着することで袋状に成形し、開口部から四臭化炭素1gを注入後、開口を熱融着することで封口した。4片の融着した部分は、幅0.1cmを残して切り取り、縦0.5cm、横4.5cm程度の難燃剤が内部に配置された袋を作製した。
<Comparative Example 3>
A lithium ion secondary battery was fabricated and evaluated under the same conditions as in Example 1 except that a polyethylene (PE) bag was used instead of the metal can. The results are shown in Table 1. The PE bag was produced as follows. Two PE films with a thickness of 100 μm are cut into a size of about 1 cm in length and about 5 cm in width, and the cut PE films are stacked to form a table sealer (trade name: T-130K, It was formed into a bag shape by heat-sealing with Fuji Impulse Co., Ltd., and 1 g of carbon tetrabromide was injected from the opening, and then the opening was sealed by heat-sealing. The four fused portions were cut out leaving a width of 0.1 cm to produce a bag in which a flame retardant having a length of about 0.5 cm and a width of about 4.5 cm was disposed.

<比較例4>
金属缶の代わりにポリエチレンテレフタレート(PET)の袋を用いた以外は実施例1と同じ条件でリチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。PET袋は、比較例1と同様の手法にて作製した。
<Comparative example 4>
A lithium ion secondary battery was prepared and evaluated under the same conditions as in Example 1 except that a polyethylene terephthalate (PET) bag was used instead of the metal can. The results are shown in Table 1. The PET bag was produced by the same method as in Comparative Example 1.

<比較例5>
四臭化炭素を金属缶に入れないで18650型電池捲回群の中心部に添加した以外は実施例1と同じ条件でリチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
<Comparative Example 5>
A lithium ion secondary battery was produced and evaluated under the same conditions as in Example 1 except that carbon tetrabromide was not added to the metal can but added to the center of the 18650 type battery winding group. The results are shown in Table 1.

<比較例6>
リチウムイオン二次電池の内部に金属缶及び難燃剤を配置しない以外は実施例1と同じ条件でリチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
<Comparative Example 6>
A lithium ion secondary battery was produced and evaluated under the same conditions as in Example 1 except that the metal can and the flame retardant were not arranged inside the lithium ion secondary battery. The results are shown in Table 1.


難燃剤放出温度の測定結果に示すように、収容体として金属缶を用いた実施例1〜5は、難燃剤放出温度がいずれも80℃を超えていた。このことから、電池の通常使用温度(80℃以下)では難燃剤の放出は抑制されており、80℃を超えて電池が危険な状態になると、難燃剤が放出されることがわかる。また、実施例4のように沸点の異なる難燃剤を2種以上組み合わせることで、難燃剤放出温度を調節できることがわかる。   As shown in the measurement results of the flame retardant release temperature, the flame retardant release temperatures of Examples 1 to 5 using a metal can as the container exceeded 80 ° C. From this, it can be seen that the release of the flame retardant is suppressed at the normal use temperature of the battery (80 ° C. or lower), and the flame retardant is released when the battery is in a dangerous state above 80 ° C. Moreover, it turns out that a flame retardant discharge | release temperature can be adjusted by combining 2 or more types of flame retardants from which boiling points differ like Example 4. FIG.

初回効率、レート特性及び放電容量維持率の測定結果に示すように、収容体として金属缶を用いた実施例1〜6及び比較例1〜2の電池は難燃剤を添加していない比較例6の電池と同等の電池性能を有していた。
収容体としてPE袋を用いた比較例3の電池は、初回効率、レート特性及び放電容量維持率のいずれも低かった。
収容体としてPET袋を用いた比較例4の電池は、初回効率及びレート特性の測定結果は比較例6と同等であったが、放電容量維持率が低かった。
難燃剤を収容体に入れずに直接添加した比較例5では、放電容量を測定することができなかった。
これらの結果より、金属を含む材料からなる収容体に難燃剤を配置することで難燃剤が電解液に混入して電池性能が低下することを防ぐことができることがわかる。
As shown in the measurement results of the initial efficiency, rate characteristics, and discharge capacity retention rate, the batteries of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 using a metal can as the container are Comparative Example 6 in which no flame retardant is added. The battery performance was equivalent to that of the battery.
The battery of Comparative Example 3 using a PE bag as the container had low initial efficiency, rate characteristics, and discharge capacity maintenance rate.
The battery of Comparative Example 4 using a PET bag as the container had the same initial efficiency and rate characteristic measurement results as Comparative Example 6, but the discharge capacity retention rate was low.
In Comparative Example 5 in which the flame retardant was added directly without being contained in the container, the discharge capacity could not be measured.
From these results, it can be seen that by disposing the flame retardant in the container made of a material containing a metal, it is possible to prevent the flame retardant from being mixed into the electrolytic solution and deteriorating the battery performance.

バーナー試験の結果に示すように、難燃剤を添加しない比較例6では噴出ガスが10秒以上燃え続けたのに対し、難燃剤を含み、かつ収容体からの難燃剤放出圧力が1.5MPa以下である実施例1〜6の電池では、噴出ガスは引火から10秒未満で自己消火した。なかでも難燃剤としてブロモホルム又は四臭化炭素のいずれかを含む実施例1〜5は、難燃剤としてトリメチルホスフェートを含む実施例6よりも燃焼時間が短かった。
難燃剤放出圧力が1.5MPaを超える比較例2の電池では、噴出ガスが10秒以上燃え続けた。これは、電池内の圧力が上昇して安全弁が1.5MPa程度で作動したため、ガス化した電解液が噴出しても難燃剤が収容体から放出されなかったためと考えられる。
As shown in the results of the burner test, in Comparative Example 6 in which no flame retardant was added, the jet gas continued to burn for 10 seconds or more, whereas the flame retardant was contained and the flame retardant discharge pressure from the container was 1.5 MPa or less. In the batteries of Examples 1 to 6, the ejected gas self-extinguished in less than 10 seconds after ignition. In particular, Examples 1 to 5 containing either bromoform or carbon tetrabromide as a flame retardant had a shorter burning time than Example 6 containing trimethyl phosphate as a flame retardant.
In the battery of Comparative Example 2 in which the flame retardant discharge pressure exceeded 1.5 MPa, the ejected gas continued to burn for 10 seconds or more. This is presumably because the pressure inside the battery increased and the safety valve operated at about 1.5 MPa, so that the flame retardant was not released from the container even when the gasified electrolyte was ejected.

以上のように、本発明によれば、リチウムイオン二次電池が危険な状態におかれた場合にも被害の拡大を抑制できることがわかった。また、本発明のリチウムイオン二次電池は通常の電池使用時には難燃剤が電解液中に存在しないため、電池の性能が損なわれないこともわかった。   As described above, according to the present invention, it was found that the expansion of damage can be suppressed even when the lithium ion secondary battery is put in a dangerous state. Further, it was also found that the performance of the lithium ion secondary battery of the present invention is not impaired because the flame retardant is not present in the electrolytic solution when a normal battery is used.

1 収容体
2 正極
3 負極
4 セパレータ
5 電極群
6 電池容器
7 上蓋
8 ガスケット
9 収容体
10 難燃剤
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Container 2 Positive electrode 3 Negative electrode 4 Separator 5 Electrode group 6 Battery container 7 Upper lid 8 Gasket 9 Container 10 Flame retardant

Claims (8)

金属を含む材料から構成される収容体と、前記収容体の内部に配置される難燃剤と、安全弁と、を備え、前記収容体から前記難燃剤が放出されるときの前記収容体の内部圧力Aが下記式を満たす、リチウムイオン二次電池。
0.25MPa≦A≦安全弁の作動圧力
A container comprising a metal-containing material; a flame retardant disposed inside the container; and a safety valve; an internal pressure of the container when the flame retardant is released from the container A lithium ion secondary battery in which A satisfies the following formula.
0.25 MPa ≤ A ≤ Safety valve operating pressure
前記安全弁が作動するときには前記収容体から前記難燃剤が放出されているか、前記安全弁が作動した直後に前記収容体から前記難燃剤が放出される、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the flame retardant is released from the container when the safety valve is operated, or the flame retardant is released from the container immediately after the safety valve is operated. 電池容器と、正極、負極及びセパレータを捲回してなる電極捲回群と、電解液と、を更に備え、前記電極捲回群の空隙部に前記収容体が配置される、請求項1又は請求項2に記載のリチウムイオン二次電池。   The battery container, an electrode winding group formed by winding a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and an electrolyte solution, and the container is disposed in a gap portion of the electrode winding group. Item 3. A lithium ion secondary battery according to Item 2. 前記電解液が、環状カーボネート及び鎖状カーボネートを含む請求項3に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 3, wherein the electrolytic solution contains a cyclic carbonate and a chain carbonate. 前記収容体が圧力弁を有する、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the container has a pressure valve. 前記収容体の材料がアルミニウム及びスチールからなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein a material of the container includes at least one selected from the group consisting of aluminum and steel. 前記収容体の内壁及び外壁からなる群より選択される少なくとも一方の少なくとも一部が樹脂で覆われている、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 6, wherein at least a part of at least one selected from the group consisting of an inner wall and an outer wall of the container is covered with a resin. 前記難燃剤が、ブロモホルム及び四臭化炭素からなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 7, wherein the flame retardant contains at least one selected from the group consisting of bromoform and carbon tetrabromide.
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