JP2016103325A - Titanium oxide, negative electrode arranged by using the same as material, and nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Titanium oxide, negative electrode arranged by using the same as material, and nonaqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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和廣 赤川
Kazuhiro Akagawa
和廣 赤川
善正 神代
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善正 神代
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative electrode and a nonaqueous electrolyte secondary battery which enable the reduction in gas generation accompanying the use under a high-temperature environment, especially the repetition of charge and discharge under a high-temperature environment (high-temperature cycle)), thereby suppressing the decrease in battery capacity.SOLUTION: A negative electrode comprises at least titanium and oxygen and as an active material, a titanium complex oxide and/or titanium oxide, capable of reversibly occluding and releasing lithium ions. After performing an initial charging to a negative electrode potential and then, storing a secondary battery including the negative electrode in an atmosphere of 50°C or higher and under 80°C, the ratio of a peak area (A) of a lithium fluoride compound in X-ray photoelectron spectroscopy spectra of the negative electrode to a peak area (B) of a carbon compound is in a range given by: 0.3<A/B<3.0.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、少なくともチタンと酸素を含み、リチウムイオンを可逆的に吸蔵放出可能なチタン複合酸化物及び/又はチタン酸化物(以下、チタン酸化物等という場合がある)に関する。また、そのチタン酸化物等を活物質として用いた負極、それを用いた非水電解質二次電池に関する。より詳しくは、負極活物質にチタン酸化物等を用いた非水電解質二次電池において、高温環境での使用に伴うガス発生を低減し、電池容量の低下を抑制することが可能な非水電解質二次電池に関する。   The present invention relates to a titanium composite oxide and / or titanium oxide (hereinafter sometimes referred to as titanium oxide) that contains at least titanium and oxygen and can reversibly store and release lithium ions. The present invention also relates to a negative electrode using the titanium oxide or the like as an active material and a nonaqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode. More specifically, in a non-aqueous electrolyte secondary battery using titanium oxide or the like as a negative electrode active material, a non-aqueous electrolyte capable of reducing gas generation accompanying use in a high-temperature environment and suppressing a decrease in battery capacity. The present invention relates to a secondary battery.

非水電解質二次電池は、非水電解質を通してイオンが負極と正極とを移動することにより充放電が行われる二次電池であって、リチウムイオン二次電池が代表的である。近年、チタン酸化物等を負極活物質として用いた非水電解質二次電池が開発されている。チタン酸化物等は少なくともチタンと酸素を含み、リチウムイオンを可逆的に吸蔵放出可能な化合物であって、チタン酸リチウム、単斜晶系チタン酸化物及びチタン酸水素リチウム等が挙げられる。これらのチタン酸化物等は一般的に、そのLi吸蔵電位が金属Li析出電位と大きな差をもつため、急速充電を行った場合であっても本質的に金属リチウムが析出しにくいという利点がある。また、例えばLiTi12は充放電に伴う結晶の体積の変化がほとんど無いため構造劣化が極めて遅いという利点もある。よって、チタン酸化物等を負極活物質として用いた電池は、安全性が高く、且つ、優れた電池特性、特にサイクル寿命特性を有している。 A nonaqueous electrolyte secondary battery is a secondary battery in which charging and discharging are performed by ions moving between a negative electrode and a positive electrode through the nonaqueous electrolyte, and a lithium ion secondary battery is representative. In recent years, nonaqueous electrolyte secondary batteries using titanium oxide or the like as a negative electrode active material have been developed. Titanium oxide and the like are compounds containing at least titanium and oxygen and capable of reversibly occluding and releasing lithium ions, and examples thereof include lithium titanate, monoclinic titanium oxide, and lithium hydrogen titanate. These titanium oxides generally have an advantage that the lithium occlusion potential has a large difference from the metal Li deposition potential, so that even when rapid charging is performed, metal lithium is essentially difficult to deposit. . Further, for example, Li 4 Ti 5 O 12 has an advantage that the structure deterioration is extremely slow because there is almost no change in the volume of the crystal accompanying charging and discharging. Therefore, a battery using titanium oxide or the like as a negative electrode active material has high safety and excellent battery characteristics, particularly cycle life characteristics.

そして、近年、負極活物質であるチタン酸化物等にフッ化物等のハロゲン元素を存在させる技術がいくつか提案されている。特許文献1では、フッ化リチウムを含むフッ化物層を表面に有するチタン酸リチウム粒子を含む負極のX線光電子分光スペクトルにおけるF1sの680〜687eVに現れるピークとC1sの280〜290eVに現れるピークの比が3.2〜6であると、高出力であり、且つ、高温貯蔵による電池抵抗の上昇が抑制された非水電解質二次電池が得られることが開示されている。また、特許文献2では、フッ化リチウムを含むフッ化物層を表面に有するチタン酸リチウム粒子を含む負極のX線光電子分光スペクトルにおける680〜687eVに現れるピークの最大強度と280〜290eVに現れるピークの最大強度の比が6〜21であると、電池内部抵抗の抑制効果及びサイクル特性にも優れた非水電解質二次電池が得られることが開示されている。   In recent years, several techniques have been proposed in which a halogen element such as fluoride exists in titanium oxide or the like, which is a negative electrode active material. In Patent Document 1, the ratio of the peak appearing at 680 to 687 eV of F1s and the peak appearing at 280 to 290 eV of C1s in the X-ray photoelectron spectroscopy spectrum of the negative electrode including lithium titanate particles having a fluoride layer containing lithium fluoride on the surface Is 3.2 to 6, it is disclosed that a non-aqueous electrolyte secondary battery with high output and suppressed increase in battery resistance due to high-temperature storage can be obtained. In Patent Document 2, the maximum intensity of the peak appearing at 680 to 687 eV and the peak appearing at 280 to 290 eV in the X-ray photoelectron spectrum of the negative electrode including lithium titanate particles having a fluoride layer containing lithium fluoride on the surface are disclosed. It is disclosed that when the ratio of the maximum strength is 6 to 21, a nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in the effect of suppressing the battery internal resistance and the cycle characteristics can be obtained.

また、特許文献3では、チタン酸リチウムを主成分とする負極活物質を、ハロゲン元素、特にフッ素を含む化合物が含まれる水溶液又は雰囲気内に、所定の温度、所定の時間浸漬し又は設置することによって、前記負極活物質の表面の一部にハロゲン元素が存在した負極活物質を製造することが記載されている。そして、フッ素の1sのピーク強度との割合(フッ素の1sのピーク強度)/(チタンの2pのピーク強度)が0.01以上、1以下のチタン酸リチウムが開示されている。   In Patent Document 3, a negative electrode active material mainly composed of lithium titanate is immersed or placed in an aqueous solution or atmosphere containing a halogen element, particularly a compound containing fluorine, at a predetermined temperature for a predetermined time. Describes producing a negative electrode active material in which a halogen element is present on a part of the surface of the negative electrode active material. Further, lithium titanate having a ratio of 1 s peak intensity of fluorine (peak intensity of 1 s of fluorine) / (peak intensity of 2p of titanium) of 0.01 or more and 1 or less is disclosed.

特開2010−231960号公報JP 2010-231960 A 特開2013−114809号公報JP 2013-114809 A 特開2014−63702号公報JP 2014-63702 A

前記の特許文献1、2、3において、上記表面フッ化物層の形成方法として具体的に開示されているのは、フッ酸又は水を添加した非水電解液を含む二次電池を作製し、その二次電池に対して充放電を行う方法や、フッ酸又は水を添加した処理液で負電極や活物質を処理する等のフッ酸又は水を用いる方法であり、二次電池で高温サイクルを行うと、残存していたフッ酸又は水などが原因と考えられるガス発生が予想される。   In Patent Documents 1, 2, and 3, the surface fluoride layer is specifically disclosed as a method for forming a secondary battery including a non-aqueous electrolyte containing hydrofluoric acid or water, It is a method of charging / discharging the secondary battery, or a method of using hydrofluoric acid or water, such as treating a negative electrode or an active material with a treatment solution to which hydrofluoric acid or water is added. When this is performed, gas generation that is considered to be caused by the remaining hydrofluoric acid or water is expected.

このように、チタン酸化物等を負極活物質として用いた電池では、高温環境下で充放電を行ったときにガスが発生しやすく、また、電池容量の低下が起こりやすいという問題がある。多量のガスが発生すると、電池内圧の上昇や電池の膨れをもたらす恐れがあり、また電池容量の低下が起こると寿命性能が低下するという問題がある。特に近年は非水電解質二次電池の用途の拡大に伴って電池の高エネルギー密度化の要求が高まり、電池内部において、電極の高密度充填化や電池内空間の低減が行われているため、前記課題が顕在化してきている。   As described above, a battery using titanium oxide or the like as a negative electrode active material has a problem that gas is easily generated when charging / discharging is performed in a high temperature environment, and battery capacity is likely to be reduced. When a large amount of gas is generated, there is a risk that the internal pressure of the battery increases and the battery swells, and when the battery capacity decreases, the life performance deteriorates. Particularly in recent years, with the expansion of applications of non-aqueous electrolyte secondary batteries, the demand for higher energy density of batteries has increased, and inside the battery, high-density filling of electrodes and reduction of the space in the battery have been performed. The problem has become apparent.

そこで、本発明の目的は、負極活物質にチタン酸化物等を用いた非水電解質二次電池において、高温環境での使用、特に高温環境で充放電の繰り返し(高温サイクル)に伴うガス発生の低減及び電池容量の低下を抑制することが可能なチタン酸化物、負極及び非水電解質二次電池を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to use a non-aqueous electrolyte secondary battery using titanium oxide or the like as a negative electrode active material in a high temperature environment, in particular, gas generation due to repeated charge / discharge (high temperature cycle) in a high temperature environment. An object of the present invention is to provide a titanium oxide, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte secondary battery capable of suppressing reduction and battery capacity reduction.

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いて測定したX線光電子分光スペクトルが下記(式1)を満たす、フッ化リチウム化合物と炭素化合物を含むチタン酸化物等とすることにより、上記課題が達成できることを見出し、本発明に至った。
0.3<A/B<3.0 (式1)
(式1中、Aは、682〜688eVに現れるLiと結合したF1sのピーク面積であり、Bは、280〜294eVに現れるC1sのピーク面積である。)
As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present invention have an X-ray photoelectron spectrum measured using a single crystal spectrum Al—Kα ray as an excitation X-ray source that satisfies the following (formula 1): The present inventors have found that the above-mentioned problems can be achieved by using a titanium oxide containing a lithium fluoride compound and a carbon compound, and have reached the present invention.
0.3 <A / B <3.0 (Formula 1)
(In Formula 1, A is the peak area of F1s combined with Li appearing at 682 to 688 eV, and B is the peak area of C1s appearing at 280 to 294 eV.)

すなわち、本発明(1)は、少なくともチタンと酸素を含み、リチウムイオンを可逆的に吸蔵放出可能なチタン複合酸化物及び/又はチタン酸化物の表面に、励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いて測定したX線光電子分光スペクトルが下記(式1)を満たす、フッ化リチウム化合物と炭素化合物を含むチタン酸化物である。
0.3<A/B<3.0 (式1)
(式1中、Aは、682〜688eVに現れるLiと結合したF1sのピーク面積であり、Bは、280〜294eVに現れるC1sのピーク面積である。)
That is, the present invention (1) provides a single crystal spectroscopic Al-- as an excitation X-ray source on the surface of a titanium composite oxide and / or titanium oxide containing at least titanium and oxygen and capable of reversibly occluding and releasing lithium ions. It is a titanium oxide containing a lithium fluoride compound and a carbon compound whose X-ray photoelectron spectrum measured using Kα rays satisfies the following (formula 1).
0.3 <A / B <3.0 (Formula 1)
(In Formula 1, A is the peak area of F1s combined with Li appearing at 682 to 688 eV, and B is the peak area of C1s appearing at 280 to 294 eV.)

また、本発明(2)は、励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いて測定したX線光電子分光スペクトルが下記(式2)を満たす前記(1)に記載のチタン酸化物である。
0.2<A/T (式2)
(式2中、Aは、682〜688eVに現れるLiと結合したF1sのピーク面積であり、Tは、455〜462eVに現れるTi2p3/2のピーク面積である。)
Moreover, this invention (2) is a titanium oxide as described in said (1) in which the X-ray photoelectron spectroscopy spectrum measured using the single-crystal-spectrum Al-K alpha ray as an excitation X-ray source satisfy | fills following (Formula 2). is there.
0.2 <A / T (Formula 2)
(In Formula 2, A is the peak area of F1s combined with Li appearing at 682 to 688 eV, and T is the peak area of Ti2p 3/2 appearing at 455 to 462 eV.)

また、本発明(3)は、少なくともチタンと酸素を含み、リチウムイオンを可逆的に吸蔵放出可能なチタン複合酸化物及び/又はチタン酸化物を活物質として含み、
励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いて測定したX線光電子分光スペクトルが下記(式3)を満たす負極である。
0.3<A/B<3.0 (式3)
(式3中、Aは、682〜688eVに現れるLiと結合したF1sのピーク面積であり、Bは、280〜294eVに現れるC1sのピーク面積である。)
Further, the present invention (3) includes at least titanium and oxygen, and includes, as an active material, a titanium composite oxide and / or titanium oxide capable of reversibly occluding and releasing lithium ions,
An X-ray photoelectron spectrum measured using a single crystal spectrum Al—Kα ray as an excitation X-ray source is a negative electrode satisfying the following (formula 3).
0.3 <A / B <3.0 (Formula 3)
(In Formula 3, A is the peak area of F1s combined with Li appearing at 682 to 688 eV, and B is the peak area of C1s appearing at 280 to 294 eV.)

また、本発明(4)は、励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いて測定したX線光電子分光スペクトルが下記(式4)を満たす前記(3)に記載の負極である。
0.2<A/T (式4)
(式4中、Aは、682〜688eVに現れるLiと結合したF1sのピーク面積であり、Tは、455〜462eVに現れるTi2p3/2のピーク面積である。)
Moreover, this invention (4) is a negative electrode as described in said (3) in which the X-ray photoelectron spectroscopy spectrum measured using the single crystal spectrum Al-K (alpha) ray as an excitation X-ray source satisfy | fills following (Formula 4).
0.2 <A / T (Formula 4)
(In Formula 4, A is the peak area of F1s combined with Li appearing at 682 to 688 eV, and T is the peak area of Ti2p 3/2 appearing at 455 to 462 eV.)

また、本発明(5)は、正極と、少なくともチタンと酸素を含み、リチウムイオンを可逆的に吸蔵放出可能なチタン複合酸化物及び/又はチタン酸化物を活物質として含む負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、非水電解質と、を備える非水電解質二次電池であって、前記負極の励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いて測定したX線光電子分光スペクトルが下記(式5)を満たす、非水電解質二次電池である。
0.3<A/B<3.0 (式5)
(式5中、Aは、682〜688eVに現れるLiと結合したF1sのピーク面積であり、Bは、280〜294eVに現れるC1sのピーク面積である。)
In addition, the present invention (5) includes a positive electrode, a negative electrode containing at least titanium and oxygen, a titanium composite oxide capable of reversibly occluding and releasing lithium ions and / or a titanium oxide as an active material, and the positive electrode. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a separator disposed between the negative electrode and a non-aqueous electrolyte, wherein X is measured using single-crystal spectral Al-Kα rays as an excitation X-ray source of the negative electrode It is a nonaqueous electrolyte secondary battery whose linear photoelectron spectroscopy spectrum satisfies the following (formula 5).
0.3 <A / B <3.0 (Formula 5)
(In Formula 5, A is the peak area of F1s combined with Li appearing at 682 to 688 eV, and B is the peak area of C1s appearing at 280 to 294 eV.)

また、本発明(6)は、前記負極の励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いて測定したX線光電子分光スペクトルが下記(式6)を満たす、前記(5)に記載の非水電解質二次電池である。
0.2<A/T (式6)
(式6中、Aは、682〜688eVに現れるLiと結合したF1sのピーク面積であり、Tは、455〜462eVに現れるTi2p3/2のピーク面積である。)
Moreover, this invention (6) is as described in said (5) with which the X-ray photoelectron spectroscopy spectrum measured using the single-crystal-spectrum Al-K (alpha) ray as an excitation X-ray source of the said negative electrode satisfy | fills following (Formula 6). It is a non-aqueous electrolyte secondary battery.
0.2 <A / T (Formula 6)
(In Formula 6, A is the peak area of F1s combined with Li appearing at 682 to 688 eV, and T is the peak area of Ti2p 3/2 appearing at 455 to 462 eV.)

本発明のチタン酸化物等を活物質として用いることにより、高温環境での使用、特に高温環境で充放電の繰り返し(高温サイクル)に伴うガス発生を低減し、電池容量の低下を抑制することが可能な非水電解質二次電池を提供できる。特に、比表面積の大きいチタン酸化物等を用いてもガス発生を十分に低減可能であり、特に高温サイクルに伴うガス発生を顕著に低減することができ、しかも、比表面積の大きいチタン酸化物の利点を活かし、良好な低温充放電特性や大電流充放電特性も付与できる。
また、本発明の負極を非水電解質二次電池に用いると、高温環境での使用、特に高温環境で充放電の繰り返し(高温サイクル)に伴うガス発生を低減し、電池容量の低下を抑制することが可能な非水電解質二次電池を提供できる。
By using the titanium oxide or the like of the present invention as an active material, use in a high temperature environment, particularly gas generation accompanying repeated charge / discharge (high temperature cycle) in a high temperature environment can be reduced, and a decrease in battery capacity can be suppressed. A possible non-aqueous electrolyte secondary battery can be provided. In particular, even when titanium oxide having a large specific surface area is used, gas generation can be sufficiently reduced, particularly gas generation accompanying a high temperature cycle can be remarkably reduced, and titanium oxide having a large specific surface area can be reduced. Taking advantage of this, good low temperature charge / discharge characteristics and large current charge / discharge characteristics can be imparted.
In addition, when the negative electrode of the present invention is used for a non-aqueous electrolyte secondary battery, gas generation associated with repeated use (high temperature cycle) of charge / discharge in a high temperature environment is reduced, and a decrease in battery capacity is suppressed. It is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that can be used.

実施例2の負極のF1sのX線光電子分光スペクトル(結合エネルギーが682〜688eV)を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the X-ray photoelectron spectroscopy spectrum (binding energy is 682-688 eV) of F1s of the negative electrode of Example 2. 実施例2の負極のC1sのX線光電子分光スペクトル(結合エネルギーが280〜294eV)を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the X-ray photoelectron spectroscopy spectrum (binding energy is 280-294 eV) of C1s of the negative electrode of Example 2. 実施例2の負極のTi2p3/2のX線光電子分光スペクトル(結合エネルギーが455〜462eV)を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the X-ray photoelectron spectroscopy spectrum (binding energy is 455-462 eV) of Ti2p3 / 2 of the negative electrode of Example 2.

本発明のチタン酸化物は、少なくともチタンと酸素を含み、リチウムイオンを可逆的に吸蔵放出可能なチタン複合酸化物及び/又はチタン酸化物の表面に、励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いて測定したX線光電子分光スペクトルが下記(式1)を満たす、フッ化リチウム化合物と炭素化合物が存在する。
0.3<A/B<3.0 (式1)
(式1中、Aは、682〜688eVに現れるLiと結合したF1sのピーク面積であり、Bは、280〜294eVに現れるC1sのピーク面積である。)
The titanium oxide of the present invention contains at least titanium and oxygen and has a single crystal spectroscopic Al-Kα as an excitation X-ray source on the surface of a titanium composite oxide and / or titanium oxide capable of reversibly occluding and releasing lithium ions. There exists a lithium fluoride compound and a carbon compound whose X-ray photoelectron spectrum measured using a line satisfies the following (formula 1).
0.3 <A / B <3.0 (Formula 1)
(In Formula 1, A is the peak area of F1s combined with Li appearing at 682 to 688 eV, and B is the peak area of C1s appearing at 280 to 294 eV.)

チタン酸化物等は、少なくともチタンと酸素を含む化合物であって、リチウムイオンを可逆的に吸蔵放出可能なチタン複合酸化物及び/又はチタン酸化物であれば特に制限は無く、任意のものを用いることができる。リチウム等の他の元素との複合酸化物となっていてもよい。具体例としては、スピネル構造のチタン酸リチウム(Li4+xTi12(xは0≦x≦3を満たす実数である))、ラムスデライト構造のチタン酸リチウム(Li2+xTi(xは0≦x≦3を満たす実数である))、単斜晶系チタン酸化物及びチタン酸水素リチウムが挙げられる。単斜晶系チタン酸化物の例には、一般式HTi2n+1で表される単斜晶系チタン酸化合物(nは4以上の偶数である。例えばHTi1225)、一般式LiTi2n+1で表される単斜晶系チタン酸リチウム(nは4以上の偶数である。例えばLiTi1837等)及びブロンズ型酸化チタン(TiO(B))が含まれる。チタン酸水素リチウムとしては、前記のチタン酸リチウムのリチウム元素の一部を水素で置換したものが挙げられる。例えば、一般式HLiy−xTi(x、y、zは、y≧x>0、0.8≦y≦2.7、1.3≦z≦2.2を満たす実数である。例えばHLi4/3−xTi5/3)で表されるチタン酸水素リチウム及び一般式H2−xLiTi2n+1で表されるチタン酸水素リチウム(nは4以上の偶数であり、xは0<x<2を満たす実数である。例えばH2−xLiTi1225)が含まれる。これらの化学式において、リチウムやチタン、酸素の一部が他の元素に置換されていてもよいし、化学量論組成のものだけでなく、一部の元素が欠損又は過剰となる非化学量論組成のものでもよい。また、充放電によりリチウムチタン複合酸化物となるチタン酸化物(例えばTiO)であってもよい。これらを混合して用いてもよい。なお、チタン酸化物のリチウムイオン吸蔵電位の上限は、これに限定されないが、2Vであることが好ましい。 The titanium oxide or the like is a compound containing at least titanium and oxygen, and is not particularly limited as long as it is a titanium composite oxide and / or titanium oxide capable of reversibly occluding and releasing lithium ions, and an arbitrary one is used. be able to. It may be a complex oxide with other elements such as lithium. Specific examples include lithium titanate having a spinel structure (Li 4 + x Ti 5 O 12 (x is a real number satisfying 0 ≦ x ≦ 3)), lithium titanate having a ramsdellite structure (Li 2 + x Ti 3 O 7 (x Is a real number satisfying 0 ≦ x ≦ 3)), monoclinic titanium oxide and lithium hydrogen titanate. Examples of the monoclinic titanium oxide include a monoclinic titanic acid compound represented by the general formula H 2 Ti n O 2n + 1 (n is an even number of 4 or more. For example, H 2 Ti 12 O 25 ), Monoclinic lithium titanate represented by the general formula Li 2 Ti n O 2n + 1 (n is an even number of 4 or more, such as Li 2 Ti 18 O 37 ) and bronze type titanium oxide (TiO 2 (B)) Is included. Examples of the lithium hydrogen titanate include those obtained by substituting a part of the lithium element of the lithium titanate with hydrogen. For example, the general formula H x Li y-x Ti z O 4 (x, y, z is a real number satisfying y ≧ x> 0, 0.8 ≦ y ≦ 2.7, 1.3 ≦ z ≦ 2.2) For example, lithium hydrogen titanate represented by H x Li 4 / 3-x Ti 5/3 O 4 ) and lithium hydrogen titanate represented by the general formula H 2-x Li x Ti n O 2n + 1 (n Is an even number greater than or equal to 4, and x is a real number satisfying 0 <x <2, for example, H 2−x Li x Ti 12 O 25 ). In these chemical formulas, some of lithium, titanium, and oxygen may be substituted with other elements, and not only the stoichiometric composition but also non-stoichiometry in which some elements are deficient or excessive. It may be of composition. It may be a titanium oxide having a lithium-titanium composite oxides (e.g., TiO 2) by charging and discharging. You may mix and use these. The upper limit of the lithium ion storage potential of the titanium oxide is not limited to this, but is preferably 2V.

前記チタン酸化物等として、Li4+xTi12、Li2+xTi、一般式HTi2n+1で表されるチタン酸化合物、ブロンズ型酸化チタンから選択される化合物が好ましい。上記のxは0≦x≦3を満たす実数であり、nは4以上の偶数である。 As the titanium oxide or the like, a compound selected from Li 4 + x Ti 5 O 12 , Li 2 + x Ti 3 O 7 , a titanate compound represented by the general formula H 2 Tin n O 2n + 1 , and bronze-type titanium oxide is preferable. The above x is a real number satisfying 0 ≦ x ≦ 3, and n is an even number of 4 or more.

チタン酸化物等は、そのリチウムイオン吸蔵電位が1.2V(対Li/Li)以上であると、特に本発明の効果が得られやすいため好ましい。前述のスピネル構造のチタン酸リチウム、ラムスデライト構造のチタン酸リチウム、単斜晶系チタン酸化物及びチタン酸水素リチウムのリチウムイオン吸蔵電位は、1.5〜1.6V対Li/Liである。リチウムイオン吸蔵電位とは、後述の方法の容量測定において充電時の電位−容量曲線を描いたときに、容量の中点に対応する電位のことを言う。 Titanium oxide or the like is preferable when the lithium ion occlusion potential is 1.2 V (vs. Li / Li + ) or more because the effects of the present invention are particularly easily obtained. The lithium ion occlusion potential of the above-mentioned spinel lithium titanate, ramsdellite lithium titanate, monoclinic titanium oxide and lithium hydrogen titanate is 1.5 to 1.6 V vs. Li / Li + . . The lithium ion occlusion potential refers to a potential corresponding to the middle point of the capacity when a potential-capacity curve at the time of charging is drawn in capacity measurement according to a method described later.

チタン酸化物等は、平均一次粒子径が2μm以下であることが好ましい。平均一次粒子径が2μm以下であると、電極反応に寄与する有効面積が十分確保でき、良好な大電流放電特性を得ることができる。また、一次粒子を公知の方法で造粒するなどした二次粒子としてもよい。レーザー回折/散乱法により測定される平均粒子径は、0.1〜30μmとするのが好ましい。   The titanium oxide or the like preferably has an average primary particle size of 2 μm or less. When the average primary particle size is 2 μm or less, an effective area contributing to the electrode reaction can be sufficiently secured, and good large current discharge characteristics can be obtained. Moreover, it is good also as a secondary particle which granulated the primary particle by the well-known method. The average particle diameter measured by the laser diffraction / scattering method is preferably 0.1 to 30 μm.

また、チタン酸化物等は、比表面積が1〜20m/gであることが好ましい。比表面積が1m/g以上であると、電極反応に寄与する有効面積が十分確保でき、良好な充放電特性を得ることができる。比表面積が20m/g以上であっても本発明の効果は得られるが、電極の製造において、負極等の合剤スラリー中の活物質の分散性や合剤スラリーの集電体への塗工性、活物質層と集電体との密着性などのハンドリング面で問題が生じるのを回避するため、比表面積を20m/g以下とするのが好ましい。チタン酸化物等の比表面積は、3〜20m/gがより好ましく、5〜20m/gが更に好ましい。通常、比表面積が5m/g以上のような比表面積の大きいチタン酸化物等を用いると、充放電サイクルや保存中に大量のガス発生が起こるが、本発明を適用すればガス発生を低減可能であり、特に高温サイクルに伴うガス発生を顕著に低減することができる。その結果として、比表面積の大きいチタン酸化物等を負極活物質に用いることができるようになるため、非水電解質二次電池に良好な低温充放電特性や大電流充放電特性も付与できる。比表面積は窒素吸着によるBET一点法により求めることができる。 Further, the titanium oxide or the like preferably has a specific surface area of 1 to 20 m 2 / g. When the specific surface area is 1 m 2 / g or more, an effective area contributing to the electrode reaction can be sufficiently secured, and good charge / discharge characteristics can be obtained. Even if the specific surface area is 20 m 2 / g or more, the effect of the present invention can be obtained. However, in the production of the electrode, the dispersibility of the active material in the mixture slurry such as the negative electrode and the application of the mixture slurry to the current collector In order to avoid problems in handling such as workability and adhesion between the active material layer and the current collector, the specific surface area is preferably 20 m 2 / g or less. The specific surface area such as titanium oxide, more preferably 3 to 20 m 2 / g, more preferably 5 to 20 m 2 / g. Usually, when a titanium oxide having a large specific surface area such as a specific surface area of 5 m 2 / g or more is used, a large amount of gas is generated during charge / discharge cycles and storage, but if the present invention is applied, gas generation is reduced. It is possible, and gas generation accompanying a high temperature cycle can be significantly reduced. As a result, titanium oxide or the like having a large specific surface area can be used as the negative electrode active material, so that good low-temperature charge / discharge characteristics and large current charge / discharge characteristics can be imparted to the nonaqueous electrolyte secondary battery. The specific surface area can be determined by the BET single point method by nitrogen adsorption.

本発明のチタン酸化物等の表面に存在するフッ化リチウム化合物と炭素化合物は、主にフッ化リチウムを主体とするフッ化物成分と主に炭素化合物を主体とする炭素系成分とから構成されていると推測される。これらのフッ化リチウム化合物と炭素化合物の状態は、X線光電子分光スペクトルを用いて、Liと結合したFのピーク面積(A)とC1sのピーク面積(B)の比で表すことができ、このフッ化リチウム化合物成分Aと炭素化合物成分Bのピーク面積の比率A/Bを適切な範囲とすることにより、高温環境での使用、特に高温環境で充放電の繰り返し(高温サイクル)に伴うガス発生の低減、及び電池容量の低下抑制が可能となる。   The lithium fluoride compound and the carbon compound present on the surface of the titanium oxide or the like of the present invention are mainly composed of a fluoride component mainly composed of lithium fluoride and a carbon-based component mainly composed of the carbon compound. It is estimated that The state of these lithium fluoride compounds and carbon compounds can be expressed by the ratio of the peak area (A) of F bonded to Li and the peak area (B) of C1s using an X-ray photoelectron spectroscopy spectrum. By adjusting the ratio A / B of the peak areas of the lithium fluoride compound component A and the carbon compound component B to an appropriate range, gas generation occurs during use in a high temperature environment, particularly when charging and discharging are repeated (high temperature cycle) in a high temperature environment. And a decrease in battery capacity can be suppressed.

チタン酸化物等において、Liと結合したFのピーク面積(A)とC1sのピーク面積(B)の比A/Bが0.3より小さいと、フッ化リチウムが少なくなるため、表面フッ化物層の熱安定性が悪く、高温で分解されるなどして表面層が崩壊すると考えられ、高温サイクルでの非水電解質の分解を抑えることができず、ガス発生量が多くなる。A/Bが3.0より大きいとフッ化リチウムが多すぎるため、Liイオン伝導性が悪くなり電池抵抗が増加することに起因する容量低下が見られる。従って、0.3<A/B<3.0を満たすと、高温でも安定な表面層となり、高温サイクル時のガス発生を抑制でき良好なサイクル特性を示す、すなわち、表面層の高温安定性とLiイオン伝導性がトレードオフの関係にあるのを、本発明を使うことで両立できる。A/Bは、0.5<A/B<2.5の範囲であると好ましく、0.6<A/B<2.2の範囲であるとより好ましい。   When the ratio A / B between the peak area (A) of F bonded to Li and the peak area (B) of C1s in a titanium oxide or the like is smaller than 0.3, the lithium fluoride is reduced. It is considered that the thermal stability of the surface layer is degraded and the surface layer collapses due to decomposition at a high temperature and the like, and the decomposition of the nonaqueous electrolyte in the high temperature cycle cannot be suppressed, resulting in an increase in the amount of gas generated. When A / B is larger than 3.0, since there is too much lithium fluoride, the Li ion conductivity is deteriorated and the battery capacity is reduced due to an increase in battery resistance. Therefore, when 0.3 <A / B <3.0 is satisfied, the surface layer becomes stable even at high temperatures, and gas generation during high-temperature cycling can be suppressed and good cycle characteristics are exhibited. Li ion conductivity is in a trade-off relationship by using the present invention. A / B is preferably in the range of 0.5 <A / B <2.5, and more preferably in the range of 0.6 <A / B <2.2.

ここで、X線光電子分光法(以降XPSと記載する)による測定について説明する。25℃環境下、0.2Cで1Vまで放電を行うことでSOC0%とした非水電解質二次電池をアルゴン雰囲気中で分解して負極電極を取り出す。取り出した負極をMEC(メチルエチルカーボネート)で洗浄し、乾燥し、適当なサイズに切り出して測定試料とする。測定装置には、アルバック・ファイ製Quantera SXMを用い、励起X線として、単結晶分光Al−Kα線(1486.6eV)(25W15kV)を用い、分析面積を300μm×800μmとし、光電子取り出し角を45°とし、帯電中和は電子とフローティングイオンにより行い、X線光電子分光スペクトルを得る。得られたスペクトルの帯電補正はハイドロカーボン(CHn:C1s、285eV)で行う。   Here, measurement by X-ray photoelectron spectroscopy (hereinafter referred to as XPS) will be described. In a 25 ° C. environment, the nonaqueous electrolyte secondary battery in which SOC is 0% by discharging to 0.2 V at 0.2 C is decomposed in an argon atmosphere and the negative electrode is taken out. The taken-out negative electrode is washed with MEC (methyl ethyl carbonate), dried, cut into an appropriate size, and used as a measurement sample. The measurement apparatus used was Quanta SXM manufactured by ULVAC-PHI, single-crystal spectroscopic Al-Kα ray (1486.6 eV) (25 W 15 kV) was used as the excitation X-ray, the analysis area was 300 μm × 800 μm, and the photoelectron extraction angle was 45 The charge neutralization is performed with electrons and floating ions, and an X-ray photoelectron spectrum is obtained. Charging correction of the obtained spectrum is performed with hydrocarbon (CHn: C1s, 285 eV).

フッ化リチウム化合物のLiと結合したFのピーク面積(A)は、フッ素の1sピークをエネルギーが異なる二つのピークに分離し、682〜688eVに現れるLiと結合したF1sのピーク面積から算出する。図1に具体例を示す。図1で低エネルギー側(右側)がLiF結合したF1sであり、高エネルギー側(左側)はP−F結合やC−F結合したF1sである。ピークの分離は、非線形最小二乗法を用いたカーブフィッティング法を用いて行う。また、ピークの面積はバックグラウンド補正を行って求める。   The peak area (A) of F bonded to Li of the lithium fluoride compound is calculated from the peak area of F1s bonded to Li appearing at 682 to 688 eV by separating the 1s peak of fluorine into two peaks having different energies. A specific example is shown in FIG. In FIG. 1, the low energy side (right side) is LiF-bonded F1s, and the high energy side (left side) is PF bond or CF bond F1s. Peak separation is performed using a curve fitting method using a nonlinear least square method. The peak area is obtained by performing background correction.

炭素化合物のC1sのピーク面積(B)は280〜294eVに現れるC1sのピーク面積から算出することができる。C1sは、282〜285eVに現れるC−C、285eVに現れるCHn、287eVに現れるC−O、289eVに現れるO−C=O、290eVに現れるLiCOのそれぞれのピーク面積との和である。図2に具体例を示す。 The C1s peak area (B) of the carbon compound can be calculated from the C1s peak area appearing at 280 to 294 eV. C1s is the sum of C—C appearing at 282 to 285 eV, CHn appearing at 285 eV, C—O appearing at 287 eV, O—C═O appearing at 289 eV, and the peak area of Li 2 CO 3 appearing at 290 eV. . A specific example is shown in FIG.

本発明のチタン酸化物等は、励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いて測定したX線光電子分光スペクトルが、下記(式2)を満たすことが好ましい。
0.2<A/T (式2)
(式2中、Aは、682〜688eVに現れるLiと結合したFのピーク面積であり、Tは、455〜462eVに現れるTi2p3/2のピーク面積である。)
The titanium oxide and the like of the present invention preferably have an X-ray photoelectron spectroscopic spectrum measured using a single crystal spectroscopic Al-Kα ray as an excitation X-ray source that satisfies the following (formula 2).
0.2 <A / T (Formula 2)
(In Formula 2, A is the peak area of F combined with Li appearing at 682 to 688 eV, and T is the peak area of Ti2p 3/2 appearing at 455 to 462 eV.)

前記の式2中のAは、式1中のAと同じであり、Tはチタン酸化物のうちフッ化リチウム化合物の存在していない表面部分の比率に依存すると考えられ、チタン酸化物等の表面に存在するフッ化リチウム化合物を含む割合は、X線光電子分光法(XPS)でチタンの2p3/2のピーク面積(T)とLiと結合したFのピーク面積(A)との割合で規定する。Tのピーク面積も、バックグラウンド補正を行って求める。 A in Formula 2 is the same as A in Formula 1, and T is considered to depend on the ratio of the surface portion of the titanium oxide where no lithium fluoride compound is present. The ratio of the lithium fluoride compound present on the surface is the ratio of the 2p 3/2 peak area (T) of titanium and the peak area (A) of F bonded to Li by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Stipulate. The peak area of T is also obtained by performing background correction.

チタンの2p3/2のピーク面積には、455〜462eVに観察されるチタンの2p3/2のピーク面積を用いる。図3に具体例を示す。図3で低エネルギー側(右側)のピークがTi2p3/2のピークであり、高エネルギー側(左側)のピークはTi2p1/2のピークである。 The peak area of 2p 3/2 of titanium, using a peak area of 2p 3/2 of titanium observed in 455~462EV. A specific example is shown in FIG. In FIG. 3, the peak on the low energy side (right side) is the peak of Ti2p 3/2 , and the peak on the high energy side (left side) is the peak of Ti2p 1/2 .

A/Tの値が大きくなると、フッ化リチウム化合物で覆われた部分が多くなると推定される。A/Tを0.2より大きい範囲にすることで、チタン酸化物表面に十分フッ化リチウム化合物が存在した状態となっていると想定される。そのため、高温での表面フッ化物層の熱安定性が高くなり、ガス発生抑制効果が更に高くなる。A/Tは0.3より大きいのがより好ましい。   As the value of A / T increases, it is estimated that the portion covered with the lithium fluoride compound increases. By setting A / T to a range larger than 0.2, it is assumed that a lithium fluoride compound is sufficiently present on the titanium oxide surface. Therefore, the thermal stability of the surface fluoride layer at a high temperature is increased, and the gas generation suppressing effect is further increased. A / T is more preferably greater than 0.3.

次に、本発明は、少なくともチタンと酸素を含み、リチウムイオンを可逆的に吸蔵放出可能なチタン複合酸化物及び/又はチタン酸化物を活物質として含み、励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いて測定したX線光電子分光スペクトルが下記(式3)を満たす負極である。
0.3<A/B<3.0 (式3)
(式3中、Aは、682〜688eVに現れるLiと結合したF1sのピーク面積であり、Bは、280〜294eVに現れるC1sのピーク面積である。)
Next, the present invention includes at least titanium and oxygen, titanium composite oxide and / or titanium oxide capable of reversibly occluding and releasing lithium ions as an active material, and single crystal spectroscopic Al— as an excitation X-ray source. An X-ray photoelectron spectrum measured using Kα rays is a negative electrode satisfying the following (formula 3).
0.3 <A / B <3.0 (Formula 3)
(In Formula 3, A is the peak area of F1s combined with Li appearing at 682 to 688 eV, and B is the peak area of C1s appearing at 280 to 294 eV.)

本発明の負極は、負極集電体と負極活物質層を少なくとも含む。負極活物質層は、負極集電体の片面もしくは両面に形成される。負極活物質層は、負極活物質を少なくとも含み、必要に応じて導電剤、結着剤、その他の材料も含んでよい。負極集電体には、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金や銅又は銅合金を用いることができる。   The negative electrode of the present invention includes at least a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer. The negative electrode active material layer is formed on one side or both sides of the negative electrode current collector. The negative electrode active material layer includes at least a negative electrode active material, and may include a conductive agent, a binder, and other materials as necessary. For the negative electrode current collector, for example, aluminum, an aluminum alloy, copper, or a copper alloy can be used.

本発明の負極に用いる負極活物質は、少なくともチタンと酸素を含み、リチウムイオンを可逆的に吸蔵放出可能なチタン酸化物等を用い、前述のフッ化リチウム化合物と炭素化合物が表面に存在するチタン酸化物等を用いるのが好ましい。上記のチタン酸化物等は、一種類のみ用いてもよいが、二種以上を混合して用いてもよい。負極にはチタン酸化物以外の公知の負極活物質を含んでもよいが、チタン酸化物等が負極容量の50%以上を占めることが好ましく、80%以上であるとより好ましい。   The negative electrode active material used for the negative electrode of the present invention uses titanium oxide or the like that contains at least titanium and oxygen and can reversibly store and release lithium ions, and the above-described lithium fluoride compound and carbon compound are present on the surface of titanium. It is preferable to use an oxide or the like. Only one kind of the above-described titanium oxide may be used, but two or more kinds may be mixed and used. The negative electrode may contain a known negative electrode active material other than titanium oxide, but titanium oxide or the like preferably occupies 50% or more of the negative electrode capacity, and more preferably 80% or more.

チタン酸化物等を活物質として含む負極には、主にフッ化リチウムを主体とするフッ化物成分と主に炭素化合物を主体とする炭素系成分とが存在する。この負極の状態は、X線光電子分光スペクトルを用いて、Liと結合したFのピーク面積(A)とC1sのピーク面積(B)の比で表すことができ、このフッ化リチウム化合物成分Aと炭素化合物成分Bのピーク面積の比率A/Bを適切な範囲とすることにより、高温環境での使用、特に高温環境で充放電の繰り返し(高温サイクル)に伴うガス発生の低減、及び電池容量の低下抑制が可能となる。   A negative electrode containing titanium oxide or the like as an active material includes a fluoride component mainly composed of lithium fluoride and a carbon-based component mainly composed of a carbon compound. The state of this negative electrode can be represented by the ratio of the peak area (A) of F bonded to Li and the peak area (B) of C1s using an X-ray photoelectron spectroscopy spectrum. By adjusting the ratio A / B of the peak area of the carbon compound component B to an appropriate range, use in a high temperature environment, particularly reduction of gas generation due to repeated charge / discharge (high temperature cycle) in a high temperature environment, and battery capacity Reduction can be suppressed.

負極においてLiと結合したFのピーク面積(A)とC1sのピーク面積(B)の比A/Bが0.3より小さいと、フッ化リチウムが少なくなるため、表面フッ化物層の熱安定性が悪く、高温で分解されるなどして表面層が崩壊すると考えられ、高温サイクルでの非水電解質の分解を抑えることができず、ガス発生量が多くなる。A/Bが3.0より大きいとフッ化リチウムが多すぎるため、Liイオン伝導性が悪くなり電池抵抗が増加することに起因する容量低下が見られる。従って、0.3<A/B<3.0を満たすと、高温でも安定な表面層となり、高温サイクル時のガス発生を抑制でき良好なサイクル特性を示す、すなわち、表面層の高温安定性とLiイオン伝導性がトレードオフの関係にあるのを、本発明を使うことで両立できる。A/Bは、0.5<A/B<2.5の範囲であると好ましく、0.6<A/B<2.2の範囲であるとより好ましい。このような負極は、本発明の式1で表されるチタン酸化物等を用いるのが好ましい。   When the ratio A / B of the peak area (A) of F bonded to Li and the peak area (B) of C1s in the negative electrode is smaller than 0.3, the lithium fluoride is reduced, so the thermal stability of the surface fluoride layer However, the surface layer is considered to be decomposed due to decomposition at a high temperature, and the decomposition of the nonaqueous electrolyte in the high temperature cycle cannot be suppressed, resulting in an increase in the amount of gas generated. When A / B is larger than 3.0, since there is too much lithium fluoride, the Li ion conductivity is deteriorated and the battery capacity is reduced due to an increase in battery resistance. Therefore, when 0.3 <A / B <3.0 is satisfied, the surface layer becomes stable even at high temperatures, and gas generation during high-temperature cycling can be suppressed and good cycle characteristics are exhibited. Li ion conductivity is in a trade-off relationship by using the present invention. A / B is preferably in the range of 0.5 <A / B <2.5, and more preferably in the range of 0.6 <A / B <2.2. For such a negative electrode, it is preferable to use a titanium oxide represented by Formula 1 of the present invention.

本発明の負極は、励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いて測定したX線光電子分光スペクトルが、下記(式4)を満たすことが好ましい。
0.2<A/T (式4)
(式4中のAは、式3中のAと同じで、682〜688eVに現れるLiと結合したF1sのピーク面積であり、Tは、455〜462eVに現れるTi2p3/2のピーク面積である。)
In the negative electrode of the present invention, it is preferable that an X-ray photoelectron spectrum measured using a single crystal spectrum Al—Kα ray as an excitation X-ray source satisfies the following (formula 4).
0.2 <A / T (Formula 4)
(A in Formula 4 is the same as A in Formula 3, and is the peak area of F1s combined with Li appearing at 682 to 688 eV, and T is the peak area of Ti2p 3/2 appearing at 455 to 462 eV. .)

前記のA/Tの値が大きくなると、負極中のチタン酸化物等はフッ化物層で表面が覆われた部分が多くなると推定される。A/Tを0.2より大きい範囲にすることで、負極中のチタン酸化物表面に十分フッ化リチウムが存在した状態となっていると想定される。そのため、高温での表面フッ化物層の熱安定性が高くなり、ガス発生抑制効果が更に高くなる。A/Tは0.3より大きいのがより好ましい。このような負極は、本発明の式2で表されるチタン酸化物を用いるのが好ましい。   When the A / T value increases, it is estimated that the portion of the titanium oxide or the like in the negative electrode whose surface is covered with the fluoride layer increases. By setting A / T to a range larger than 0.2, it is assumed that lithium fluoride is sufficiently present on the surface of the titanium oxide in the negative electrode. Therefore, the thermal stability of the surface fluoride layer at a high temperature is increased, and the gas generation suppressing effect is further increased. A / T is more preferably greater than 0.3. Such a negative electrode preferably uses a titanium oxide represented by Formula 2 of the present invention.

XPS測定、XPSスペクトルから求めるA、B、Tはいずれも前述の方法で算出することができる。   All of A, B, and T obtained from the XPS measurement and the XPS spectrum can be calculated by the method described above.

前記導電剤は、負極に導電性を付与するために使われるものであり、構成される二次電池において、化学変化を引き起こさない導電性材料であるならば、いかなるものでも使用可能であり、その例として、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素ファイバのような炭素系物質、銅、ニッケル、アルミニウム、銀などの金属粉末又は金属ファイバのような金属系物質、ポリフェニレン誘導体などの導電性ポリマー、又はそれらの混合物を含む導電性材料などを用いることができる。   The conductive agent is used for imparting conductivity to the negative electrode, and any material can be used as long as it is a conductive material that does not cause a chemical change in the constituted secondary battery. Examples include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon-based materials such as carbon fiber, metal powders such as copper, nickel, aluminum, silver, or metal-based materials such as metal fiber, polyphenylene A conductive material including a conductive polymer such as a derivative, or a mixture thereof can be used.

結着剤としては、例えば、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)、フッ素系ゴム、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)などを用いることができる。   As the binder, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-based rubber, styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethylcellulose (CMC), or the like can be used.

負極活物質層に含ませることができるその他の材料としては公知の種々添加剤が挙げられる。   Examples of other materials that can be included in the negative electrode active material layer include various known additives.

負極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、負極活物質70〜95質量%、導電剤0〜25質量%、結着剤2〜10質量%の範囲であることが好ましい。   The mixing ratio of the negative electrode active material, the conductive agent and the binder is preferably in the range of 70 to 95% by mass of the negative electrode active material, 0 to 25% by mass of the conductive agent, and 2 to 10% by mass of the binder.

次に、本発明は、正極と、少なくともチタンと酸素を含み、リチウムイオンを可逆的に吸蔵放出可能なチタン複合酸化物及び/又はチタン酸化物を活物質として含む負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、非水電解質と、を備える非水電解質二次電池であって、前記負極の、励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いて測定したX線光電子分光スペクトルが下記(式5)を満たす、非水電解質二次電池である。
0.3<A/B<3.0 (式5)
(式5中、Aは、682〜688eVに現れるLiと結合したF1sのピーク面積であり、Bは、280〜294eVに現れるC1sのピーク面積である。)
Next, the present invention provides a positive electrode, a negative electrode containing at least titanium and oxygen, and a titanium composite oxide and / or titanium oxide capable of reversibly occluding and releasing lithium ions as an active material, the positive electrode, and the negative electrode X-ray measured using a single crystal spectroscopic Al-Kα ray as an excitation X-ray source of the negative electrode. It is a non-aqueous electrolyte secondary battery whose photoelectron spectroscopy spectrum satisfies the following (formula 5).
0.3 <A / B <3.0 (Formula 5)
(In Formula 5, A is the peak area of F1s combined with Li appearing at 682 to 688 eV, and B is the peak area of C1s appearing at 280 to 294 eV.)

本発明の非水電解質二次電池は、前記の負極を用いたものであって、負極におけるLiと結合したFのピーク面積(A)とC1sのピーク面積(B)の比A/Bが、0.3<A/B<3.0の範囲とすることにより、非水電解質二次電池としたときに高温環境での使用、特に高温環境で充放電の繰り返し(高温サイクル)に伴うガス発生の低減、及び電池容量の低下抑制が可能となる。A/Bは、0.5<A/B<2.5の範囲であると好ましく、0.6<A/B<2.2の範囲であるとより好ましい。このような負極は、本発明の式1で表されるチタン酸化物等を用いるのが好ましい。   The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention uses the above negative electrode, and the ratio A / B of the peak area (A) of F bonded to Li and the peak area (B) of C1s in the negative electrode is: By making the range 0.3 <A / B <3.0, use of the non-aqueous electrolyte secondary battery in a high temperature environment, particularly gas generation accompanying repeated charge / discharge (high temperature cycle) in a high temperature environment And a decrease in battery capacity can be suppressed. A / B is preferably in the range of 0.5 <A / B <2.5, and more preferably in the range of 0.6 <A / B <2.2. For such a negative electrode, it is preferable to use a titanium oxide represented by Formula 1 of the present invention.

また、本発明の非水電解質二次電池は、負極の励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いたX線光電子分光スペクトルが下記(式6)を満たすことが好ましい。
0.2<A/T (式6)
(式6中のAは、式5中のAと同じで、682〜688eVに現れるLiと結合したFのピーク面積であり、Tは、455〜462eVに現れるTi2p3/2のピーク面積である。)
Moreover, it is preferable that the non-aqueous electrolyte secondary battery of this invention satisfy | fills the following (Formula 6) in the X-ray photoelectron spectrum which used the single crystal spectrum Al-K (alpha) ray as an excitation X-ray source of a negative electrode.
0.2 <A / T (Formula 6)
(A in Formula 6 is the same as A in Formula 5, and is the peak area of F combined with Li that appears at 682 to 688 eV, and T is the peak area of Ti2p 3/2 that appears at 455 to 462 eV. .)

本発明の非水電解質二次電池は、前記の負極を用いたものであって、負極におけるLiと結合したFのピーク面積(A)とTi2p3/2のピーク面積(T)の比A/Tが、0.2<A/Tの範囲とすることにより、負極中のチタン酸化物表面に十分フッ化リチウムが存在した状態となっていると想定される。そのため、非水電解質二次電池としたときに高温でのSEI被膜がより安定し、ガス発生抑制効果が更に高くなる。A/Tは0.3より大きいのがより好ましい。このような負極は、本発明の式2で表されるチタン酸化物等を用いるのが好ましい。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention uses the above negative electrode, and the ratio of the peak area (A) of F bonded to Li and the peak area (T) of Ti2p 3/2 in the negative electrode A / By setting T to a range of 0.2 <A / T, it is assumed that lithium fluoride is sufficiently present on the surface of the titanium oxide in the negative electrode. Therefore, when it is set as a nonaqueous electrolyte secondary battery, the SEI film at high temperature becomes more stable, and the gas generation suppression effect is further enhanced. A / T is more preferably greater than 0.3. For such a negative electrode, it is preferable to use a titanium oxide represented by Formula 2 of the present invention.

正極は、正極集電体と正極活物質層を少なくとも含む。正極活物質層は、正極集電体の片面もしくは両面に形成され、正極活物質を少なくとも含み、必要に応じて導電剤、結着剤、その他の材料も含んでよい。正極集電体には、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いることができる。   The positive electrode includes at least a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer. The positive electrode active material layer is formed on one or both surfaces of the positive electrode current collector, includes at least a positive electrode active material, and may include a conductive agent, a binder, and other materials as necessary. For the positive electrode current collector, for example, aluminum or an aluminum alloy can be used.

正極活物質としては、負極活物質として用いるチタン酸化物に対して正極として機能しうる公知の電極活物質を用いることができる。具体的には、リチウムイオン吸蔵電位が1.6V(対Li/Li)より大きい活物質が好ましく、2.0V(対Li/Li)以上であればより好ましい。そのような活物質として、種々の酸化物及び硫化物を用いることができる。例えば、二酸化マンガン(MnO)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物(例えばLiMn又はLiMnO)、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLiNiO)、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばLiNi1−yCo)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(LiMnCo1−y)、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物(LiNiMnCo1−y−z)、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物(LiMn2−yNi)、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物(LiFePO、LiFe1−yMnPO、LiCoPO、LiMnPOなど)やリチウムケイ酸化物(Li2xFeSiOなど)、硫酸鉄(Fe(SO)、バナジウム酸化物(例えばV)、xLiMO・(1−x)LiM’O(M、M’は同種又は異種の1種又は2種以上の金属)で表される固溶体系複合酸化物などを用いることができる。これらを混合して用いてもよい。なお、上記においてx、y、zはそれぞれ0〜1の範囲であることが好ましい。 As a positive electrode active material, the well-known electrode active material which can function as a positive electrode with respect to the titanium oxide used as a negative electrode active material can be used. Specifically, an active material having a lithium ion storage potential larger than 1.6 V (vs. Li / Li + ) is preferable, and more preferably 2.0 V (vs. Li / Li + ) or more. As such an active material, various oxides and sulfides can be used. For example, manganese dioxide (MnO 2 ), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, lithium manganese composite oxide (eg, Li x Mn 2 O 4 or Li x MnO 2 ), lithium nickel composite oxide (eg, Li x NiO 2 ) , lithium-cobalt composite oxide (Li x CoO 2), lithium nickel cobalt composite oxide (e.g., Li x Ni 1-y Co y O 2), lithium manganese cobalt composite oxide (Li x Mn y Co 1- y O 2 ), lithium nickel manganese cobalt composite oxide (Li x Ni y Mn z Co 1-y-z O 2), lithium manganese nickel complex oxide having a spinel structure (Li x Mn 2-y Ni y O 4), olivine Lithium phosphorus oxide having a structure (Li x FePO 4 , Li x Fe 1-y Mn y P O 4 , Li x CoPO 4 , Li x MnPO 4, etc.), lithium silicate (such as Li 2x FeSiO 4 ), iron sulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 ), vanadium oxide (eg, V 2 O 5 ), A solid solution based complex oxide represented by xLi 2 MO 3. (1-x) LiM′O 2 (M and M ′ are one kind or two or more kinds of metals) can be used. You may mix and use these. In the above, x, y and z are preferably in the range of 0 to 1, respectively.

また、正極活物質としてポリアニリンやポリピロールなどの導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料、イオウ(S)、フッ化カーボンなどの有機材料及び無機材料を用いることもできる。   Further, conductive polymer materials such as polyaniline and polypyrrole, disulfide polymer materials, organic materials such as sulfur (S) and carbon fluoride, and inorganic materials can also be used as the positive electrode active material.

上記正極活物質の中でも、リチウムイオン吸蔵電位が高い活物質を用いるのが好ましい。例えば、スピネル構造を有するリチウムマンガン複合酸化物(LiMn)、リチウムニッケル複合酸化物(LiNiO)、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(LiNi1−yCo)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(LiMnCo1−y)、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物(LiNiMnCo1−y−z)、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物(LiMn2−yNi)、リン酸鉄リチウム(LiFePO)などが好適に用いられ、特にリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物とリン酸鉄リチウムが好適に用いられる。なお、上記においてx、y、zはそれぞれ0〜1の範囲であることが好ましい。 Among the positive electrode active materials, an active material having a high lithium ion storage potential is preferably used. For example, lithium manganese composite oxide (Li x Mn 2 O 4 ) having a spinel structure, lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ), lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel cobalt composite oxide (Li x Ni 1-y Co y O 2), lithium manganese cobalt composite oxide (Li x Mn y Co 1- y O 2), lithium nickel manganese cobalt composite oxide (Li x Ni y Mn z Co 1-y -Z O 2 ), lithium manganese nickel composite oxide having a spinel structure (Li x Mn 2 -y Ni y O 4 ), lithium iron phosphate (Li x FePO 4 ), etc. are preferably used, and particularly lithium nickel manganese Cobalt composite oxide and lithium iron phosphate are preferably used. In the above, x, y and z are preferably in the range of 0 to 1, respectively.

導電剤としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、又は黒鉛等を用いることができる。   As the conductive agent, for example, acetylene black, carbon black, or graphite can be used.

結着剤としては、例えば、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)、フッ素系ゴム、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、及びカルボキシメチルセルロース(CMC)などを用いることができる。   As the binder, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-based rubber, styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethylcellulose (CMC), or the like can be used.

正極活物質層に含ませることができるその他の材料としては種々添加剤が挙げられ、例えば、ジニトリル化合物、フルオロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、1,3−プロパンスルトン、エチレンサルファイトなどを用いることができる。   Examples of other materials that can be included in the positive electrode active material layer include various additives, such as dinitrile compounds, fluoroethylene carbonate, vinylene carbonate, 1,3-propane sultone, and ethylene sulfite. .

正極活物質、導電剤、及び結着剤の配合比は、正極活物質80〜95質量%、導電剤3〜18質量%、結着剤2〜10質量%の範囲であることが好ましい。   The mixing ratio of the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder is preferably in the range of 80 to 95% by mass of the positive electrode active material, 3 to 18% by mass of the conductive agent, and 2 to 10% by mass of the binder.

前記非水電解質としては、通常の電解質を用いることができ、非水溶媒にリチウム塩を溶解させた溶液を用いるのが好ましい。非水電解液に用いる非水溶媒としては非水系有機溶媒が用いられ、リチウム電池の電気化学的反応に関与するイオンが移動できる媒質の役割を行う。このような非水系有機溶媒の例としては、カーボネート系、エステル系、エーテル系、ケトン系、アルコール系、又はその他の非プロトン性の溶媒を用いることができる。非水電解質には不純物として水分が含まれることがあるが、この水分はできるだけ低減させることが好ましく、電解液1L中に100ppm以下とするのが好ましく、20ppm以下とするとより好ましい。少なくとも非水電解質に積極的に水分を含ませないことが好ましい。   As the non-aqueous electrolyte, a normal electrolyte can be used, and a solution in which a lithium salt is dissolved in a non-aqueous solvent is preferably used. A non-aqueous organic solvent is used as the non-aqueous solvent used in the non-aqueous electrolyte, and serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the lithium battery can move. As examples of such non-aqueous organic solvents, carbonate-based, ester-based, ether-based, ketone-based, alcohol-based, or other aprotic solvents can be used. The non-aqueous electrolyte may contain moisture as an impurity. However, it is preferable to reduce this moisture as much as possible, preferably 100 ppm or less in 1 L of the electrolytic solution, and more preferably 20 ppm or less. It is preferable that at least the nonaqueous electrolyte does not actively contain moisture.

前記カーボネート系溶媒としては、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジプロピルカーボネート(DPC)、メチルプロピルカーボネート(MPC)、エチルプロピルカーボネート(EPC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)などを用いることができる。   Examples of the carbonate solvent include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate ( EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), and the like can be used.

前記エステル系溶媒としては、酢酸メチル、酢酸エチル、n−プロピルアセテート、ジメチルアセテート、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトン(GBL)、デカノリド(decanolide)、バレロラクトン、メバロノラクトン(mevalonolactone)、カプロラクトン(caprolactone)などを用いることができる。   Examples of the ester solvent include methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, dimethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, γ-butyrolactone (GBL), decanolide, valerolactone, mevalonolactone, and caprolactone. (Caprolactone) or the like can be used.

前記エーテル系溶媒としては、ジブチルエーテル、テトラグライム、ジグライム、ジメトキシエタン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロフランなどを用いることができる。   As the ether solvent, dibutyl ether, tetraglyme, diglyme, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydrofuran and the like can be used.

前記ケトン系溶媒としては、シクロヘキサノンなどを用いることができる。   As the ketone solvent, cyclohexanone or the like can be used.

前記アルコール系溶媒としては、エチルアルコール、イソプロピルアルコールなどを用いることができる。   As the alcohol solvent, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, or the like can be used.

前記その他の非プロトン性溶媒としては、R−CN(Rは、C−C20の直鎖状、分枝状又は環構造の炭化水素基であり、二重結合芳香環又はエーテル結合を含むことができる)などのニトリル類、ジメチルホルムアミドなどのアミド類、1,3−ジオキソランなどのジオキソラン類、スルホラン(sulfolane)類、などを用いることができる。 The other aprotic solvents, R-CN (R is, C 2 -C 20 linear, a hydrocarbon group branched or cyclic structure, a double bond, an aromatic ring or an ether bond Nitriles such as dimethylformamide, amides such as dimethylformamide, dioxolanes such as 1,3-dioxolane, sulfolanes, and the like.

前記リチウム塩の例には、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)、四フッ化硼酸リチウム(LiBF)、六フッ化ヒ素リチウム(LiAsF)、過塩素酸リチウム(LiClO)、リチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド(LiN(CFSO、LiTSFI)及びトリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCFSO)が含まれる。これらは、単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。 Examples of the lithium salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroarsenide (LiAsF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium bistri Fluoromethanesulfonylimide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiTSFI) and lithium trifluorometasulfonate (LiCF 3 SO 3 ) are included. These may be used alone or in admixture of two or more.

また、実際の非水電解質二次電池は、前記正負極を隔離するセパレータと、これら部材を収容する外装部材とを有する。セパレータは、正極と負極の間に配置され、正極と負極が接触するのを防止する。セパレータは、絶縁性材料で構成される。また、セパレータは、正極及び負極の間を電解質が移動可能な形状を有する。セパレータの例には、合成樹脂製不織布、ポリエチレン多孔質フィルム、ポリプロピレン多孔質フィルム、セルロース系のセパレータを挙げることができる。   Moreover, the actual nonaqueous electrolyte secondary battery has a separator that separates the positive and negative electrodes, and an exterior member that houses these members. A separator is arrange | positioned between a positive electrode and a negative electrode, and prevents that a positive electrode and a negative electrode contact. The separator is made of an insulating material. The separator has a shape in which the electrolyte can move between the positive electrode and the negative electrode. Examples of the separator include a synthetic resin nonwoven fabric, a polyethylene porous film, a polypropylene porous film, and a cellulose separator.

外装部材としてはラミネート製フィルムや金属製容器を用いることができる。ラミネート製フィルムには、樹脂フィルムで被覆された金属箔からなる多層フィルムが用いられる。樹脂フィルムを形成する樹脂には、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、及びポリエチレンテレフタレート(PET)のような高分子を用いることができる。ラミネートフィルム製外装部材の内面は、PP及びPEのような熱可塑性樹脂により形成される。ラミネートフィルムの厚さは0.2mm以下であることが好ましい。このようにして非水電解質二次電池を構成することができ、リチウムイオン二次電池などに適用することができる。   As the exterior member, a laminate film or a metal container can be used. As the laminate film, a multilayer film made of a metal foil covered with a resin film is used. As the resin forming the resin film, polymers such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, and polyethylene terephthalate (PET) can be used. The inner surface of the laminate film exterior member is formed of a thermoplastic resin such as PP and PE. The thickness of the laminate film is preferably 0.2 mm or less. In this way, a non-aqueous electrolyte secondary battery can be configured and applied to a lithium ion secondary battery or the like.

充電時の金属Li析出防止の観点から、炭素系物質等のリチウムイオン吸蔵電位の低い負極活物質を用いる従来の非水電解質二次電池では、負極容量を正極容量より多くし、正極規制としている。一方、本発明では正負極どちらで規制しても問題ない。負極で規制すると、通常使用時には正極の電位は比較的低い状態に維持されるため、非水電解液中の溶媒やリチウム塩、添加物等の電解液構成成分の酸化反応による正極への被膜形成は比較的起こりにくく、また、正極の電位が高くなりすぎないことで、電解液の酸化分解が起こりにくくなり、正極でのガス発生量が低減されると推察される。同時に、正極の電位が高くなりすぎないことで、正極活物質自体の結晶構造劣化も抑制できるため、高温サイクルに伴うガス発生のさらなる低減及び電池容量の低下をさらに抑制することが可能となる。   From the viewpoint of preventing the deposition of metallic Li during charging, in the conventional nonaqueous electrolyte secondary battery using a negative electrode active material having a low lithium ion storage potential such as a carbon-based material, the negative electrode capacity is made larger than the positive electrode capacity and the positive electrode is regulated. . On the other hand, in the present invention, there is no problem regardless of whether the positive or negative electrode is used. When regulated by the negative electrode, the potential of the positive electrode is maintained at a relatively low level during normal use. Therefore, a film is formed on the positive electrode by the oxidation reaction of components of the electrolyte such as solvents, lithium salts, and additives in the non-aqueous electrolyte. Is less likely to occur, and the potential of the positive electrode does not become too high, so that the oxidative decomposition of the electrolyte is less likely to occur, and the amount of gas generated at the positive electrode is reduced. At the same time, since the potential of the positive electrode does not become excessively high, deterioration of the crystal structure of the positive electrode active material itself can be suppressed, so that it is possible to further suppress further reduction in gas generation and battery capacity due to a high temperature cycle.

前述の正極容量は、次の方法で求める。乾燥アルゴン中で、コインセル用に形状を合わせた前記正極とリチウム金属箔とをセパレータを介して対向させる。これらの部材をコインセルに入れ、電解液を注ぎ、セパレータと電極に充分に電解液が含浸された状態で、コインセルを密閉する。なお、電解液には、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)とメチルエチルカーボネート(MEC)が体積比率1:3:6で混合された混合溶媒に電解質としての六フッ化リン酸リチウムを1.0モル/リットル溶解させたものを使用する。作製したコインセルに対して、25℃環境下、十分小さい電流密度、例えば理論容量から算出される0.2C程度の電流(例えばLiFePOの場合、活物質量9.4mg/cmでは、電流密度を0.28mA/cmとすればよい)で、実際の非水電解質二次電池で使用を想定している正極電位上限(例えば、LiFePOであれば3.8V)になるまで定電流で充電した後、充電時と同じ電流密度で、セル電圧が3.0Vに到達するまでの定電流で放電させる。この放電時の電気容量をコインセルの正極活物質層の面積で除することにより、正極の単位面積当りの25℃環境下での実電気容量P(mAh/cm)を算出する。実電気容量の測定のための温度環境は、恒温漕(ヤマト科学 恒温槽 型番IN804型)等を用いて形成される。 The aforementioned positive electrode capacity is obtained by the following method. In dry argon, the positive electrode and the lithium metal foil, which have been shaped for coin cells, are opposed to each other with a separator interposed therebetween. These members are put in a coin cell, an electrolyte is poured, and the coin cell is sealed in a state where the separator and the electrode are sufficiently impregnated with the electrolyte. In the electrolyte solution, lithium hexafluorophosphate as an electrolyte was added to a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) and methyl ethyl carbonate (MEC) were mixed at a volume ratio of 1: 3: 6. Use 1.0 mol / liter dissolved. For a manufactured coin cell, a sufficiently low current density in a 25 ° C. environment, for example, a current of about 0.2 C calculated from a theoretical capacity (for example, in the case of LiFePO 4 , the current density is 9.4 mg / cm 2. with it) if 0.28mA / cm 2, the actual positive electrode potential limit contemplated for use in the nonaqueous electrolyte secondary battery (e.g., at a constant current until 3.8 V) if LiFePO 4 After charging, the battery is discharged at a constant current until the cell voltage reaches 3.0 V at the same current density as that during charging. By dividing the electric capacity at the time of discharge by the area of the positive electrode active material layer of the coin cell, the actual electric capacity P (mAh / cm 2 ) in a 25 ° C. environment per unit area of the positive electrode is calculated. The temperature environment for measuring the actual electric capacity is formed using a thermostatic chamber (Yamato Scientific Thermostatic Chamber Model number IN804).

前記正極に代えて、コインセル用に形状を合わせた前記負極を用いた以外は同様の手法でコインセルを作製する。作製したコインセルに対して、25℃環境下、十分小さい電流密度、例えば理論容量から算出される0.2C程度の電流(例えばLiTi12の場合、活物質量7.5mg/cmでは、電流密度を0.24mA/cmとすればよい)で、セル電圧が1.0Vになるまで定電流で充電した後、充電時と同じ電流密度で、セル電圧が3.0Vに到達するまで定電流で放電させた。この放電時の電気容量をコインセルの負極活物質層の面積で除することにより、負極の単位面積当りの25℃環境下での実電気容量N(mAh/cm)を算出する。なお、Nの測定においては、リチウムイオンが活物質に吸蔵される側を充電と、脱離する側を放電と称する。 Instead of the positive electrode, a coin cell is manufactured in the same manner except that the negative electrode having a shape adapted for coin cell is used. With respect to the produced coin cell, in a 25 ° C. environment, a sufficiently small current density, for example, a current of about 0.2 C calculated from the theoretical capacity (for example, Li 4 Ti 5 O 12 , the amount of active material is 7.5 mg / cm 2 Then, the current density may be 0.24 mA / cm 2 ), and after charging with a constant current until the cell voltage reaches 1.0 V, the cell voltage reaches 3.0 V at the same current density as during charging. The battery was discharged at a constant current until By dividing the electric capacity at the time of discharge by the area of the negative electrode active material layer of the coin cell, the actual electric capacity N (mAh / cm 2 ) in a 25 ° C. environment per unit area of the negative electrode is calculated. In the measurement of N, the side where lithium ions are occluded in the active material is referred to as charging, and the side where lithium ions are desorbed is referred to as discharging.

次に、本発明のチタン酸化物、負極、非水電解質二次電池の製造方法を説明する。   Next, a method for producing the titanium oxide, negative electrode, and non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described.

チタン酸化物等の表面へのフッ化リチウム化合物と炭素化合物の形成には、物理的手法又は電気化学的手法など任意の作製方法を用いてよいが、以降に述べるコンディショニングにより本発明のチタン酸化物、負極、非水電解質二次電池を製造する方法が好適である。   Arbitrary production methods such as a physical method or an electrochemical method may be used to form a lithium fluoride compound and a carbon compound on the surface of titanium oxide or the like, but the titanium oxide of the present invention can be obtained by conditioning described below. A method for producing a negative electrode and a non-aqueous electrolyte secondary battery is preferable.

当該製法は、前記正極、チタン酸化物等を活物質として含む負極(以降、単に「負極」と記載することもある)、及び非水電解質を外装部材に収容し、外装部材の開口部を仮封止して仮封止二次電池を得る第1の工程、仮封止二次電池に初充電を行った後、50℃以上80℃未満の雰囲気中で貯蔵する第2の工程、前記仮封止二次電池を開封して内部の気体を排出する第3の工程を含み、必要に応じて、次いで、前記外装部材を本封止する第4の工程を含む。   In this manufacturing method, a negative electrode containing the positive electrode, titanium oxide or the like as an active material (hereinafter sometimes simply referred to as “negative electrode”) and a non-aqueous electrolyte are accommodated in an exterior member, and an opening of the exterior member is temporarily provided. A first step of sealing to obtain a temporary sealed secondary battery; a second step of storing the temporary sealed secondary battery in an atmosphere of 50 ° C. or higher and lower than 80 ° C. after initial charging; It includes a third step of opening the sealed secondary battery to discharge the internal gas, and then, if necessary, a fourth step of fully sealing the exterior member.

(第1の工程)
第1の工程において、仮封止二次電池を作製する。まず、外装部材内に電極群を収容する。電極群は正極、負極、及びセパレータから構成される。具体的には、例えば、正極、セパレータ、負極、及びセパレータを順に積層し、この積層体を扁平形状に捲回することにより扁平型の電極群が形成される。別の方法として、例えば、正極と負極とを、セパレータを介して一組又は複数組積層して電極群を形成してもよい。必要に応じて、該電極群を絶縁テープで捲回して固定してもよい。電極群の形成後及び/又は形成前に電極群や各構成部材を加熱及び/又は真空乾燥して吸着水分を低減させる工程を追加してもよい。
(First step)
In the first step, a temporarily sealed secondary battery is manufactured. First, the electrode group is accommodated in the exterior member. The electrode group includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator. Specifically, for example, a positive electrode, a separator, a negative electrode, and a separator are sequentially stacked, and the stacked body is wound into a flat shape to form a flat electrode group. As another method, for example, the electrode group may be formed by laminating one set or a plurality of sets of the positive electrode and the negative electrode via a separator. If necessary, the electrode group may be wound and fixed with an insulating tape. You may add the process of heating and / or vacuum-drying an electrode group and each structural member after formation of an electrode group and / or before formation, and reducing adsorption | suction moisture.

正極には帯状の正極端子が電気的に接続されている。負極には帯状の負極端子が電気的に接続されている。正負極端子は、それぞれ、正負極集電体と一体に形成されていてもよい。或いは、集電体とは別個に形成された端子を集電体と接続してもよい。正負極端子は、積層体を捲回する前に正負極のそれぞれと接続してもよい。或いは、積層体を捲回した後に接続してもよい。   A belt-like positive electrode terminal is electrically connected to the positive electrode. A strip-like negative electrode terminal is electrically connected to the negative electrode. The positive and negative electrode terminals may be formed integrally with the positive and negative electrode current collectors, respectively. Alternatively, a terminal formed separately from the current collector may be connected to the current collector. The positive and negative electrode terminals may be connected to each of the positive and negative electrodes before winding the laminate. Or you may connect, after winding a laminated body.

ラミネートフィルム製外装部材は、ラミネートフィルムを、熱可塑性樹脂フィルム側から張り出し加工又は深絞り加工をしてカップ状の電極群収容部を形成した後、熱可塑性樹脂フィルム側を内側にして180°折り曲げて蓋体とすることにより形成することができる。金属製容器の場合は、例えば金属板を絞り加工することにより形成することができる。以下では、代表例としてラミネートフィルム製外装部材を用いた場合について説明する。   The laminate film exterior member is formed by extending or deep drawing the laminate film from the thermoplastic resin film side to form a cup-shaped electrode group housing portion, and then bending it 180 ° with the thermoplastic resin film side inside. And forming a lid. In the case of a metal container, it can be formed, for example, by drawing a metal plate. Below, the case where the laminated film exterior member is used as a representative example is demonstrated.

電極群を外装部材の電極群収容部に配置し、正負極端子を容器外部に延出させる。次いで、外装部材の正負極端子が延出している上端部と、該上端部と直交する端部の一つをヒートシールし、封止部を形成する。これにより、一辺が開口部として開口した状態の外装部材が形成される。ここで各構成部材を加熱及び/又は真空乾燥して吸着水分を低減させる工程を追加してもよい。   An electrode group is arrange | positioned in the electrode group accommodating part of an exterior member, and a positive / negative terminal is extended to the container exterior. Next, the upper end portion where the positive and negative electrode terminals of the exterior member extend and one of the end portions orthogonal to the upper end portion are heat-sealed to form a sealing portion. Thereby, the exterior member in a state where one side is opened as an opening is formed. Here, you may add the process of heating and / or vacuum-drying each structural member and reducing adsorption | suction moisture.

次いで、開口部から非水電解液を注入し、次にデシケータ内を減圧して電池内の空気の気泡を除去する。この、電解液の注入と減圧による気泡除去、とを複数回反復し、電極群に非水電解液を充分に含浸させることが好ましい。ここで、Xを真空度の保持時間(min)、Pを真空度(kPa)としたときに、50(kPa)≧P≧(10/9)X+70/9を満たすような減圧状態を少なくとも一度経ると、電極群に非水電解液を充分に含浸でき、本発明の特定のXPSスペクトルを示すチタン酸化物及び負極が形成されやすくなるためより好ましい。ここで、電解液の含浸を促進させるため、電池を厚さ方向に加圧して貯蔵してもよく、電極内部を減圧してから電解液を注入してもよい。   Next, a non-aqueous electrolyte is injected from the opening, and then the inside of the desiccator is decompressed to remove air bubbles in the battery. It is preferable that the injection of the electrolytic solution and the removal of bubbles by reducing the pressure are repeated a plurality of times to sufficiently impregnate the electrode group with the nonaqueous electrolytic solution. Here, when X is the holding time (min) of the degree of vacuum and P is the degree of vacuum (kPa), a reduced pressure state that satisfies 50 (kPa) ≧ P ≧ (10/9) X + 70/9 is at least once. Then, it is more preferable because the electrode group can be sufficiently impregnated with the nonaqueous electrolytic solution, and the titanium oxide and the negative electrode showing the specific XPS spectrum of the present invention are easily formed. Here, in order to promote the impregnation of the electrolytic solution, the battery may be stored under pressure in the thickness direction, or the electrolytic solution may be injected after the inside of the electrode is decompressed.

その後、開口部をヒートシールして仮封止部を形成することにより、電極群及び電極群に含浸された非水電解質が密封された仮封止二次電池を得る。コンディショニングを行わない場合は、ここで本封止することで封止二次電池が得られる。   Thereafter, the temporary sealing secondary battery in which the electrode group and the nonaqueous electrolyte impregnated in the electrode group are sealed is obtained by heat-sealing the opening to form a temporary sealing part. When conditioning is not performed, a sealed secondary battery is obtained by performing main sealing here.

(第2の工程)
次いで、第2の工程を行う。仮封止二次電池の正極端子と負極端子の間に電流を流し、負極電位が0.8Vより高く1.4V以下の電位(対Li/Li)の範囲になるように初充電するのが好ましい。負極活物質のリチウムイオン吸蔵電位よりも負極電位が350mV以上低くなるように初充電するとより好ましい。
(Second step)
Next, the second step is performed. Current is passed between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the temporarily sealed secondary battery, and the initial charge is performed so that the negative electrode potential is in the range of potential higher than 0.8V and lower than 1.4V (vs. Li / Li + ). Is preferred. It is more preferable to perform initial charging so that the negative electrode potential is 350 mV or more lower than the lithium ion storage potential of the negative electrode active material.

負極電位が1.4V以下(対Li/Li)の状態になるように電池を初充電すると、高温環境での使用に伴うガス発生をより低減でき、電池容量の低下をより抑制できるため好ましく、1.2V(対Li/Li)以下とするとより好ましい。負極電位が0.8V以下(対Li/Li)の状態になるまで電池を初充電してしまうと、負極表面に過剰の被膜が形成されるものと推測されるが、電池の放電容量が低下するので好ましくない。また、負極集電体にアルミニウムを用いた場合、負極電位を0.4V以下(対Li/Li)まで下げると集電体のアルミニウムがリチウムと合金化してしまうので好ましくない。 When the battery is initially charged so that the negative electrode potential is 1.4 V or less (vs. Li / Li + ), it is preferable because gas generation associated with use in a high-temperature environment can be further reduced and battery capacity reduction can be further suppressed. , 1.2 V (vs. Li / Li + ) or less is more preferable. If the battery is initially charged until the negative electrode potential is 0.8 V or less (vs. Li / Li + ), it is estimated that an excessive film is formed on the negative electrode surface. Since it falls, it is not preferable. Further, when aluminum is used for the negative electrode current collector, it is not preferable that the negative electrode potential is lowered to 0.4 V or less (vs. Li / Li + ) because the current collector aluminum is alloyed with lithium.

前記仮封止電池の作製後、初充電を行うまでの期間には特に制限は無く、生産スケジュール等に合わせて任意に設定することができ、例えば、1時間〜1ヶ月としてよい。また、前記初充電及び後述の高温貯蔵は、仮封止電池作製後最初の充電に限られるものではなく、その後に開封して気体を排出可能であれば、充放電や貯蔵を一度又は複数回行った後に行ってもよい。   There is no restriction | limiting in particular in the period until it performs initial charge after preparation of the said temporary sealing battery, It can set arbitrarily according to a production schedule etc. For example, it is good as 1 hour-1 month. In addition, the initial charging and high-temperature storage described below are not limited to the initial charging after preparing the temporarily sealed battery, and charging and discharging and storage are performed once or a plurality of times as long as the gas can be discharged after opening. You may do it after doing.

負極電位の調整は、例えば、同一の電池構成のセルにおいて、参照極を用いて負極電位が0.8Vより高く1.4V以下(対Li/Li)の範囲の所望の電位となるような充電電気量を事前に算出しておき、その電気量を前記仮封止電池に充電することによって調整することができる。又は、同一の電池構成のセルにおいて、参照極を用いて負極電位が0.8Vより高く1.4V以下(対Li/Li)の範囲の所望の電位となるまで同条件で充電し、その時のセル電圧を確認しておき、前記仮封止電池の初充電終止電圧を確認したセル電圧の値とすることによって調整することができる。別の方法として、次のようにしてもよい。非水電解質二次電池に用いる正極を切り出して作用極とし、対極に金属リチウム箔を、電解液とセパレータには該電池と同種のものを用いてコインセルを作製する。このコインセルに該電池の初充電と同C率・温度条件で充電を行い、縦軸:電位−横軸:容量の充電曲線を描く。負極についても、前記正極評価時と同寸法に切り出した負極を作用極として、前記正極評価に準じた方法で、所望の負極電位を含むLi吸蔵側の電位−容量曲線を描く。こうして得られた正極,負極それぞれの電位−容量曲線を一つの図に重ね合わせ、負極が所望の負極電位に到達した時の容量に対応する正極の電位を読み取り、その正負極電位差からセル電圧を求め、そのセル電圧を初充電終止電圧とする。 Adjustment of the negative electrode potential is, for example, such that, in a cell having the same battery configuration, the negative electrode potential is higher than 0.8V and lower than 1.4V (vs. Li / Li + ) using the reference electrode. The amount of electricity charged can be calculated in advance, and the amount of electricity can be adjusted by charging the temporarily sealed battery. Alternatively, in a cell having the same battery configuration, charging is performed under the same conditions using the reference electrode until the negative electrode potential is higher than 0.8 V and reaches a desired potential in the range of 1.4 V or less (vs. Li / Li + ). The cell voltage can be adjusted in advance, and the initial charge end voltage of the temporary sealing battery can be adjusted to the value of the confirmed cell voltage. Another method may be as follows. A coin cell is manufactured by cutting out a positive electrode used for a nonaqueous electrolyte secondary battery as a working electrode, using a metal lithium foil as a counter electrode, and using the same type of electrolyte and separator as the battery. The coin cell is charged under the same C rate and temperature conditions as the initial charging of the battery, and a vertical axis: potential-horizontal axis: capacity charging curve is drawn. Also for the negative electrode, a Li-occlusion-side potential-capacity curve including a desired negative electrode potential is drawn by a method according to the positive electrode evaluation using the negative electrode cut out in the same dimensions as in the positive electrode evaluation as a working electrode. The potential-capacity curves of the positive electrode and negative electrode obtained in this way are superimposed on one figure, the potential of the positive electrode corresponding to the capacity when the negative electrode reaches the desired negative electrode potential is read, and the cell voltage is calculated from the difference between the positive and negative electrode potentials. The cell voltage is determined as the initial charge end voltage.

なお、正極活物質としてリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を用いる場合、前記仮封止電池の負極電位を調整するときにセル電圧が2.7〜3.3Vとなるようにすることが好ましく、2.9〜3.3Vとなるようにすることがより好ましい。正極活物質としてリン酸鉄リチウムを用いる場合、前記仮封止電池の負極電位を調整するとき、セル電圧が2.1〜2.7Vとなるようにすることが好ましく、2.3〜2.7Vとなるようにすることがより好ましい。   When lithium nickel manganese cobalt composite oxide is used as the positive electrode active material, the cell voltage is preferably 2.7 to 3.3 V when adjusting the negative electrode potential of the temporary sealing battery. It is more preferable that the voltage be 9 to 3.3 V. When lithium iron phosphate is used as the positive electrode active material, it is preferable that the cell voltage be 2.1 to 2.7 V when adjusting the negative electrode potential of the temporary sealing battery. More preferably, the voltage is 7V.

初充電を行う温度は任意に設定することができるが、20〜45℃程度とすると好ましく、常温(20〜30℃)で行ってもよい。常温で行うと、設備を簡略化できるため好ましい。   The temperature at which the initial charging is performed can be arbitrarily set, but is preferably about 20 to 45 ° C, and may be performed at room temperature (20 to 30 ° C). It is preferable to perform at room temperature because the equipment can be simplified.

充電電流値は任意に設定することができる。1C以下とすると本発明の高温環境下でのガス発生抑制の効果が得られやすく、0.5C以下とするとより好ましい。また、充電中に電流値を変更してもよく、例えば、CC−CV充電を行ってもよい。なお、1C容量=電池の公称容量としてよい。   The charging current value can be set arbitrarily. If it is 1 C or less, the effect of suppressing gas generation under the high temperature environment of the present invention can be easily obtained, and it is more preferably 0.5 C or less. Further, the current value may be changed during charging, for example, CC-CV charging may be performed. Note that 1C capacity = nominal capacity of the battery.

仮封止二次電池が略偏平状の形状であれば、該電池体を厚み方向に加圧しながら初充電を行ってもよい。加圧の方法には特に制限は無く、例えば、該電池をプレスして初充電を行ったり、電池の前面及び背面と接触して電池を固定できるホルダーに電池を収容して初充電を行う方法が挙げられる。   If the temporarily sealed secondary battery has a substantially flat shape, initial charging may be performed while pressing the battery body in the thickness direction. There is no particular limitation on the method of pressurization, for example, a method of performing the initial charge by pressing the battery, or storing the battery in a holder that can be fixed in contact with the front and back of the battery. Is mentioned.

次に、前記負極電位まで初充電された仮封止二次電池を、温度50℃以上80℃未満の雰囲気中において貯蔵するのが好ましい。   Next, it is preferable to store the temporarily sealed secondary battery initially charged to the negative electrode potential in an atmosphere having a temperature of 50 ° C. or higher and lower than 80 ° C.

雰囲気温度が50℃未満である場合、電極群からの水や二酸化炭素などの放出に時間がかかるため工業的でなく、また、負極表面に適度な被膜が形成されないためと推測されるが、電池の高温特性が充分でなくなる。雰囲気温度が80℃以上の場合、正極や負極の表面における非水電解質の反応が生じやすくなり、過剰の被膜が形成されるものと推測されるが、電池の放電容量が低下し、高温サイクル時の容量維持率の低下も大きくなる。雰囲気温度のより好ましい範囲は50〜70℃である。   When the ambient temperature is less than 50 ° C., it is estimated that it is not industrial because it takes time to release water, carbon dioxide, and the like from the electrode group, and an appropriate film is not formed on the negative electrode surface. The high-temperature characteristics of are not sufficient. When the ambient temperature is 80 ° C. or higher, it is presumed that the reaction of the nonaqueous electrolyte on the surface of the positive electrode or the negative electrode is likely to occur, and an excessive film is formed. The decrease in the capacity maintenance rate of the battery also increases. A more preferable range of the atmospheric temperature is 50 to 70 ° C.

仮封止二次電池を温度50℃以上80℃未満の雰囲気中において貯蔵する時間は、負極からガスが十分に放出される時間であればよい。これに限定されないが、例えば、5時間〜10日とすることができ、好ましくは1日〜8日とすることができる。この貯蔵時間は正極活物質種に応じて調整してよく、例えば、正極活物質としてリチウム−遷移金属複合酸化物を用いる場合、5時間〜8日とすることができ、好ましくは1〜7日とすることができる。また、例えば、正極活物質としてリン酸鉄リチウムを用いる場合、5時間〜10日とすることができ、好ましくは5〜8日とすることができる。初充電を行ってから高温貯蔵を開始するまでの時間には特に制限は無く、任意に設定することができる。   The time for storing the temporarily sealed secondary battery in an atmosphere having a temperature of 50 ° C. or higher and lower than 80 ° C. may be a time for sufficiently releasing the gas from the negative electrode. Although it is not limited to this, For example, it can be set as 5 hours-10 days, Preferably it can be set as 1 day-8 days. This storage time may be adjusted according to the type of positive electrode active material. For example, when a lithium-transition metal composite oxide is used as the positive electrode active material, it can be 5 hours to 8 days, preferably 1 to 7 days. It can be. For example, when using lithium iron phosphate as a positive electrode active material, it can be set to 5 hours-10 days, Preferably it can be set to 5-8 days. There is no particular limitation on the time from the initial charging to the start of high-temperature storage, and any time can be set.

前記高温貯蔵期間中、仮封止二次電池を開回路状態で貯蔵すると自己放電により負極電位は高くなっていく。ここで、貯蔵中該電池を略継続的に充電することによって定電位で貯蔵すると、貯蔵後に電池容量が大きく低下してしまうため、定電位での貯蔵、例えば、トリクル充電やフロート充電は行わない方が好ましい。自己放電容量の一部を補填するために、前記貯蔵中に自己放電量の10%程度の充電を間欠的に行ってもよいが、開回路状態で貯蔵することが最も好ましい。   When the temporarily sealed secondary battery is stored in an open circuit state during the high-temperature storage period, the negative electrode potential becomes higher due to self-discharge. Here, if the battery is stored at a constant potential by charging the battery substantially continuously during storage, the battery capacity is greatly reduced after storage, and therefore, storage at a constant potential, for example, trickle charge or float charge is not performed. Is preferred. In order to compensate for a part of the self-discharge capacity, charging of about 10% of the self-discharge amount may be intermittently performed during the storage, but it is most preferable to store in an open circuit state.

なお、「仮封止二次電池の負極電位を0.8Vより高く1.4V以下の電位に調整し、50℃以上80℃未満の雰囲気中で貯蔵する」とは、前記高温貯蔵期間中、負極電位を前記範囲に維持する必要があることを意味するものではなく、充電終止電位を前記電位範囲としておけば、貯蔵期間中に負極電位が上昇して前記電位範囲外となるものも包含する。チタン酸化物等のリチウムイオン吸蔵電位まで負極電位が上昇してもよい。   In addition, “adjusting the negative electrode potential of the temporarily sealed secondary battery to a potential higher than 0.8V and lower than 1.4V and storing it in an atmosphere of 50 ° C. or higher and lower than 80 ° C.” means that during the high-temperature storage period, It does not mean that the negative electrode potential needs to be maintained in the above range, and includes the case where the negative electrode potential rises during the storage period and falls outside the above potential range if the end-of-charge potential is set as the above-mentioned potential range. . The negative electrode potential may rise to the lithium ion storage potential of titanium oxide or the like.

(第3の工程)
次に、外装部材の一部を切断するか、又は穴を開け、第2の工程において外装部材の中に滞留した気体を外部に排出する。例えば、仮封止部の内側であってヒートシールされていない部分である開封部の何れかの位置においてラミネートフィルムを切断することにより、外装部材を開封することができる。開封は減圧下で行うことが好ましく、また、不活性雰囲気下又は乾燥空気中で行うことが好ましい。
(Third step)
Next, a part of the exterior member is cut or a hole is formed, and the gas retained in the exterior member in the second step is discharged to the outside. For example, the exterior member can be opened by cutting the laminate film at any position of the opening portion that is the inside of the temporary sealing portion and is not heat-sealed. Opening is preferably performed under reduced pressure, and is preferably performed in an inert atmosphere or in dry air.

外装部材を開封した後、減圧チャンバーなどを用いて非水電解質二次電池を減圧雰囲気下においてもよく、或いは、吸引ノズルを用いて外装部材の開封口又は穴から気体を吸引してもよい。これらの方法によれば、外装部材内部の気体をより確実に排出することができる。ここで、Xを真空度の保持時間(min)、Pを真空度(kPa)としたときに、50(kPa)≧P≧(10/9)X+70/9を満たすような減圧状態を少なくとも一度経ると、電極群に非水電解液を充分に含浸できるとともに、外装部材内部の気体を充分に排出できるため、本発明の特定のXPSスペクトルを示すチタン酸化物及び負極が形成されやすくなるためより好ましい。   After opening the exterior member, the nonaqueous electrolyte secondary battery may be in a reduced pressure atmosphere using a decompression chamber or the like, or gas may be sucked from the opening or hole of the exterior member using a suction nozzle. According to these methods, the gas inside the exterior member can be discharged more reliably. Here, when X is the holding time (min) of the degree of vacuum and P is the degree of vacuum (kPa), a reduced pressure state that satisfies 50 (kPa) ≧ P ≧ (10/9) X + 70/9 is at least once. Then, the electrode group can be sufficiently impregnated with the non-aqueous electrolyte, and the gas inside the exterior member can be sufficiently discharged, so that the titanium oxide and the negative electrode showing the specific XPS spectrum of the present invention are easily formed. preferable.

(第4の工程)
次いで、気体を排出した後、開封部の切断部より内側で外装部材をヒートシールすることにより本封止部を形成して、電極群及び非水電解質を再び密封する。さらに、本封止部の外側で開封部を切断する。これにより非水電解質二次電池が得られる。このとき、減圧下で密封することが好ましい。或いは、外装部材の穴をあけた箇所に粘着テープなどを貼り付けて密封してもよい。コンディショニングを行わない場合であっても、充電工程後に開封、ガス抜き、再封止を行ってもよい。
(Fourth process)
Next, after the gas is discharged, the main sealing portion is formed by heat-sealing the exterior member inside the cut portion of the opening portion, and the electrode group and the nonaqueous electrolyte are sealed again. Further, the opening part is cut outside the main sealing part. Thereby, a nonaqueous electrolyte secondary battery is obtained. At this time, it is preferable to seal under reduced pressure. Or you may affix an adhesive tape etc. on the location which made the hole of the exterior member, and may seal. Even when conditioning is not performed, opening, degassing, and resealing may be performed after the charging step.

得られた非水電解質二次電池は、任意に、充放電を1回以上行ってもよい。また、常温や高温でさらに貯蔵をおこなってもよい。コンディショニング処理(第2の工程、又は、第2の工程+第3の工程)を複数回行ってもよい。   The obtained nonaqueous electrolyte secondary battery may be optionally charged and discharged one or more times. Moreover, you may store further at normal temperature or high temperature. The conditioning process (second step or second step + third step) may be performed a plurality of times.

前記コンディショニングを行う場合には、非水溶媒としてはエチレンカーボネート、リチウム塩としてはフッ素元素を含有するLiPF及び/又はLiBFを用いるのが好ましい。これは、エチレンカーボネートとフッ素含有リチウム塩とを併用することにより、高電位であるチタン酸化物等を負極活物質として用いた場合であっても、特定の電位にした後、特定の温度に保持することにより、本発明の特定のXPSスペクトルを示すフッ化リチウム化合物と炭素化合物を含むチタン酸化物が形成されるものと考えられる。エチレンカーボネートが非水溶媒全体の5〜20体積%、フッ素含有リチウム塩濃度が非水電解液に対し0.5〜2モル/リットルであれば良好なフッ化リチウム化合物を形成できる。 In the case of conditioning, it is preferable to use ethylene carbonate as the non-aqueous solvent and LiPF 6 and / or LiBF 4 containing fluorine as the lithium salt. This is because when ethylene carbonate and fluorine-containing lithium salt are used in combination, even when titanium oxide or the like having a high potential is used as the negative electrode active material, it is maintained at a specific temperature after being set to a specific potential. By doing so, it is considered that a titanium oxide containing a lithium fluoride compound and a carbon compound exhibiting a specific XPS spectrum of the present invention is formed. If ethylene carbonate is 5 to 20% by volume of the whole non-aqueous solvent and the fluorine-containing lithium salt concentration is 0.5 to 2 mol / liter with respect to the non-aqueous electrolyte, a good lithium fluoride compound can be formed.

また、前記コンディショニングを行う場合には、非水電解質二次電池が負極規制となるような正負極容量比とするのが好ましい。負極で規制したほうが、充電側で負極の電位が下がりやすく、高温貯蔵時に吸着した水や二酸化炭素などの脱離を促進し、負極表面に被膜を形成することで、ガス発生を抑制できる。併せて、初充電時の正極電位が高くなりすぎることを抑制することができるため、正極の劣化を抑制できる。特に、正極実電気容量をP、負極実電気容量をNとしたとき、正負極容量比R=N/Pが0.7≦R<1.0とすると好ましい。Rが0.7未満であっても本発明の効果は得られるが、電池としての放電容量が低くなる。   Moreover, when performing the said conditioning, it is preferable to set it as the positive / negative electrode capacity ratio that a nonaqueous electrolyte secondary battery becomes negative electrode regulation. When regulated by the negative electrode, the potential of the negative electrode is likely to be lowered on the charging side, the desorption of water and carbon dioxide adsorbed during high temperature storage is promoted, and the formation of a film on the negative electrode surface can suppress gas generation. In addition, since the positive electrode potential at the initial charge can be suppressed from becoming too high, deterioration of the positive electrode can be suppressed. In particular, when the positive electrode actual electric capacity is P and the negative electrode actual electric capacity is N, the positive / negative electrode capacity ratio R = N / P is preferably 0.7 ≦ R <1.0. Even if R is less than 0.7, the effect of the present invention can be obtained, but the discharge capacity as a battery is lowered.

上述の製造方法により、励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いたX線光電子分光スペクトルが0.3<A/B<3.0を満たす、フッ化リチウム化合物と炭素化合物を含むチタン酸化物等、
更に、励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いたX線光電子分光スペクトルが0.2<A/Tを満たすチタン酸化物等、
チタン酸化物等を活物質として含み、励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いたX線光電子分光スペクトルが0.3<A/B<3.0を満たす負極、
更に、励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いたX線光電子分光スペクトルが0.2<A/Tを満たす負極、
正極と、チタン酸化物等を活物質として含む負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、非水電解質と、
を備える非水電解質二次電池であって、前記負極の励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いたX線光電子分光スペクトルが0.3<A/B<3.0を満たす非水電解質二次電池、
更に、負極の励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いた、X線光電子分光スペクトルが、0.2<A/Tを満たす非水電解質二次電池、
が得られる。
Including the lithium fluoride compound and the carbon compound in which the X-ray photoelectron spectrum using the single crystal spectrum Al—Kα ray as the excitation X-ray source satisfies 0.3 <A / B <3.0 by the above-described manufacturing method. Titanium oxide, etc.
Further, titanium oxide satisfying 0.2 <A / T in X-ray photoelectron spectrum using single crystal spectrum Al—Kα ray as an excitation X-ray source, etc.
An anode containing titanium oxide and the like as an active material, and an X-ray photoelectron spectrum using a single crystal spectrum Al—Kα ray as an excitation X-ray source satisfies 0.3 <A / B <3.0;
Furthermore, an X-ray photoelectron spectroscopic spectrum using a single crystal spectroscopic Al-Kα ray as an excitation X-ray source satisfies 0.2 <A / T,
A positive electrode, a negative electrode containing titanium oxide or the like as an active material, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, a non-aqueous electrolyte,
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising: a non-electrolyte secondary battery having an X-ray photoelectron spectrum satisfying 0.3 <A / B <3.0 using a single-crystal spectroscopic Al-Kα ray as an excitation X-ray source of the negative electrode Water electrolyte secondary battery,
Furthermore, a non-aqueous electrolyte secondary battery using an X-ray photoelectron spectrum satisfying 0.2 <A / T, using a single crystal spectrum Al—Kα ray as an excitation X-ray source for the negative electrode,
Is obtained.

上述の製造方法により得られたチタン酸化物を負極活物質として用いることにより、高温環境での使用、特に高温環境で充放電の繰り返し(高温サイクル)に伴うガス発生の低減、及び電池容量の低下抑制することが可能な非水電解質二次電池が得られる。この製造方法では、特定のXPSスペクトルを示すフッ化リチウム化合物と炭素化合物を含むチタン酸化物や負極等を形成することができるとともに、水やフッ酸を用いる必要が無いため、残存する水やフッ酸に起因する高温サイクル時のガス発生や電池構成部材の腐食などを低減することができる。   By using the titanium oxide obtained by the above-described manufacturing method as a negative electrode active material, use in a high temperature environment, particularly reduction in gas generation due to repeated charge / discharge (high temperature cycle) in a high temperature environment, and reduction in battery capacity A non-aqueous electrolyte secondary battery that can be suppressed is obtained. In this manufacturing method, a titanium oxide or a negative electrode containing a lithium fluoride compound and a carbon compound exhibiting a specific XPS spectrum can be formed, and it is not necessary to use water or hydrofluoric acid. It is possible to reduce gas generation or corrosion of battery constituent members during high-temperature cycles caused by acid.

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.

(実施例1)
<正極の作製>
正極活物質としてリン酸鉄リチウム(LiFePO)粉末84質量%、導電助剤としてアセチレンブラック10質量%、及びバインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)6質量%を用い、溶媒としてN−メチルピロリドン(NMP)を用いたスラリーを調製した。このスラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔からなる集電体に片面あたりの活物質量が9.4mg/cmとなるように両面に塗布した。塗布後に、乾燥、プレスして合材密度が1.9g/cmになるように正極を作製した。その後130℃で8時間減圧乾燥を行った。
Example 1
<Preparation of positive electrode>
84% by mass of lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) powder as a positive electrode active material, 10% by mass of acetylene black as a conductive additive, 6% by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, and N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent ) Was prepared. This slurry was applied to both sides of a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm so that the amount of active material per side was 9.4 mg / cm 2 . After coating, the positive electrode was produced by drying and pressing so that the density of the composite material was 1.9 g / cm 3 . Thereafter, drying under reduced pressure was performed at 130 ° C. for 8 hours.

<負極の作製>
負極活物質としてスピネル構造を有するリチウムチタン酸化物(石原産業製LiTi12、リチウム吸蔵電位=1.55VvsLi/Li、比表面積=6.5m/g、平均粒子径=7.3μm)の粉末と、導電剤としてのアセチレンブラックと、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)のN−メチルピロリドン(NMP)溶液を、質量比がLiTi12:アセチレンブラック:PVdF=88:5:7となるように混合し、NMPを加えて負極合剤スラリーを調製した。このスラリーを厚さが20μmのアルミ箔からなる集電体に片面あたりの活物質量が7.7mg/cmとなるように両面に塗布した。塗布後、乾燥、プレスして合材密度が1.8〜2.0g/cmになるように負極を作製した。その後130℃で8時間減圧乾燥を行った。活物質の平均粒子径はレーザー回折法(堀場製作所製 レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置LA−950)にて測定した。比表面積については、比表面積測定装置(Monosorb:Quantachrome Instruments社製を用いて、窒素吸着によるBET一点法にて測定した。
<Production of negative electrode>
Lithium titanium oxide having a spinel structure as a negative electrode active material (Li 4 Ti 5 O 12 manufactured by Ishihara Sangyo, lithium occlusion potential = 1.55 V vs Li / Li + , specific surface area = 6.5 m 2 / g, average particle size = 7. 3 μm), acetylene black as a conductive agent, and an N-methylpyrrolidone (NMP) solution of polyvinylidene fluoride (PVdF) in a mass ratio of Li 4 Ti 5 O 12 : acetylene black: PVdF = 88: 5: 7 was mixed and NMP was added to prepare a negative electrode mixture slurry. This slurry was applied to both sides of a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm so that the amount of active material per side was 7.7 mg / cm 2 . After application, the negative electrode was prepared by drying and pressing so that the composite density was 1.8 to 2.0 g / cm 3 . Thereafter, drying under reduced pressure was performed at 130 ° C. for 8 hours. The average particle diameter of the active material was measured by a laser diffraction method (Laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus LA-950, manufactured by Horiba, Ltd.). About the specific surface area, it measured by the BET one-point method by nitrogen adsorption | suction using the specific surface area measuring apparatus (Monosorb: product made from Quantachrome Instruments).

<電極群の作製>
上記で作製したシート状正電極と、厚さ50μmのレーヨンからなるセパレータと、上記で作製したシート状負電極と、セパレータとを、この順序で交互に積層して絶縁テープで固定した。固定後に正極、及び負極の集電体に厚さ20μmのアルミニウム箔からなるリードタブを溶接した。得られた電極群は幅が36mmで、厚さが3.9mmの偏平状電極群だった。得られた電極群を、ラミネートフィルムからなる外装部材に収容し、80℃で8時間真空乾燥した。
<Production of electrode group>
The sheet-like positive electrode produced above, a separator made of rayon having a thickness of 50 μm, the sheet-like negative electrode produced above, and the separator were alternately laminated in this order and fixed with an insulating tape. After fixing, lead tabs made of aluminum foil having a thickness of 20 μm were welded to the positive electrode and negative electrode current collectors. The obtained electrode group was a flat electrode group having a width of 36 mm and a thickness of 3.9 mm. The obtained electrode group was accommodated in an exterior member made of a laminate film and vacuum-dried at 80 ° C. for 8 hours.

<非水電解液の調製>
エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)とメチルエチルカーボネート(MEC)の混合溶媒(混合体積比10:30:60)に、リチウム塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を1モル/リットルとなるように溶解した溶液を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
In a mixed solvent of ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and methyl ethyl carbonate (MEC) (mixing volume ratio 10:30:60), 1 mol / liter of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as a lithium salt. A solution dissolved to 1 liter was prepared.

<第1の工程>
第1の工程として、ラミネートフィルムからなる外装部材に一辺から正負極端子が延出した状態で電極群を収容した。該外装部材中に非水電解質を注入し、次にデシケータ内を減圧して電池内の空気の気泡を除去する工程と、電解液の注入工程とを反復して電極群に非水電解液を含浸させた。このときの減圧条件は、真空度50kPaで2分間保持とした。次いで、ラミネートフィルムをヒートシールにより仮封止して密封し、仮封止二次電池を得た。
<First step>
As a 1st process, the electrode group was accommodated in the state which the positive / negative terminal extended from the one side to the exterior member which consists of laminate films. The nonaqueous electrolyte is injected into the exterior member, and then the desiccator is depressurized to remove air bubbles in the battery and the electrolytic solution injection step is repeated to apply the nonaqueous electrolytic solution to the electrode group. Impregnated. The decompression condition at this time was maintained at a vacuum degree of 50 kPa for 2 minutes. Next, the laminate film was temporarily sealed by heat sealing and sealed to obtain a temporarily sealed secondary battery.

この仮封止電池に用いた正極の実電気容量Pと負極の実電気容量Nを段落0072、0073に記載の方法で測定した結果、P=1.42mAh/cm、N=1.28mAh/cmであった。従って、この仮封止電池は正負極容量比R=N/P=0.9であり、設計容量は50mAhである。 As a result of measuring the actual electrical capacity P of the positive electrode and the actual electrical capacity N of the negative electrode used in this temporary sealing battery by the method described in paragraphs 0072 and 0073, P = 1.42 mAh / cm 2 and N = 1.28 mAh / cm 2 . Therefore, this temporary sealing battery has a positive / negative electrode capacity ratio R = N / P = 0.9 and a design capacity of 50 mAh.

<第2の工程>
第2の工程として、仮封止二次電池を3時間放置後、その負極端子と正極端子の間に電流を流し0.2C (10mA) で負極電位が1.0Vになるまで、常温下(25℃)で充電を行った。充電終了時二次電池の電圧は2.5Vであった。
<Second step>
As a second step, after leaving the temporarily sealed secondary battery for 3 hours, a current is passed between the negative electrode terminal and the positive electrode terminal at room temperature until the negative electrode potential becomes 1.0 V at 0.2 C (10 mA). The battery was charged at 25 ° C. At the end of charging, the voltage of the secondary battery was 2.5V.

引き続き、前記初充電済みの仮封止二次電池を温度55℃の雰囲気(恒温槽)中、開回路状態で168時間貯蔵した。   Subsequently, the initially charged temporary sealed secondary battery was stored in an open circuit state for 168 hours in an atmosphere (constant temperature bath) having a temperature of 55 ° C.

<第3の工程>
第3の工程として、貯蔵後の仮封止二次電池を室温まで冷却し、ラミネートフィルムの一部を切り取って減圧チャンバーに入れ、気体を排出した。このときの真空度は、50kPaで2分間保持した。
<Third step>
As a third step, the temporarily sealed secondary battery after storage was cooled to room temperature, a part of the laminate film was cut out and placed in a vacuum chamber, and the gas was discharged. The degree of vacuum at this time was maintained at 50 kPa for 2 minutes.

<第4の工程>
次いで、ラミネートフィルムの一部をヒートシールにより再度密封(本封止)した。このようにして、仮封止電池の作製及びコンディショニングを経た、幅が60mmで、厚さが2mm、かつ高さが80mmの非水電解質二次電池を作製した。
<4th process>
Next, a part of the laminate film was sealed again (main sealing) by heat sealing. In this way, a non-aqueous electrolyte secondary battery having a width of 60 mm, a thickness of 2 mm, and a height of 80 mm, which was manufactured and conditioned by a temporary sealing battery, was produced.

(実施例2)
実施例1の工程1においてデシケータ内を減圧して電極群に非水電解液を含浸させる時、及び、工程3において減圧チャンバー内で気体を排出する時の真空度をいずれも20kPaとし、工程3に引き続き55℃で充放電(充電:1C−終止電圧2.5V、休止:30分、放電:1C−終止電圧1.0V、休止:30分)を行った以外は、実施例1と同様の方法にて非水電解質二次電池を製造した。
(Example 2)
When the pressure inside the desiccator is reduced in Step 1 of Example 1 and the electrode group is impregnated with the non-aqueous electrolyte, and when the gas is discharged in the reduced pressure chamber in Step 3, the degree of vacuum is 20 kPa. Is the same as in Example 1 except that charging / discharging was performed at 55 ° C. (charging: 1 C—end voltage 2.5 V, pause: 30 minutes, discharge: 1 C—end voltage 1.0 V, pause: 30 minutes). A non-aqueous electrolyte secondary battery was manufactured by the method.

(実施例3)
実施例1の工程1においてデシケータ内を減圧して電極群に非水電解液を含浸させる時、及び、工程3において減圧チャンバー内で気体を排出する時の真空度をいずれも60kPaとした以外は、実施例1と同様の方法にて非水電解質二次電池を製造した。
(Example 3)
Except when the pressure in the desiccator is reduced in Step 1 of Example 1 and the electrode group is impregnated with the nonaqueous electrolyte, and when the gas is discharged in the reduced pressure chamber in Step 3, the degree of vacuum is 60 kPa. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1.

(比較例1)
実施例1の工程2において、前記初充電済みの仮封止二次電池を温度25℃の雰囲気(恒温槽)中、開回路状態で168時間貯蔵した以外は、実施例1と同様の方法にて非水電解質二次電池を製造した。
(Comparative Example 1)
In Step 2 of Example 1, the same procedure as in Example 1 was applied except that the initially charged temporary-sealed secondary battery was stored in an open circuit state for 168 hours in an atmosphere (constant temperature bath) at a temperature of 25 ° C. Thus, a non-aqueous electrolyte secondary battery was manufactured.

<実験1 X線光電子分光スペクトル分析>
実施例1〜3及び比較例1の非水電解質二次電池を、25℃環境下、0.2Cで1Vまで放電を行いSOC0%とした。これらの電池をアルゴン雰囲気中で分解して負極電極を取り出し、MECで洗浄し、乾燥し、適当なサイズに切り出して測定試料とした。XPSスペクトルの測定には、アルバック・ファイ製Quantera SXMを用いた。励起X線として、単結晶分光Al−Kα線(1486.6eV)(25W15kV)を用い、分析面積を300μm×800μmとし、光電子取り出し角を45°とし、帯電中和は電子とフローティングイオンにより行った。スペクトルの帯電補正をハイドロカーボン(CHn:C1s、285eV)で行い、X線光電子分光スペクトルを得た。
<Experiment 1 X-ray photoelectron spectroscopy>
The nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were discharged to 1 V at 0.2 C in an environment of 25 ° C. to make SOC 0%. These batteries were decomposed in an argon atmosphere, the negative electrode was taken out, washed with MEC, dried, cut out into an appropriate size, and used as a measurement sample. For measurement of XPS spectrum, Quantara SXM manufactured by ULVAC-PHI was used. Single crystal spectroscopic Al-Kα ray (1486.6 eV) (25 W 15 kV) was used as the excitation X-ray, the analysis area was 300 μm × 800 μm, the photoelectron extraction angle was 45 °, and charge neutralization was performed with electrons and floating ions. . Spectral charge correction was performed with hydrocarbon (CHn: C1s, 285 eV) to obtain an X-ray photoelectron spectrum.

上記測定で得られた試料最表面のXPSスペクトルを用いて、フッ素の1sピークを非線形最小二乗法によるカーブフィッティング法にてエネルギーが異なる二つのピークに分離し、バックグラウンド補正を行ったうえで、682〜688eVに現れるLiと結合したF1sのピーク面積Aを求めた。同様に、280〜294eVに現れるC1sのピーク面積Bを求めた。同様に、455〜462eVに観察されるチタンの2p3/2のピーク面積Tを求めた。図1〜3に帯電補正、バックグラウンド補正及びピーク分離した実施例2のXPSスペクトルを示す。求めたA、B、TよりA/B、A/Tを算出した。結果を表1に示す。 Using the XPS spectrum of the sample outermost surface obtained by the above measurement, the 1s peak of fluorine is separated into two peaks having different energies by the curve fitting method using the nonlinear least square method, and after performing background correction, The peak area A of F1s combined with Li appearing at 682 to 688 eV was determined. Similarly, the peak area B of C1s appearing at 280 to 294 eV was obtained. Similarly, the peak area T of 2p 3/2 of titanium observed at 455 to 462 eV was determined. 1 to 3 show XPS spectra of Example 2 in which charge correction, background correction, and peak separation are performed. A / B and A / T were calculated from the obtained A, B, and T. The results are shown in Table 1.

合わせて、特開2010−231960号に記載のD/E、特開2014−63702号に記載のF/Gも算出した。ここで、Dは、680〜687eVに現れるピークの最大強度であり、Eは、280〜290eVに現れるピークの最大強度である。Fは、フッ素の1sのピーク強度であり、Gは、チタンの2p(2p1/2と2p3/2の和)のピーク強度である。結果を表1に合わせて示す。 In addition, D / E described in JP 2010-231960 and F / G described in JP 2014-63702 were also calculated. Here, D is the maximum intensity of the peak appearing at 680 to 687 eV, and E is the maximum intensity of the peak appearing at 280 to 290 eV. F is the peak intensity of 1s of fluorine, and G is the peak intensity of 2p (sum of 2p 1/2 and 2p 3/2 ) of titanium. The results are shown in Table 1.

<実験2 高温サイクル試験>
実施例1〜3及び比較例1で製造した非水電解質二次電池を、温度25℃の恒温槽に保存して温度を安定化させた後、一度SOC0%まで放電する(1C、終止電圧1.0V)。30分休止させた後、1Cで2.5Vまで定電流充電し、30分休止させた後、1Cで1.0Vまで放電したときの容量を放電容量とする。この条件で放電容量測定を行ったものを初期容量とした。
次いで前記二次電池を、温度55℃の恒温槽に投入し、前記容量測定と同じ充放電条件(充電:1C−終止電圧2.5V、休止:30分、放電:1C−終止電圧1.0V、休止:30分)で200サイクルの充放電を行った。200サイクル後に再度前記放電容量測定を行ってサイクル後容量を求め、容量維持率(=サイクル後容量/初期容量)を算出した。結果を表1に合わせて示す。
<Experiment 2 High-temperature cycle test>
The nonaqueous electrolyte secondary batteries manufactured in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were stored in a constant temperature bath at a temperature of 25 ° C. and stabilized, and then discharged to SOC 0% once (1C, final voltage 1 .0V). After 30 minutes of rest, 1 C is charged with a constant current to 2.5 V, and after 30 minutes of rest, the capacity when discharged to 1 V at 1 C is defined as the discharge capacity. What measured the discharge capacity on these conditions was made into the initial capacity.
Next, the secondary battery was put into a constant temperature bath at a temperature of 55 ° C., and the same charge / discharge conditions as the capacity measurement (charge: 1C-end voltage 2.5 V, pause: 30 minutes, discharge: 1 C—end voltage 1.0 V , Pause: 30 minutes), 200 cycles of charge and discharge were performed. After 200 cycles, the discharge capacity was measured again to determine the post-cycle capacity, and the capacity retention ratio (= post-cycle capacity / initial capacity) was calculated. The results are shown in Table 1.

<実験3 ガス発生量測定>
実施例1〜3及び比較例1の非水電解質二次電池を、500mLの水の入ったメスシリンダー内にいれて、電池の体積を測定した。前記高温サイクル試験200サイクルの前と後に電池体積を測定し、その体積変化量をガス発生量とした。結果を表1に合わせて示す。
<Experiment 3 Gas Generation Measurement>
The nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were placed in a graduated cylinder containing 500 mL of water, and the volume of the battery was measured. The battery volume was measured before and after 200 cycles of the high-temperature cycle test, and the volume change was defined as the gas generation amount. The results are shown in Table 1.

Figure 2016103325
Figure 2016103325

表1より、A/B=0.24である比較例1は、実施例1、2、3と比較してガス発生量が大きく、また、容量維持率も低いことが確認された。このことからA/B>0.3とすることで、高温サイクルに伴うガス発生を低減でき、容量維持率も向上させることができることがわかった。なかでも、A/T>0.3である実施例1及び2は、A/T=0.24である実施例3よりも、さらにガス発生を低減でき、容量維持率も向上することが確認された。このことからA/T>0.3とすることで、更に、高温サイクルに伴うガス発生の低減、容量維持率向上が可能であることがわかった。   From Table 1, it was confirmed that Comparative Example 1 in which A / B = 0.24 had a larger gas generation amount and a lower capacity retention rate than Examples 1, 2, and 3. From this, it was found that by setting A / B> 0.3, gas generation accompanying the high-temperature cycle can be reduced and the capacity retention rate can be improved. In particular, it was confirmed that Examples 1 and 2 with A / T> 0.3 can further reduce gas generation and improve the capacity retention rate than Example 3 with A / T = 0.24. It was done. From this, it was found that by setting A / T> 0.3, it is possible to further reduce the gas generation accompanying the high-temperature cycle and improve the capacity retention rate.

なお、特開2010−231960号では3.2≦D/E≦6、特開2013−114809号では6<D/E≦21、特開2014−63702号では0.01≦F/G≦1を満たすチタン酸リチウムが開示されているが、本発明のチタン酸化物等のD/E、F/Gはそれら先行技術の範囲には含まれておらず、異なることを確認した。   In JP 2010-231960, 3.2 ≦ D / E ≦ 6, in JP 2013-114809, 6 <D / E ≦ 21, and in JP 2014-63702, 0.01 ≦ F / G ≦ 1. Although lithium titanate satisfying the above requirements is disclosed, it was confirmed that D / E and F / G of the titanium oxide and the like of the present invention are not included in the scope of the prior art and are different.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

本発明により、高温環境での使用、特に高温環境で充放電の繰り返し(高温サイクル)に伴うガス発生を低減し、電池容量の低下を抑制することが可能なチタン酸化物、負極及び非水電解質二次電池を提供できる。本発明は、チタン酸化物等を負極活物質とする非水電解質二次電池に適用することができる。
そのため、本発明の非水電解質二次電池は、公知の各種の用途に用いることが可能である。具体例としては、例えば、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、自動車、バス、電車、飛行機、バイク、原動機付自転車、自転車、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、電動工具、ストロボ、カメラ、負荷平準化用電源、自然エネルギー貯蔵電源等が挙げられる。
According to the present invention, a titanium oxide, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte capable of reducing gas generation due to use in a high temperature environment, in particular, repeated charging / discharging (high temperature cycle) in a high temperature environment, and suppressing a decrease in battery capacity. A secondary battery can be provided. The present invention can be applied to a non-aqueous electrolyte secondary battery using titanium oxide or the like as a negative electrode active material.
Therefore, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be used for various known applications. Specific examples include notebook computers, pen input computers, mobile computers, electronic book players, mobile phones, mobile faxes, mobile copy, mobile printers, headphone stereos, video movies, LCD TVs, handy cleaners, portable CDs, minidiscs, etc. , Walkie Talkie, Electronic Notebook, Calculator, Memory Card, Portable Tape Recorder, Radio, Backup Power Supply, Motor, Car, Bus, Train, Airplane, Bike, Motorbike, Bicycle, Lighting Equipment, Toy, Game Equipment, Clock, Electric Tool , Strobe, camera, power source for load leveling, natural energy storage power source, etc.

Claims (6)

少なくともチタンと酸素を含み、リチウムイオンを可逆的に吸蔵放出可能なチタン複合酸化物及び/又はチタン酸化物の表面に、励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いて測定したX線光電子分光スペクトルが下記(式1)を満たす、フッ化リチウム化合物と炭素化合物を含むチタン酸化物。
0.3<A/B<3.0 (式1)
(式1中、Aは、682〜688eVに現れるLiと結合したF1sのピーク面積であり、Bは、280〜294eVに現れるC1sのピーク面積である。)
X-rays measured using single crystal spectroscopic Al-Kα ray as an excitation X-ray source on the surface of titanium composite oxide and / or titanium oxide containing at least titanium and oxygen and capable of reversibly occluding and releasing lithium ions A titanium oxide containing a lithium fluoride compound and a carbon compound, the photoelectron spectrum of which satisfies the following (formula 1).
0.3 <A / B <3.0 (Formula 1)
(In Formula 1, A is the peak area of F1s combined with Li appearing at 682 to 688 eV, and B is the peak area of C1s appearing at 280 to 294 eV.)
励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いて測定したX線光電子分光スペクトルが下記(式2)を満たす請求項1に記載のチタン酸化物。
0.2<A/T (式2)
(式2中、Aは、682〜688eVに現れるLiと結合したF1sのピーク面積であり、Tは、455〜462eVに現れるTi2p3/2のピーク面積である。)
2. The titanium oxide according to claim 1, wherein an X-ray photoelectron spectrum measured using a single crystal spectrum Al—Kα ray as an excitation X-ray source satisfies the following (formula 2).
0.2 <A / T (Formula 2)
(In Formula 2, A is the peak area of F1s combined with Li appearing at 682 to 688 eV, and T is the peak area of Ti2p 3/2 appearing at 455 to 462 eV.)
少なくともチタンと酸素を含み、リチウムイオンを可逆的に吸蔵放出可能なチタン複合酸化物及び/又はチタン酸化物を活物質として含み、
励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いて測定したX線光電子分光スペクトルが下記(式3)を満たす負極。
0.3<A/B<3.0 (式3)
(式3中、Aは、682〜688eVに現れるLiと結合したF1sのピーク面積であり、Bは、280〜294eVに現れるC1sのピーク面積である。)
Including at least titanium and oxygen, and a titanium composite oxide and / or titanium oxide capable of reversibly occluding and releasing lithium ions as an active material,
A negative electrode in which an X-ray photoelectron spectrum measured using a single crystal spectrum Al—Kα ray as an excitation X-ray source satisfies the following (formula 3).
0.3 <A / B <3.0 (Formula 3)
(In Formula 3, A is the peak area of F1s combined with Li appearing at 682 to 688 eV, and B is the peak area of C1s appearing at 280 to 294 eV.)
励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いて測定したX線光電子分光スペクトルが下記(式4)を満たす請求項3に記載の負極。
0.2<A/T (式4)
(式4中、Aは、682〜688eVに現れるLiと結合したF1sのピーク面積であり、Tは、455〜462eVに現れるTi2p3/2のピーク面積である。)
The negative electrode according to claim 3, wherein an X-ray photoelectron spectrum measured using a single crystal spectral Al—Kα ray as an excitation X-ray source satisfies the following (formula 4).
0.2 <A / T (Formula 4)
(In Formula 4, A is the peak area of F1s combined with Li appearing at 682 to 688 eV, and T is the peak area of Ti2p 3/2 appearing at 455 to 462 eV.)
正極と、
少なくともチタンと酸素を含み、リチウムイオンを可逆的に吸蔵放出可能なチタン複合酸化物及び/又はチタン酸化物を活物質として含む負極と、
前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、
非水電解質とを備える非水電解質二次電池であって、
前記負極の励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いて測定したX線光電子分光スペクトルが下記(式5)を満たす、非水電解質二次電池。
0.3<A/B<3.0 (式5)
(式5中、Aは、682〜688eVに現れるLiと結合したF1sのピーク面積であり、Bは、280〜294eVに現れるC1sのピーク面積である。)
A positive electrode;
A negative electrode containing at least titanium and oxygen, and a titanium composite oxide and / or titanium oxide capable of reversibly occluding and releasing lithium ions as an active material;
A separator disposed between the positive electrode and the negative electrode;
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a non-aqueous electrolyte,
A non-aqueous electrolyte secondary battery in which an X-ray photoelectron spectrum measured using a single crystal spectrum Al—Kα ray as an excitation X-ray source of the negative electrode satisfies the following (formula 5).
0.3 <A / B <3.0 (Formula 5)
(In Formula 5, A is the peak area of F1s combined with Li appearing at 682 to 688 eV, and B is the peak area of C1s appearing at 280 to 294 eV.)
前記負極の励起X線源として単結晶分光Al−Kα線を用いて測定したX線光電子分光スペクトルが下記(式6)を満たす、請求項5に記載の非水電解質二次電池。
0.2<A/T (式6)
(式6中、Aは、682〜688eVに現れるLiと結合したF1sのピーク面積であり、Tは、455〜462eVに現れるTi2p3/2のピーク面積である。)
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 5, wherein an X-ray photoelectron spectrum measured using a single crystal spectral Al—Kα ray as an excitation X-ray source of the negative electrode satisfies the following (formula 6).
0.2 <A / T (Formula 6)
(In Formula 6, A is the peak area of F1s combined with Li appearing at 682 to 688 eV, and T is the peak area of Ti2p 3/2 appearing at 455 to 462 eV.)
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