JP2019114338A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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正嗣 青谷
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Abstract

To provide a lithium ion secondary battery, which is required to achieve a high energy density, and which is highly safe while having a high capacity.SOLUTION: A lithium ion secondary battery according to the present invention comprises: a positive electrode containing a metal composite oxide containing lithium and nickel and a composite oxide containing a lithium and manganese; and a negative electrode. The metal composite oxide containing lithium and nickel includes nickel of 50 mol% or more in metal excluding lithium. In the case of a counter electrode of Li, the capacity ratio Q1/Q2 where Q1 is a single-pole positive electrode capacity of 3-4.3 V and Q2 is a single-pole positive electrode capacity of 3-5.0 V is 0.6 or larger.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

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

リチウムイオン二次電池は、水溶液系の二次電池に比べエネルギー密度が高く、充放電サイクル特性が優れている。そのため、リチウムイオン二次電池は、電気自動車や電力貯蔵用途への適用を目指した開発・改良が盛んに進められており、これら用途ではポータブル機器等に求められる以上に、高い安全性が求められている。   The lithium ion secondary battery has a higher energy density than an aqueous solution type secondary battery and is excellent in charge and discharge cycle characteristics. Therefore, lithium ion secondary batteries are being actively developed and improved for application to electric vehicles and electric power storage applications, and in these applications, high safety is required more than required for portable devices etc. ing.

一般にリチウム二次電池は、リチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質をアルミニウム箔等の正極集電体に塗布した正極板と、炭素材料を含む負極活物質を銅箔等の負極集電体に塗布した負極板とが、絶縁材で構成される多孔質状のセパレータを介して積層又は捲回された極板群を電池容器に収容し、非水電解液を注液することで作製される。   Generally, a lithium secondary battery comprises a positive electrode plate obtained by applying a positive electrode active material containing a lithium transition metal complex oxide to a positive electrode current collector such as an aluminum foil, and a negative electrode current collector such as copper foil with a negative electrode active material containing a carbon material. The negative electrode plate applied to the electrode plate is produced by housing the electrode plate group laminated or wound through the porous separator made of the insulating material in the battery case and injecting the non-aqueous electrolytic solution. Ru.

ポータブル機器などで用いられている、一般的な捲回型リチウムイオン二次電池の寸法は、直径が18mm、高さが65mmであり、18650型電池と呼ばれている。18650型電池の電池容量は、おおむね1.0〜3.5Ahである。一方、電気自動車や電力貯蔵用途に用いられるリチウム二次電池には、高容量だけでなく、高出力、長寿命、さらには低コスト化が求められる。高容量、高出力とするためには、捲回電極群を大きくしたり、捲回電極群の巻き数を多くしたりすることが一般的である。   The dimensions of a general wound lithium ion secondary battery used in portable devices and the like are 18 mm in diameter and 65 mm in height, and are called 18650 type batteries. The battery capacity of the 18650 type battery is approximately 1.0 to 3.5 Ah. On the other hand, lithium secondary batteries used for electric vehicles and power storage applications are required to have not only high capacity but also high output, long life, and cost reduction. In order to achieve high capacity and high output, it is common to increase the size of the wound electrode group or increase the number of turns of the wound electrode group.

近年、リチウムイオン二次電池のさらなる高エネルギー密度化が求められており、容量密度の大きな正極活物質が提案されている。このような活物質としては、ニッケルの割合を増加させたニッケルマンガンコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム等が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, further high energy density formation of a lithium ion secondary battery is calculated | required, and the positive electrode active material with a large capacity density is proposed. As such an active material, lithium manganese manganese cobaltate, lithium nickel cobalt aluminum aluminate, etc. in which the proportion of nickel is increased have been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2008−235147号公報JP 2008-235147 A

しかしながら、ニッケルマンガンコバルト酸リチウム等のニッケルの割合を増加させた正極活物質をリチウムイオン二次電池に用いた場合、電池が過充電状態になった際に、電池が熱暴走に至るまでの充電量が大きくなる場合がある。これは、ニッケルの割合を増加させた正極活物質の理論容量が大きいためである。電池が過充電になった際に、電池が熱暴走に至るまでの充電量が大きくなると、電池の発火や破裂を起こす可能性が高まり、電池の安全性が低下する。   However, when a positive electrode active material in which the proportion of nickel such as nickel manganese cobaltate is increased is used for a lithium ion secondary battery, when the battery is overcharged, the battery is charged until the thermal runaway occurs. The amount may be large. This is because the theoretical capacity of the positive electrode active material in which the proportion of nickel is increased is large. When the battery is overcharged, if the amount of charge before the battery reaches thermal runaway is large, the possibility of causing the battery to ignite or rupture increases, and the battery safety decreases.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高容量でありながらも、安全性が高いリチウムイオン二次電池を提供することである。   This invention is made in view of this point, The objective is to provide a lithium ion secondary battery with high safety | security, although it is high capacity | capacitance.

本発明は、リチウムニッケル含有金属複合酸化物及びリチウムマンガン含有複合酸化物を含む正極と、負極とを有するリチウムイオン二次電池であって、前記リチウムニッケル含有金属複合酸化物が、リチウムを除く金属中にニッケルを50モル%以上含有し、対極をLiとした3V−4.3Vの単極正極容量及び3V−5.0Vの単極正極容量をそれぞれQ1及びQ2とするとき、両者の容量比Q1/Q2が0.6以上であるリチウムイオン二次電池を提供する。本発明によれば、高容量で、かつ、安全の高いリチウムイオン二次電池を提供することができる。   The present invention is a lithium ion secondary battery having a positive electrode containing a lithium nickel-containing metal composite oxide and a lithium manganese-containing composite oxide, and a negative electrode, wherein the lithium nickel-containing metal composite oxide is a metal other than lithium. When the single-electrode positive electrode capacity of 3 V-4.3 V and the single-electrode positive capacity of 3 V-5.0 V containing 50 mol% or more of nickel and the counter electrode as Li are Q1 and Q2, respectively, the capacity ratio of both Provided is a lithium ion secondary battery in which Q1 / Q2 is 0.6 or more. According to the present invention, a lithium ion secondary battery with high capacity and high safety can be provided.

本発明のリチウムイオン二次電池は、前記正極活物質が、リチウムマンガン含有複合酸化物を前記正極活物質の全量に対して質量比で50%以上含有することが好ましい。本発明のリチウムイオン二次電池は、リチウムマンガン含有複合酸化物の含有比を50質量%以上にすることにより、電池の安全性を十分に確保することができる。   In the lithium ion secondary battery of the present invention, the positive electrode active material preferably contains a lithium manganese-containing composite oxide in a mass ratio of 50% or more to the total amount of the positive electrode active material. In the lithium ion secondary battery of the present invention, by setting the content ratio of the lithium manganese-containing composite oxide to 50% by mass or more, the safety of the battery can be sufficiently ensured.

また、本発明は、さらに、前記リチウムニッケル含有金属複合酸化物が下記式(I)で表されるリチウムイオン二次電池を提供する。
LiNiCo(2+e) (I)
(式(I)中、Mは、Al、Mn、Mg及びCaからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、a、b、c、d及びeは、各々0.2≦a≦1.2であり、0.5≦b≦0.9であり、0.1≦c≦0.4であり、0≦d≦0.3であり、−0.2≦e≦0.2であり、b+c+d=1である。)
The present invention further provides a lithium ion secondary battery in which the lithium nickel-containing metal composite oxide is represented by the following formula (I).
Li a Ni b Co c M d O (2 + e) (I)
(Wherein M is at least one element selected from the group consisting of Al, Mn, Mg and Ca, and a, b, c, d and e each represent 0.2 ≦ a ≦ 1.2, 0.5 ≦ b ≦ 0.9, 0.1 ≦ c ≦ 0.4, 0 ≦ d ≦ 0.3, and −0.2 ≦ e ≦ 0.2 And b + c + d = 1.)

また、本発明は、さらに、前記リチウムマンガン含有複合酸化物が下記式(II)で表されるリチウムイオン二次電池を提供する。
Li(1+η)Mn(2−λ)M’λ (II)
(式(II)中、M’は、Mg、Ca、Sr、Al、Ga、Zn及びCuからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、0≦η≦0.2であり、0≦λ≦0.1である。)
The present invention further provides a lithium ion secondary battery in which the lithium manganese-containing composite oxide is represented by the following formula (II).
Li (1 + η) Mn (2-λ) M ' λ O 4 (II)
In the formula (II), M ′ is at least one element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Al, Ga, Zn and Cu, and 0 ≦ 、 ≦ 0.2, 0 ≦ λ ≦ 0.1)

本発明によれば、高容量でありながらも、安全性が高いリチウムイオン電池を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a lithium ion battery having high capacity but high safety.

本発明の一実施形態を示すリチウムイオン電池の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a lithium ion battery showing an embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態について、図面等を参照して説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更及び修正が可能である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings and the like. The following description shows specific examples of the content of the present invention, and the present invention is not limited to these descriptions, and various modifications by those skilled in the art can be made within the scope of the technical idea disclosed herein. Changes and modifications are possible.

図1は、リチウムイオン電池の一実施形態を示す断面図である。図に示すように、円筒形リチウムイオン電池20は、帯状の正極集電体に正極活物質が塗工された正極と、帯状の負極集電体に負極活物質が塗工された負極とを、帯状セパレータを介して積層することにより構成された帯状の積層体が長手方向に捲回された電極群6を用いている。電極群6は電池容器5に収容され、併せて電解液が電池容器5に収容されている。正極端子に正極集電タブが接続され、負極端子には負極集電タブがされ、電池容器5を密閉する電池蓋4には開裂弁10が装着されている。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a lithium ion battery. As shown in the figure, the cylindrical lithium ion battery 20 includes a positive electrode in which a positive electrode active material is coated on a strip-like positive electrode current collector, and a negative electrode in which a negative electrode active material is coated on a strip-like negative electrode current collector. An electrode group 6 is used in which a strip-shaped laminate formed by laminating through a strip-shaped separator is wound in the longitudinal direction. The electrode group 6 is accommodated in the battery case 5, and at the same time, the electrolytic solution is accommodated in the battery case 5. A positive electrode current collection tab is connected to the positive electrode terminal, a negative electrode current collection tab is connected to the negative electrode terminal, and a cleavage valve 10 is attached to the battery lid 4 for sealing the battery container 5.

電池容器5は、電解液による腐食やリチウムイオンとの合金化による材料の変質が起こらないように材料の選定を行う。アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼製等の材料から選択される。電池容器5は、電気的に中立の状態に置かれる。   The battery case 5 is selected so as not to cause deterioration of the material due to corrosion by the electrolytic solution or alloying with lithium ions. It is selected from materials such as aluminum, stainless steel, nickel plated steel and the like. The battery case 5 is placed in an electrically neutral state.

軸芯は、電極群6を支持できるものであれば、公知の任意のものを用いることができる。軸芯がなくとも、電極群の形状保持が可能であれば、軸芯を用いなくてもよい。   As the shaft core, any known core can be used as long as it can support the electrode group 6. Even if there is no axis, as long as the shape of the electrode group can be maintained, the axis may not be used.

電極群6は、図1に示した円筒形状の他に扁平形状等、捲回した形状であれば適用することができる。電池容器5の形状は、電極群6の形状に合わせ、円筒形、偏平長円形状、扁平楕円形状等の形状を選択してもよい。   The electrode group 6 can be applied as long as it is a wound shape such as a flat shape other than the cylindrical shape shown in FIG. The shape of the battery case 5 may be a cylindrical shape, a flat oval shape, a flat oval shape, or the like according to the shape of the electrode group 6.

<正極>
正極は、正極活物質、導電剤、バインダ及び集電箔から構成される。
本発明は、正極活物質として、リチウムとニッケルとを有し、リチウムを除く金属に占めるニッケルの割合が50モル%以上であるリチウムニッケル含有金属複合酸化物と、リチウムマンガン含有複合酸化物とを含むことが特徴であり、両者の複合酸化物を併用することにより、高容量でありながらも、安全性が高いリチウムイオン二次電池を提供することができる。
<Positive electrode>
The positive electrode is composed of a positive electrode active material, a conductive agent, a binder and a current collector foil.
The present invention includes, as a positive electrode active material, a lithium nickel-containing metal complex oxide having lithium and nickel and having a proportion of nickel in metal excluding lithium of 50 mol% or more, and a lithium manganese-containing complex oxide It is characterized by including, and by using both complex oxides together, it is possible to provide a lithium ion secondary battery having high capacity and high safety.

リチウムとニッケルとを有し、リチウムを除く金属に占めるニッケルの割合が50モル%以上である上記リチウム含有金属複合酸化物は、下記式(I)で表される化合物を含むことが好ましい。
LiNiCo(2+e) (I)
(式(I)中、Mは、Al、Mn、Mg及びCaからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、a、b、c、d及びeは、各々0.2≦a≦1.2であり、0.5≦b≦0.9であり、0.1≦c≦0.4であり、0≦d≦0.3であり、−0.2≦e≦0.2であり、b+c+d=1である。)
The lithium-containing metal composite oxide containing lithium and nickel and having a ratio of nickel to metal excluding lithium of 50 mol% or more preferably contains a compound represented by the following formula (I).
Li a Ni b Co c M d O (2 + e) (I)
(Wherein M is at least one element selected from the group consisting of Al, Mn, Mg and Ca, and a, b, c, d and e each represent 0.2 ≦ a ≦ 1.2, 0.5 ≦ b ≦ 0.9, 0.1 ≦ c ≦ 0.4, 0 ≦ d ≦ 0.3, and −0.2 ≦ e ≦ 0.2 And b + c + d = 1.)

式(I)で表される化合物は、Niの割合が大きくなるほど、正極活物質の容量密度が大きくなり、Niの割合が小さくなるほど、正極活物質の熱力学的な安定性が高くなる傾向にある。Niの割合(b)は、電池の高容量化及び安全性向上の観点から、0.5≦b≦0.9であることが好ましく、0.55≦b≦0.85であることがより好ましく、0.6≦b≦0.8であることがさらに好ましい。   In the compound represented by the formula (I), the larger the proportion of Ni, the larger the capacity density of the positive electrode active material, and the smaller the proportion of Ni, the higher the thermodynamic stability of the positive electrode active material. is there. The ratio (b) of Ni is preferably 0.5 ≦ b ≦ 0.9 from the viewpoint of increasing the capacity of the battery and improving safety, and more preferably 0.55 ≦ b ≦ 0.85. Preferably, 0.6 ≦ b ≦ 0.8 is more preferable.

本発明に含まれるリチウムマンガン含有複合酸化物は、下記式(II)で表される化合物を含むことが好ましい。
Li(1+η)Mn(2−λ)M’λ (II)
(M’は、Mg、Ca、Sr、Al、Ga、Zn及びCuからなる群より選択される少
なくとも1種の元素であり、0≦η≦0.2であり、0≦λ≦0.1である。)
The lithium manganese-containing composite oxide contained in the present invention preferably contains a compound represented by the following formula (II).
Li (1 + η) Mn (2-λ) M ' λ O 4 (II)
(M ′ is at least one element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Al, Ga, Zn and Cu, and 0 ≦ η ≦ 0.2, 0 ≦ λ ≦ 0.1 Is)

本開示のリチウムイオン電池は、上記記載の正極活物質以外を併用することができる。常用されるその他の正極活物質としては、LiCoO、LiNi1/3Mn1/3Co1/3等が挙げられる。 The lithium ion battery of the present disclosure can use other than the positive electrode active material described above in combination. Other commonly used positive electrode active materials include LiCoO 2 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 and the like.

上記(II)で示されるリチウムマンガン含有複合酸化物は、本発明のリチウムイオン二次電池に使用される正極活物質の全質量に対して、質量比で50%以上含有されることが好ましい。それにより、正極活物質の容量密度を大きくするためリチウム含有量が高いリチウムニッケル含有金属複合酸化物を使用する場合でも、安全性を確実に確保することができる。   The lithium manganese-containing composite oxide represented by the above (II) is preferably contained in a mass ratio of 50% or more based on the total mass of the positive electrode active material used in the lithium ion secondary battery of the present invention. Thus, even in the case of using a lithium-nickel-containing metal composite oxide having a high lithium content to increase the capacity density of the positive electrode active material, safety can be reliably ensured.

正極活物質の粒径は、正極活物質、導電剤及びバインダにより正極集電箔上に形成される合剤層の厚さ以下になるように通常は規定される。正極活物質の粉末中に前記合剤層厚さ以上のサイズを有する粗粒がある場合、予めふるい分級や風流分級等により粗粒を除去し、合剤層厚さ以下の粒子に選別することが好ましい。   The particle size of the positive electrode active material is usually defined to be equal to or less than the thickness of the mixture layer formed on the positive electrode current collector foil by the positive electrode active material, the conductive agent and the binder. When the powder of the positive electrode active material contains coarse particles having a size equal to or larger than the mixture layer thickness, the coarse particles are preliminarily removed by sieve classification, air flow classification or the like, and sorted into particles smaller than the mixture layer thickness. Is preferred.

また、正極活物質は、一般に酸化物系であるために電気抵抗が高い。そこで、電気伝導性を補うために、正極活物質には炭素粉末からなる導電剤を添加する。正極活物質及び導電剤はともに通常は粉末であるので、粉末にバインダを混合して、粉末同士を結合させると同時にこれを塗工した正極集電体へ接着させることができる。   In addition, since the positive electrode active material is generally oxide-based, it has high electrical resistance. Therefore, in order to compensate for the electrical conductivity, a conductive agent made of carbon powder is added to the positive electrode active material. Since both the positive electrode active material and the conductive agent are usually powders, the powders can be mixed with a binder to bond the powders together and simultaneously adhere to the coated positive electrode current collector.

正極集電体としては、エネルギーデバイスの分野で常用されるものを使用できる。具体的には、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン等を含有するシート、箔などが挙げられる。これらの中でも、電気化学的な観点及びコストから、アルミニウムのシート又は箔が好ましい。
シート及び箔の平均厚さは特に限定されず、例えば、1〜500μmであることが好ましく、2〜100μmであることがより好ましく、5〜50μmであることがさらに好ましい。本発明では、材質、形状、製造方法等に制限されることなく、任意の集電箔を使用することができる。
As the positive electrode current collector, those commonly used in the field of energy devices can be used. Specifically, a sheet containing stainless steel, aluminum, titanium or the like, a foil or the like can be mentioned. Among these, a sheet or foil of aluminum is preferable from the electrochemical viewpoint and cost.
The average thickness of the sheet and the foil is not particularly limited, and is preferably, for example, 1 to 500 μm, more preferably 2 to 100 μm, and still more preferably 5 to 50 μm. In the present invention, any current collector foil can be used without being limited to the material, shape, manufacturing method and the like.

<負極>
負極は、負極活物質、バインダ及び集電箔から構成される。必要に応じて、導電助材が用いられる。
負極活物質としては、エネルギーデバイスの分野で常用されるものを使用できる。具体的には、例えば、金属リチウム、リチウム合金、金属化合物、炭素材料、金属錯体、及び有機高分子化合物が挙げられる。負極活物質は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらの中でも、負極活物質としては、炭素材料が好ましい。炭素材料としては、天然黒鉛(鱗片状黒鉛等)、人造黒鉛等の黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、非晶質炭素、炭素繊維などが挙げられる。
炭素材料の平均粒子径は、0.1〜60μmであることが好ましく、0.3〜45μmであることがより好ましく、0.5〜30μmであることがさらに好ましい。
<Negative electrode>
The negative electrode is composed of a negative electrode active material, a binder and a current collector foil. A conductive aid is used as needed.
As the negative electrode active material, those commonly used in the field of energy devices can be used. Specifically, for example, metal lithium, lithium alloy, metal compound, carbon material, metal complex, and organic polymer compound can be mentioned. One type of negative electrode active material may be used alone, or two or more types may be used in combination.
Among these, as the negative electrode active material, a carbon material is preferable. Examples of carbon materials include natural graphite (scaly graphite etc.), graphite such as artificial graphite, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, carbon black such as thermal black, amorphous carbon, carbon fiber Etc.
The average particle diameter of the carbon material is preferably 0.1 to 60 μm, more preferably 0.3 to 45 μm, and still more preferably 0.5 to 30 μm.

バインダとしては、特に限定はないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン、主骨格がポリアクリロニトリルであるバインダを用いるとよい。後述する熱処理における熱処理温度を低くすることができ、得られる電極の柔軟性が優れることから好ましい選択である。   The binder is not particularly limited, but it is preferable to use, for example, polyvinylidene fluoride and a binder whose main skeleton is polyacrylonitrile. The heat treatment temperature in heat treatment to be described later can be lowered, and this is a preferable selection because the flexibility of the obtained electrode is excellent.

負極に用いる負極集電体としては、エネルギーデバイスの分野で常用されるものを使用できる。具体的には、ステンレス鋼、ニッケル、銅等を含むシート、箔などが挙げられる。シート及び箔の平均厚さは、特に限定されず、例えば、1〜500μmであることが好ましく、2〜100μmであることがより好ましく、5〜50μmであることがさらに好ましい。また、多孔性材料、例えば、銅を含有するポーラスメタル(発泡メタル)なども使用可能である。   As the negative electrode current collector used for the negative electrode, those commonly used in the field of energy devices can be used. Specifically, a sheet containing stainless steel, nickel, copper or the like, a foil, etc. may be mentioned. The average thickness of the sheet and the foil is not particularly limited, and is preferably, for example, 1 to 500 μm, more preferably 2 to 100 μm, and still more preferably 5 to 50 μm. In addition, porous materials, for example, porous metals containing copper (foam metal) can also be used.

<電解液>
電解液は、電解質、非水溶媒及び添加剤から構成される。電解質の代表例としては、LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiN(SO2F)2、LiN(C25SO22があり、特に、LiPF6、LiBF4又はLiN(CF3SO22、LiN(SO2F)2、が好ましい。これらの電解質は、1種を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
<Electrolyte solution>
The electrolytic solution is composed of an electrolyte, a non-aqueous solvent and an additive. Representative examples of the electrolyte include LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (SO 2 F) 2 and LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , and LiPF 6 , LiBF 4 or LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (SO 2 F) 2 are preferred. One of these electrolytes may be used alone, or two or more of these electrolytes may be used in any combination and ratio.

非水溶媒としては、鎖状及び環状カーボネート、鎖状及び環状カルボン酸エステル、鎖状及び環状エーテル、含リン有機溶媒、含硫黄有機溶媒、含ホウ素有機溶媒等が挙げられる。本発明のリチウムイオン電池で用いる非水系電解液は、本発明の効果を著しく損なわない範囲において、各種の添加剤を含有していてもよい。   Examples of the non-aqueous solvent include linear and cyclic carbonates, linear and cyclic carboxylic acid esters, linear and cyclic ethers, phosphorus-containing organic solvents, sulfur-containing organic solvents, and boron-containing organic solvents. The non-aqueous electrolyte used in the lithium ion battery of the present invention may contain various additives as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.

上記添加剤は、従来公知のものを任意に用いることができる。添加剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。添加剤としては、過充電防止剤や、高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を改善するための助剤、電解液に難燃性を付与する難燃剤等が挙げられる。   As the above additives, conventionally known ones can be optionally used. The additives may be used alone or in any combination of two or more in any proportion. Examples of the additive include an overcharge inhibitor, an auxiliary agent for improving capacity retention characteristics after high-temperature storage and cycle characteristics, and a flame retardant which imparts flame retardancy to the electrolytic solution.

電解液は、例えば、エネルギーデバイスであるリチウムイオン二次電池としての機能を発揮させるものであれば特に制限はない。電解液としては、水以外の電解液、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等のカーボネート類、γ−ブチロラクトン等のラクトン類、トリメトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、2−エトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等のエーテル類、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類、1,3−プロパンスルトン、4−ブタンスルトン、ナフタスルトン等のスルトン類などの有機溶媒に、LiClO、LiBF、LiI、LiPF、LiCFSO、LiCFCO、LiAsF、LiSbF、LiAlCl、LiCl、LiBr、LiB(C、LiCHSO、LiCSO、Li(CFSON、Li[(COB等の電解質を溶解した溶液などが挙げられる。これらの中では、カーボネート類にLiPFを溶解した電解液が好ましい。
電解液は、例えば有機溶媒と電解質とを、それぞれ1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることで調製される。
The electrolyte solution is not particularly limited as long as it can exhibit a function as a lithium ion secondary battery which is an energy device, for example. As the electrolytic solution, electrolytic solutions other than water, for example, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, carbonates such as methyl ethyl carbonate, lactones such as γ-butyrolactone, trimethoxymethane, 1, Organics such as ethers such as 2-dimethoxyethane, diethylether, 2-ethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, sulfoxides such as dimethyl sulfoxide, and sultones such as 1,3-propane sultone, 4-butane sultone, and naphtha sultone in a solvent, LiClO 4, LiBF 4, LiI , LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, LiCl, LiBr , Solutions in which electrolytes such as LiB (C 2 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li [(CO 2 ) 2 ] 2 B, etc. are dissolved Can be mentioned. Among these, an electrolyte in which LiPF 6 is dissolved in carbonates is preferable.
The electrolytic solution is prepared, for example, by using an organic solvent and an electrolyte singly or in combination of two or more.

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

上記樹脂としては、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ナイロン等が用いられる。具体的には、電解液に対して安定で、保液性の優れた材料の中から選ぶのが好ましく、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを原料とする多孔性シート、不織布などを用いることが好ましい。   As said resin, an olefin type polymer, a fluorine-type polymer, a cellulose type polymer, a polyimide, nylon etc. are used. Specifically, it is preferable to select from materials which are stable to the electrolytic solution and excellent in liquid retention, and it is preferable to use a porous sheet, non-woven fabric, etc., which are made of polyolefin such as polyethylene and polypropylene.

無機物としては、アルミナ、二酸化ケイ素等の酸化物類、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物類、硫酸バリウム、硫酸カルシウム等の硫酸塩類、ガラスなどが用いられる。例えば、繊維形状又は粒子形状の上記無機物を、不織布、織布、微多孔性フィルム等の薄膜形状の基材に付着させたものをセパレータとして用いることができる。   As the inorganic substance, oxides such as alumina and silicon dioxide, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, sulfates such as barium sulfate and calcium sulfate, glass and the like are used. For example, it is possible to use, as a separator, one in which the above-mentioned inorganic substance in the form of fibers or particles is attached to a thin film-shaped substrate such as a nonwoven fabric, a woven fabric or a microporous film.

薄膜形状の基材としては、平均孔径が0.01〜1μmであり、平均厚さが5〜50μmのものが好適に用いられる。また、例えば、繊維形状又は粒子形状の上記無機物を、バインダ樹脂を用いて複合多孔層としたものをセパレータとして用いることができる。さらに、この複合多孔層を、正極又は負極の表面に形成し、セパレータとしてもよい。あるいは、この複合多孔層を他のセパレータの表面に形成し、多層セパレータとしてもよい。例えば、90%粒子径(D90)が1μm未満のアルミナ粒子を、フッ素樹脂をバインダ樹脂として結着させた複合多孔層を正極の表面に形成したものを、セパレータとしてもよい。   As a thin film-shaped substrate, one having an average pore diameter of 0.01 to 1 μm and an average thickness of 5 to 50 μm is suitably used. Also, for example, a composite porous layer using a binder resin and the above-mentioned inorganic material in the form of fibers or particles can be used as a separator. Furthermore, this composite porous layer may be formed on the surface of the positive electrode or the negative electrode, and may be used as a separator. Alternatively, the composite porous layer may be formed on the surface of another separator to be a multilayer separator. For example, an alumina particle having a 90% particle diameter (D90) of less than 1 μm may be formed on the surface of the positive electrode with a composite porous layer formed by binding a fluorine resin as a binder resin, as a separator.

以下、実施例に基づき本実施の形態をさらに詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。   Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail based on examples. The present invention is not limited by the following examples.

(実施例1)
[正極の作製]
正極の作製を以下のように行った。リチウム・マンガン含有複合酸化物(LiMn)と、下記表1に記載のニッケル・コバルト・マンガン比を有するリチウムニッケル含有金属複合酸化物(LiNi0.5Co0.2Mn0.3)とを7:3の質量比率で配合した正極活物質に、導電材としてアセチレンブラック(平均粒径:20μm)と、結着材としてポリフッ化ビニリデンとを順次添加し、混合することにより正極材料の混合物を得た。正極材料中の質量比は、正極活物質:導電材:結着材=90:5:5とした。さらに上記混合物に対し、分散溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を添加し、混練することによりスラリーを形成した。このスラリーを正極用の集電体である厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に実質的に均等かつ均質に所定量塗布した。アルミニウム箔は、短辺(幅)が430mmの矩形状であり、片側の長辺に沿って50mmの幅の未塗布部を残した。その後、乾燥処理を施し、所定密度までプレスにより圧密化した。次いで、裁断により、幅353mmの正極板を得た。この際、上記未塗布部に切り欠きを入れ、切り欠き残部をリード片とした。リード片の幅は10mm、隣り合うリード片の間隔は20mmとした。
Example 1
[Production of positive electrode]
The preparation of the positive electrode was performed as follows. Lithium-manganese-containing composite oxide (LiMn 2 O 4 ) and lithium-nickel-containing metal composite oxide (LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O) having a nickel-cobalt-manganese ratio described in Table 1 below 2 ) to a positive electrode active material blended with a mass ratio of 7: 3 by sequentially adding and mixing acetylene black (average particle diameter: 20 μm) as a conductive material and polyvinylidene fluoride as a binder A mixture of materials was obtained. The mass ratio in the positive electrode material was 90: 5: 5 positive electrode active material: conductive material: binder. Further, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a dispersion solvent, was added to the above mixture and kneaded to form a slurry. A predetermined amount of the slurry was applied substantially uniformly and uniformly on both sides of a 20 μm thick aluminum foil as a current collector for a positive electrode. The aluminum foil had a rectangular shape with a short side (width) of 430 mm, and left an uncoated portion with a width of 50 mm along the long side on one side. Thereafter, it was subjected to a drying treatment, and compacted to a predetermined density by a press. Subsequently, the positive electrode plate of width 353 mm was obtained by cutting | judgement. Under the present circumstances, the notch was put in the said non-application part, and the notch remaining part was used as the lead piece. The width of the lead pieces was 10 mm, and the distance between adjacent lead pieces was 20 mm.

[負極の作製]
負極の作製を以下のように行った。負極活物質として易黒鉛化性炭素を用いた。この易黒鉛化性炭素に結着材としてポリフッ化ビニリデンを添加した。これらの質量比は、活物質:結着材=92:8とした。これに分散溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を添加し、混練することによりスラリーを形成した。このスラリーを負極用の集電体である厚さ10μmの圧延銅箔の両面に実質的に均等かつ均質に所定量塗布した。圧延銅箔は、短辺(幅)が430mmの矩形状であり、片側の長辺に沿って50mmの幅の未塗布部を残した。その後、乾燥処理を施し、所定密度までプレスにより圧密化した。負極合材密度は1.1g/cm3とした。次いで、裁断により、幅358mmの負極板を得た。この際、上記未塗布部に切り欠きを入れ、切り欠き残部をリード片とした。リード片の幅は10mm、隣り合うリード片の間隔は20mmとした。
[Fabrication of negative electrode]
The preparation of the negative electrode was performed as follows. Graphitizable carbon was used as the negative electrode active material. Polyvinylidene fluoride was added to the graphitizable carbon as a binder. The mass ratio of these was: active material: binder = 92: 8. A dispersion solvent, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), was added thereto and kneaded to form a slurry. A predetermined amount of the slurry was applied substantially uniformly and uniformly on both sides of a 10 μm-thick rolled copper foil which is a current collector for a negative electrode. The rolled copper foil had a rectangular shape with a short side (width) of 430 mm, and left an uncoated portion with a width of 50 mm along the long side on one side. Thereafter, it was subjected to a drying treatment, and compacted to a predetermined density by a press. The negative electrode composite density was 1.1 g / cm 3 . Next, the resultant was cut to obtain a negative electrode plate having a width of 358 mm. Under the present circumstances, the notch was put in the said non-application part, and the notch remaining part was used as the lead piece. The width of the lead pieces was 10 mm, and the distance between adjacent lead pieces was 20 mm.

[電池の作製]
図1に、本実施例によるリチウムイオン電池の断面図を示す。上記正極と上記負極とを、これらが直接接触しないように厚さ30μmのポリエチレン製のセパレータを挟んで捲回する。このとき、正極のリード片と負極のリード片とが、それぞれ捲回群の互いに反対側の両端面に位置するようにする。また、正極、負極、セパレータの長さを調整し、捲回群径は65±0.1mmとした。
[Production of battery]
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a lithium ion battery according to this example. The positive electrode and the negative electrode are wound with a 30 μm-thick polyethylene separator interposed therebetween so that they do not come into direct contact with each other. At this time, lead pieces of the positive electrode and lead pieces of the negative electrode are respectively positioned on opposite end surfaces of the winding group. Moreover, the length of the positive electrode, the negative electrode, and the separator was adjusted, and the winding group diameter was 65 ± 0.1 mm.

次いで、図1に示すように、正極から導出されているリード片9を変形させ、その全てを正極側の鍔部7の底部付近に集合し、接触させる。正極側の鍔部7は、捲回群6の軸芯のほぼ延長線上にある極柱(正極外部端子1)の周囲から張り出すよう一体成形されており、底部と側部とを有する。その後、超音波溶接によりリード片9を鍔部7の底部に接続し固定する。負極板から導出されているリード片9’と負極側の鍔部7の底部も同様に接続し固定する。この負極側の鍔部7は、捲回群6の軸芯のほぼ延長線上にある極柱(負極外部端子1’)周囲から張り出すよう一体成形されており、底部と側部とを有する。   Next, as shown in FIG. 1, the lead pieces 9 drawn from the positive electrode are deformed, and all of them are gathered near and in contact with the bottom of the flange portion 7 on the positive electrode side. The flange portion 7 on the positive electrode side is integrally formed so as to project from the periphery of the pole post (positive electrode external terminal 1) substantially on the extension of the axis of the winding group 6, and has a bottom portion and a side portion. Thereafter, the lead piece 9 is connected and fixed to the bottom of the collar 7 by ultrasonic welding. Similarly, the lead piece 9 'drawn out from the negative electrode plate and the bottom of the negative electrode side flange portion 7 are connected and fixed. The flange portion 7 on the negative electrode side is integrally formed so as to project from the periphery of the pole post (negative electrode external terminal 1 ') substantially on the extension of the axis of the winding group 6, and has a bottom portion and a side portion.

その後、粘着テープを用い、正極外部端子1側の鍔部7の側部及び負極外部端子1’の鍔部7の側部を覆い、絶縁被覆8を形成した。同様に、捲回群6の外周にも絶縁被覆8を形成した。例えば、この粘着テープを、正極外部端子1側の鍔部7の側部から捲回群6の外周面に亘って、さらに、捲回群6の外周面から負極外部端子1’側の鍔部7の側部に亘って、何重にも巻くことにより絶縁被覆8を形成する。絶縁被覆(粘着テープ)8としては、基材がポリイミドで、その片面にヘキサメタアクリレートからなる粘着材を塗布した粘着テープを用いた。捲回群6の最大径部がステンレス製の電池容器5内径よりも僅かに小さくなるように絶縁被覆8の厚さ(粘着テープの巻き数)を調整し、捲回群6を電池容器5内に挿入した。なお、電池容器5の外径は67mm、内径は66mmのものを用いた。   Thereafter, using an adhesive tape, the side of the ridge 7 on the positive electrode external terminal 1 side and the side of the ridge 7 of the negative electrode external terminal 1 ′ were covered to form an insulation coating 8. Similarly, the insulating coating 8 was formed on the outer periphery of the winding group 6. For example, the pressure-sensitive adhesive tape extends from the side of the ridge 7 on the positive electrode external terminal 1 side to the outer peripheral surface of the winding group 6, and further, from the outer peripheral surface of the winding group 6 to the negative electrode external terminal 1 ' The insulation coating 8 is formed by winding several times over the side of 7. As the insulation coating (pressure-sensitive adhesive tape) 8, a pressure-sensitive adhesive tape in which a substrate is made of polyimide and a pressure-sensitive adhesive material made of hexamethacrylate is applied on one side thereof is used. The thickness (number of turns of adhesive tape) of the insulation coating 8 is adjusted so that the largest diameter portion of the winding group 6 is slightly smaller than the inner diameter of the stainless steel battery container 5. Inserted into The battery container 5 had an outer diameter of 67 mm and an inner diameter of 66 mm.

次いで、図1に示すように、セラミックワッシャ3’を、先端が正極外部端子1を構成する極柱及び先端が負極外部端子1’を構成する極柱にそれぞれ嵌め込む。セラミックワッシャ3’は、アルミナ製であり、電池蓋4の裏面と当接する部分の厚さが2mm、内径16mm、外径25mmである。次いで、セラミックワッシャ3を電池蓋4に載置した状態で、正極外部端子1をセラミックワッシャ3に通し、また、他のセラミックワッシャ3を他の電池蓋4に載置した状態で、負極外部端子1’を他のセラミックワッシャ3に通す。セラミックワッシャ3は、アルミナ製であり、厚さ2mm、内径16mm、外径28mmの平板状である。   Then, as shown in FIG. 1, the ceramic washer 3 'is fitted into the pole post whose tip constitutes the positive electrode external terminal 1 and the pole post whose tip constitutes the negative electrode external terminal 1'. The ceramic washer 3 ′ is made of alumina, and the thickness of the portion in contact with the back surface of the battery lid 4 is 2 mm, the inner diameter is 16 mm, and the outer diameter is 25 mm. Next, with the ceramic washer 3 mounted on the battery cover 4, the positive electrode external terminal 1 is passed through the ceramic washer 3, and the other ceramic washer 3 is mounted on the other battery cover 4. Pass 1 'through the other ceramic washer 3. The ceramic washer 3 is made of alumina, and is a flat plate having a thickness of 2 mm, an inner diameter of 16 mm, and an outer diameter of 28 mm.

その後、電池蓋4の周端面を電池容器5の開口部に嵌合し、双方の接触部の全域をレーザー溶接する。このとき、正極外部端子1及び負極外部端子1’は、それぞれ電池蓋4,4’の中心にある穴(孔)を貫通して電池蓋4,4’の外部に突出している。電池蓋4には、電池の内圧上昇に応じて開裂する開裂弁10が設けられている。なお、開裂弁10の開裂圧は、13〜18kg/cmとした。 Thereafter, the peripheral end face of the battery cover 4 is fitted into the opening of the battery case 5, and the entire area of both contact parts is laser welded. At this time, the positive electrode external terminal 1 and the negative electrode external terminal 1 'respectively protrude through the holes (holes) at the centers of the battery lids 4, 4' and protrude to the outside of the battery lids 4, 4 '. The battery cover 4 is provided with a cleavage valve 10 which is cleaved in response to the increase in internal pressure of the battery. The cleavage pressure of the cleavage valve 10 was 13 to 18 kg / cm 2 .

次いで、図1に示すように、金属ワッシャ11を、正極外部端子1及び負極外部端子1’にそれぞれ嵌め込む。これによりセラミックワッシャ3上に金属ワッシャ11が配置される。金属ワッシャ11は、ナット2の底面より平滑な材料よりなる。   Next, as shown in FIG. 1, the metal washers 11 are fitted into the positive electrode external terminal 1 and the negative electrode external terminal 1 'respectively. Thereby, the metal washer 11 is disposed on the ceramic washer 3. The metal washer 11 is made of a material smoother than the bottom surface of the nut 2.

次いで、金属製のナット2を正極外部端子1及び負極外部端子1’にそれぞれ螺着し、セラミックワッシャ3、金属ワッシャ11、セラミックワッシャ3’を介して電池蓋4,4’を鍔部7とナット2と間で締め付けることにより固定する。このときの締め付けトルク値は70kgf・cmとした。なお、締め付け作業が終了するまで金属ワッシャ11は回転しなかった。この状態では、電池蓋4,4’の裏面と鍔部7との間に介在させたゴム(EPDM)製のOリング12の圧縮により電池容器5の内部の発電要素は外気から遮断されている。   Next, the metal nut 2 is screwed on the positive electrode external terminal 1 and the negative electrode external terminal 1 'respectively, and the battery lid 4, 4' is engaged with the collar 7 via the ceramic washer 3, metal washer 11 and ceramic washer 3 '. Secure by tightening between the nut 2. The tightening torque value at this time was 70 kgf · cm. The metal washer 11 did not rotate until the tightening operation was completed. In this state, the power generation element inside the battery case 5 is shielded from the outside air by the compression of the O-ring 12 made of rubber (EPDM) interposed between the back surface of the battery cover 4 or 4 'and the ridge portion 7. .

その後、電池蓋4’に設けられた注液口13から電解液を所定量電池容器5内に注入し、その後、注液口13を封止することにより円筒形リチウムイオン電池20を作製した。   Thereafter, an electrolytic solution is injected into the battery container 5 by a predetermined amount from the liquid injection port 13 provided in the battery lid 4 ′, and then the liquid injection port 13 is sealed to manufacture the cylindrical lithium ion battery 20.

電解液としては、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートを、それぞれの体積比2:3:2で混合した混合溶液中へ、6フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1.2mol/L溶解したものを用いた。なお、本実施例で作製した円筒形リチウムイオン電池20には、電池容器5の内圧の上昇に応じて電流を遮断するように作動する電流遮断機構は設けられていない。 As an electrolytic solution, 1.2 mol / L of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is dissolved in a mixed solution of ethylene carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate mixed at a volume ratio of 2: 3: 2, respectively. Used. The cylindrical lithium ion battery 20 manufactured in the present embodiment is not provided with a current interrupting mechanism that operates to interrupt the current according to the increase in the internal pressure of the battery container 5.

円筒形リチウムイオン電池20を作製後、以下に示す初期化充放電サイクル、エージング処理及び高温保存をし、製造工程を完了した。   After producing the cylindrical lithium ion battery 20, the following initialization charge / discharge cycle, aging treatment and high temperature storage were performed to complete the manufacturing process.

[初期化充放電サイクル]
初期化充放電サイクルは、注液完了後から7日後、25℃の温度環境下で実施した。充電、放電ともに電流値は0.5CAとした。充電は4.2Vを上限電圧とする定電流定電圧(CCCV)充電で、終止条件を3時間とした。放電はCC放電で、2.7Vを終止条件とした。また、充放電間には30分の休止を入れた。これを3サイクル実施し、3サイクル目の放電容量を初期容量とした。
[Initialization charge and discharge cycle]
The initialization charge-discharge cycle was performed in a temperature environment of 25 ° C. seven days after the completion of injection. The current value was 0.5 CA for both charging and discharging. The charge was constant current constant voltage (CCCV) charge with 4.2 V as the upper limit voltage, and the termination condition was 3 hours. The discharge was CC discharge, and the termination condition was 2.7V. Moreover, the pause for 30 minutes was put between charge and discharge. This was carried out for three cycles, and the discharge capacity at the third cycle was taken as the initial capacity.

[エージング処理]
初期化充放電サイクル後、3.95Vを上限電圧とする定電流定電圧(CCCV)充電で、3時間充電を行った。その後、21日間25℃の温度環境下でリチウムイオン電池を静置した。21日後に、4.2Vを上限電圧、終止条件を3時間とする定電流定電圧(CCCV)充電で充電した後、2.7Vを終止条件とするCC放電で、放電を行った。また、充放電間には30分の休止を入れた。この時の放電容量をエージング後容量とした。
なお、エージング処理を実施するまでの工程は作製した全てのリチウムイオン電池で同じであり、そのエージング後容量(放電容量)の平均値は84Ahであった。
[Aging process]
After the initialization charge-discharge cycle, charging was performed for 3 hours by constant current constant voltage (CCCV) charging with an upper limit voltage of 3.95V. Thereafter, the lithium ion battery was allowed to stand in a temperature environment of 25 ° C. for 21 days. After 21 days, after charging by constant current constant voltage (CCCV) charging with an upper limit voltage of 4.2 V and a termination condition of 3 hours, discharge was performed by CC discharge with a termination condition of 2.7 V. Moreover, the pause for 30 minutes was put between charge and discharge. The discharge capacity at this time was taken as the capacity after aging.
In addition, the process until implementing an aging treatment was the same in all the produced lithium ion batteries, and the average value of the capacity | capacitance (discharge capacity) after the aging was 84 Ah.

[過充電試験]
製造工程完了後のセルを2.7Vに調整後、25±5℃の温度環境下で過充電試験を実施した。過充電試験は225Aの電流値で、セルが熱暴走するまで充電を行った。
[Overcharge test]
The cell after the completion of the manufacturing process was adjusted to 2.7 V, and then the overcharge test was performed under a temperature environment of 25 ± 5 ° C. The overcharge test was performed at a current value of 225 A until the cell was thermally runaway.

実施例と比較例の結果は、下記の表1に示す通りである。表1において、「Ni:Co:Mn比」は、用いたリチウムニッケル含有金属複合酸化物のニッケルとコバルトとマンガンの比率である。
「容量3V−4.3V」及び「容量3V−5.0V」は、対極をLiとしたときの、リチウムニッケルコバルトマンガン系酸化物の単極容量であり、それぞれ上限電圧4.3Vから下限電圧3Vまでの放電容量及び上限電圧5Vから下限電圧3Vまでの放電容量である。「容量比」は、「容量3V−5.0V」中における「容量3V−4.3V」の割合であり下記(1)式から算出した。

容量比=正極容量3V−4.3V/正極容量3V−5.0V (1)

表1において、「限界時SOC」は、セルの熱暴走時の充電量であり、セル作動時の上限電圧及び下限電圧をそれぞれ4.2V及び2.7Vとし、2.7Vから4.2V充電時を充電量(SOC:State Of Charge)100%とした。また、「限界時の現象」は、セルの熱暴走時に発生した現象である。「白煙」はガス排出弁が作動し噴出したガス、「破裂」はガス排出弁以外の箇所が開裂した場合を示す。
The results of Examples and Comparative Examples are as shown in Table 1 below. In Table 1, "Ni: Co: Mn ratio" is the ratio of nickel, cobalt and manganese of the lithium nickel-containing metal composite oxide used.
"Capacity 3 V-4.3 V" and "Capacity 3 V-5.0 V" are single-pole capacities of lithium nickel cobalt manganese oxide when the counter electrode is Li, and the upper limit voltage is 4.3 V to the lower limit voltage, respectively. It is a discharge capacity up to 3 V and a discharge capacity up to 5 V from the upper limit voltage 3 V. "Capacity ratio" is a ratio of "Capacity 3 V-4.3 V" in "Capacity 3 V-5.0 V", and was calculated from the following equation (1).

Capacity ratio = positive electrode capacity 3V-4.3V / positive electrode capacity 3V-5.0V (1)

In Table 1, “limit SOC” is the charge amount at the time of thermal runaway of the cell, and the upper limit voltage and the lower limit voltage at cell operation are 4.2 V and 2.7 V, respectively, and the charge is from 2.7 V to 4.2 V The time is assumed to be 100% of the amount of charge (SOC: State Of Charge). Also, the “limit phenomenon” is a phenomenon that occurred when the cell ran out of heat. "White smoke" indicates that the gas discharge valve has been activated and the gas has spouted, and "rupture" indicates that the portion other than the gas discharge valve has been cleaved.

(実施例2)
リチウムニッケル含有金属複合酸化物を(LiNi0.6Co0.2Mn0.2)に変更した以外は実施例1と同様に行った。その結果を表1に示す。
(Example 2)
Example 6 was carried out in the same manner as Example 1, except that the lithium nickel-containing metal complex oxide was changed to (LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 ). The results are shown in Table 1.

(実施例3)
リチウムニッケル含有金属複合酸化物を(LiNi0.8Co0.1Mn0.1)に変更した以外は実施例1と同様に行った。その結果を表1に示す。
(Example 3)
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the lithium nickel-containing metal composite oxide was changed to (LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 ). The results are shown in Table 1.

(比較例1)
リチウムニッケル含有金属複合酸化物を(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)に変更した以外は実施例1と同様に行った。その結果を表1に示す。
(Comparative example 1)
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the lithium nickel-containing metal complex oxide was changed to (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ). The results are shown in Table 1.

(比較例2)
正極活物質として、リチウムマンガン含有複合酸化物(LiMn)を使用しないで、実施例1と同じリチウムニッケル含有金属複合酸化物(LiNi0.5Co0.2Mn0.3)の単独を使用した以外は実施例1と同様に行った。その結果を表1に示す。
(Comparative example 2)
The same lithium nickel-containing metal composite oxide (LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 ) as in Example 1 without using lithium manganese-containing composite oxide (LiMn 2 O 4 ) as the positive electrode active material The same procedure as in Example 1 was carried out except that the above was used alone. The results are shown in Table 1.

Figure 2019114338
Figure 2019114338

表1に示すように、実施例1〜3の限界時SOCは、比較例1及び2より小さくすることができる。すなわち、過充電時の電池の熱暴走までの充電量を小さくすることができ、電池が熱暴走を起こした際の限界時に現れる現象は、白煙のみとなり安全性が向上する。それに対して、比較例1は限界時SOCが高いため、電池が熱暴走を起こしたときに白煙だけでなく、破裂を起こし、安全性の点で問題がある。また、比較例2は、正極活物質として実施例1と同じリチウムニッケル含有金属複合酸化物(LiNi0.5Co0.2Mn0.3)を使用したにもかかわらず、リチウムマンガン含有複合酸化物を併用しなかったため限界時SOCが高くなり、破裂が起こり安全性に大きな問題があった。 As shown in Table 1, the limit time SOC of Examples 1 to 3 can be smaller than Comparative Examples 1 and 2. That is, the charge amount of the battery to thermal runaway at the time of overcharge can be reduced, and the phenomenon appearing at the time of the limit at the time of thermal runaway of the battery is only white smoke, and the safety is improved. On the other hand, Comparative Example 1 has a high SOC at the time of limit, and therefore, when the battery causes thermal runaway, it causes not only white smoke but also burst, and there is a problem in terms of safety. In Comparative Example 2, despite using the same lithium nickel-containing metal composite oxide as in Example 1 as a positive electrode active material (LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2), containing lithium manganese Since the limit oxide was increased because the composite oxide was not used in combination, the rupture occurred and there was a serious problem in safety.

実施例1〜3と比較例1〜2との対比から分かるように、電池の安全性を決める因子となるQ1/Q2容量比は0.6以上にすることが必要である。その条件で効果的に熱暴走時の安全性を向上できることが表1から分かる。   As can be seen from the comparison between Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, it is necessary to set the Q1 / Q2 capacity ratio, which is a factor determining the safety of the battery, to 0.6 or more. It can be seen from Table 1 that the safety during thermal runaway can be effectively improved under the conditions.

以上のように、本発明は、正極活物質として、リチウムを除く金属中にニッケルが50モル%以上含有されるリチウムニッケル含有金属複合酸化物及びリチウムマンガン含有複合酸化物を含み、対極をLiとした3V−4.3Vの単極正極容量Q1と3V−5.0Vの単極正極容量Q2の容量比Q1/Q2を0.6以上とすることにより、高容量でありながらも、安全性が高いリチウムイオン二次電池を提供することができる。   As described above, the present invention includes, as a positive electrode active material, a lithium-nickel-containing metal composite oxide and a lithium-manganese-containing composite oxide in which 50% by mole or more of nickel is contained in metal excluding lithium. By setting the capacity ratio Q1 / Q2 of the 3V-4.3V single-pole positive electrode capacity Q1 to the 3V-5.0V single-pole positive electrode capacity Q2 to be 0.6 or more, safety can be achieved despite the high capacity. A high lithium ion secondary battery can be provided.

1 正極外部端子
1’ 負極外部端子
2 ナット
3,3’ セラミックワッシャ
4,4’ 電池蓋
5 電池容器
6 捲回群又は電極群
7 鍔部
8 絶縁被覆
9,9’ リード片
10 開裂弁
11 金属ワッシャ
12 Oリング
13 注液口
20 円筒形リチウムイオン電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode external terminal 1 'Negative electrode external terminal 2 Nut 3, 3' Ceramic washer 4, 4 'Battery cover 5 Battery container 6 winding group or electrode group 7 ridge part 8 insulation coating 9, 9' lead piece 10 cleavage valve 11 metal Washer 12 O-ring 13 Injection port 20 Cylindrical lithium ion battery

Claims (4)

リチウムニッケル含有金属複合酸化物及びリチウムマンガン含有複合酸化物を含む正極と、負極とを有するリチウムイオン二次電池であって、
前記リチウムニッケル含有金属複合酸化物は、リチウムを除く金属中にニッケルを50モル%以上含有し、
対極をLiとした3V−4.3Vの単極正極容量及び3V−5.0Vの単極正極容量をそれぞれQ1及びQ2とするとき、両者の容量比Q1/Q2が0.6以上であるリチウムイオン二次電池。
A lithium ion secondary battery having a positive electrode containing a lithium nickel-containing metal composite oxide and a lithium manganese-containing composite oxide, and a negative electrode,
The lithium nickel-containing metal composite oxide contains 50 mol% or more of nickel in the metal excluding lithium,
A lithium having a capacity ratio Q1 / Q2 of 0.6 or more, where Q1 and Q2 are 3V-4.3V single-pole positive electrode capacity and 3V-5.0V single-pole positive electrode capacity with Li as counter electrode respectively Ion secondary battery.
前記正極活物質は、リチウムマンガン含有複合酸化物を前記正極活物質の全量に対して質量比で50%以上含有する請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material contains a lithium manganese-containing composite oxide in a mass ratio of 50% or more with respect to the total amount of the positive electrode active material. 前記リチウムニッケル含有金属複合酸化物は、下記式(I)で表される請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
LiNiCo(2+e) (I)
(式(I)中、Mは、Al、Mn、Mg及びCaからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、a、b、c、d及びeは、各々0.2≦a≦1.2であり、0.5≦b≦0.9であり、0.1≦c≦0.4であり、0≦d≦0.3であり、−0.2≦e≦0.2であり、b+c+d=1である。)
The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the lithium nickel-containing metal composite oxide is represented by the following formula (I).
Li a Ni b Co c M d O (2 + e) (I)
(Wherein M is at least one element selected from the group consisting of Al, Mn, Mg and Ca, and a, b, c, d and e each represent 0.2 ≦ a ≦ 1.2, 0.5 ≦ b ≦ 0.9, 0.1 ≦ c ≦ 0.4, 0 ≦ d ≦ 0.3, and −0.2 ≦ e ≦ 0.2 And b + c + d = 1.)
前記リチウムマンガン含有複合酸化物は、下記式(II)で表される請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
Li(1+η)Mn(2−λ)M’λ (II)
(式(II)中、M’は、Mg、Ca、Sr、Al、Ga、Zn及びCuよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦η≦0.2であり、0≦λ≦0.1である。)
The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the lithium manganese-containing composite oxide is represented by the following formula (II).
Li (1 + η) Mn (2-λ) M ' λ O 4 (II)
In the formula (II), M ′ is at least one element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Al, Ga, Zn and Cu, and 0 ≦≦≦ 0.2, 0 ≦ λ ≦ 0.1)
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