JP3089662B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Non-aqueous electrolyte secondary battery

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JP3089662B2
JP3089662B2 JP02312481A JP31248190A JP3089662B2 JP 3089662 B2 JP3089662 B2 JP 3089662B2 JP 02312481 A JP02312481 A JP 02312481A JP 31248190 A JP31248190 A JP 31248190A JP 3089662 B2 JP3089662 B2 JP 3089662B2
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battery
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electrolyte secondary
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は非水電解液二次電池に関し、特にLiを含む複
合金属酸化物を正極に、カーボン材料を負極に使用した
非水電解液二次電池に関する。
The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly to a non-aqueous electrolyte secondary battery using a composite metal oxide containing Li for a positive electrode and a carbon material for a negative electrode. Next battery.

〔発明の概要〕[Summary of the Invention]

本発明は、Liを含む複合金属酸化物を正極としカーボ
ン材料を負極とする非水電解液二次電池において、電解
液の有機溶媒として炭酸プロピレンと炭酸ジエチルの混
合溶媒を使用することにより、高エネルギー密度を有
し、且つ無公害であるとともに、高温においても良好な
充放電サイクル特性を発揮する非水電解液二次電池を提
供するものである。
The present invention provides a non-aqueous electrolyte secondary battery using a composite metal oxide containing Li as a positive electrode and a carbon material as a negative electrode, by using a mixed solvent of propylene carbonate and diethyl carbonate as an organic solvent for the electrolyte, An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that has an energy density, is pollution-free, and exhibits good charge / discharge cycle characteristics even at high temperatures.

〔従来の技術〕 カメラー体型VTR、携帯電話、ラップトップコンピュ
ータ等と新しいポータブル電子機器が次々に出現し、ま
すますその小型軽量化が図られる中、携帯可能な移動用
電源としての電池に対しても、さらに高いエネルギー密
度を有するものが求められるようになってきている。
[Prior art] With the emergence of new portable electronic devices such as camera-type VTRs, mobile phones, laptop computers, etc., one after another, which are becoming smaller and lighter, batteries for portable mobile power sources are becoming increasingly popular. Also, those having higher energy density are required.

従来、二次電池としては、一般的に鉛電池、ニッケル
カドミウム電池等の水溶液系の電池が主流であるが、こ
れらの電池は優れたサイクル特性を示すものの、エネル
ギー密度等の点で充分に満足のいくものとは言えず、ま
た環境保全の立場からも問題があり、これらの電池に代
わり得る二次電池の開発が望まれている。
Conventionally, aqueous batteries such as lead batteries and nickel cadmium batteries are generally used as secondary batteries, but these batteries exhibit excellent cycle characteristics, but are sufficiently satisfactory in terms of energy density and the like. However, there is a problem from the standpoint of environmental protection, and the development of a secondary battery that can replace these batteries is desired.

このような状況から、無公害で、しかも高い動作電圧
のために高エネルギー密度を有する非水電解液二次電池
(いわゆるリチウム二次電池)に大変な関心が寄せられ
ている。
Under such circumstances, there is a great deal of interest in non-aqueous electrolyte secondary batteries (so-called lithium secondary batteries) that are non-polluting and have a high energy density due to a high operating voltage.

非水電解液電池において、電池のエネルギー密度は陽
極の特性で決まり、これまで非常に多くの正極材が提案
され評価検討されている。
In nonaqueous electrolyte batteries, the energy density of the battery is determined by the characteristics of the anode, and a great number of cathode materials have been proposed and evaluated.

これに対して、二次電池の場合、開発の正否はいかに
良好なサイクル特性を示すリチウム負極を開発するかに
かかっている。
On the other hand, in the case of a secondary battery, the success or failure of development depends on how to develop a lithium anode having good cycle characteristics.

しかしながら、かかる観点から見たとき、リチウム負
極に関する開発の成果は甚だ少ないと言わざるを得な
い。
However, from this point of view, it must be said that the results of development of the lithium anode are extremely small.

例えば、単3型の電池サイズで、負極にリチウム金属
を用いたリチウム二次電池が発表され、その優れた特性
が紹介されているが、リチウム負極にまつわる幾つかの
厄介な問題は未だ未解決である。
For example, a lithium secondary battery using lithium metal for the negative electrode in the size of an AA battery has been announced and its excellent characteristics have been introduced, but some troublesome problems related to the lithium negative electrode have not been solved. is there.

すなわち、負極にリチウム金属、あるいはリチウム合
金を使用する非水電解液二次電池では、充放電サイクル
の繰り返しに伴いリチウムが不活性化して粉末状に堆積
すると共に、充電時にリチウムがデンドライト状に結晶
成長し、セパレータ膜の微孔あるいはセパレータ不織布
の繊維間空隙を通過して正極にまで到達し、内部短絡を
引き起こすため、充分な充放電サイクル寿命が得られな
い。さらには、金属リチウムの活性が非常に高いので、
安全性の点でも問題を残している。
That is, in a non-aqueous electrolyte secondary battery using lithium metal or lithium alloy for the negative electrode, lithium is inactivated and deposited in a powder form as charge / discharge cycles are repeated, and lithium is dendrite-shaped during charging. It grows and passes through the micropores of the separator membrane or the inter-fiber voids of the separator nonwoven fabric to reach the positive electrode, causing an internal short circuit, so that a sufficient charge / discharge cycle life cannot be obtained. Furthermore, since the activity of metallic lithium is very high,
There is still a problem in terms of safety.

そこで、リチウム負極に代わる負極材として、いわゆ
るLi−CIC(カーボン−リチウム層間化合物)電極が開
発され、サイクル寿命等の点で大いに有望視されてい
る。すなわち、ある種のカーボン材料にリチウムイオン
がインターカレーションした,いわゆるカーボン−リチ
ウム層間化合物(Li−Carbon Intercalation Compound
s)は、リチウム塩を含む有機電解液中で、電気化学的
にリチウムイオンの脱ドープ・ドープを伴って可逆的な
酸化還元反応が可能であり、その酸化還元電位も約0.02
〜1.0Vの範囲であるため、適当な正極材との組み合わせ
において、非水電解液二次電池の優秀な負極材となり得
る。すなわち、前記カーボン−リチウム層間化合物を負
極とする電池システムでは、放電においては、負極カー
ボンにドープされていたリチウムイオンが正極へ移行し
て負極から外部回路を通ってやってくる電子を正極体内
部でエスコートする役割を演じ、また充電においては、
正極に移行していたリチウムイオンが負極に戻り、外部
回路を通って戻ってくる電子を負極体内部でエスコート
する役割を演ずる。したがって、充放電のいかなる過程
においても、電池内部に金属リチウムが存在しないこと
となるために、不活性リチウムの堆積やデンドライトの
成長等が起こることはない。また、正極活物質,負極活
物質の結晶構造が崩れにくいので、極めて良好な充放電
サイクル特性を得ることができる。
Therefore, a so-called Li-CIC (carbon-lithium intercalation compound) electrode has been developed as a negative electrode material replacing the lithium negative electrode, and is considered to be highly promising in terms of cycle life and the like. That is, a so-called Li-Carbon Intercalation Compound in which lithium ions are intercalated into a certain kind of carbon material.
s) is capable of electrochemically performing a reversible oxidation-reduction reaction accompanied by undoping and doping of lithium ions in an organic electrolyte containing a lithium salt, and has an oxidation-reduction potential of about 0.02.
Since it is in the range of 1.0 to 1.0 V, it can be an excellent negative electrode material of a nonaqueous electrolyte secondary battery in combination with an appropriate positive electrode material. That is, in the battery system using the carbon-lithium intercalation compound as a negative electrode, in discharging, lithium ions doped in the negative electrode carbon migrate to the positive electrode and escort electrons coming from the negative electrode through an external circuit inside the positive electrode body. And in charging,
The lithium ions that have migrated to the positive electrode return to the negative electrode, and play a role of escorting the electrons returning through an external circuit inside the negative electrode body. Therefore, in any process of charging and discharging, since there is no metallic lithium inside the battery, the deposition of inert lithium and the growth of dendrites do not occur. Further, since the crystal structures of the positive electrode active material and the negative electrode active material are not easily broken, extremely good charge / discharge cycle characteristics can be obtained.

一方、非水電解液二次電池において、良好な充放電特
性を得るには、使用する有機電解液の特性が非常に重要
となる。このため、有機電解液の特性と充放電特性との
関係については多くの研究がなされ、リチウム負極非水
電解液二次電池では下記に示すような知見が得られてい
る。
On the other hand, in a non-aqueous electrolyte secondary battery, the characteristics of an organic electrolyte to be used are very important for obtaining good charge / discharge characteristics. For this reason, many studies have been made on the relationship between the characteristics of the organic electrolyte and the charge / discharge characteristics, and the following findings have been obtained for the lithium anode nonaqueous electrolyte secondary battery.

1.有機電解液の伝導度は、高誘電率溶媒と低粘度溶媒の
組み合わせによって著しく改善される。これは、電解液
中のイオンの解離とイオンの移動度によって半定量的に
説明づけられる。
1. The conductivity of the organic electrolyte is significantly improved by a combination of a high dielectric constant solvent and a low viscosity solvent. This can be explained semi-quantitatively by the dissociation of ions in the electrolyte and the mobility of the ions.

2.電解液の伝導度が高いものほどリチウム負極の分極は
小さくなり、充放電の効率は高くなる傾向にある。
2. The higher the conductivity of the electrolyte, the smaller the polarization of the lithium negative electrode, and the higher the charge / discharge efficiency.

3.高誘電率溶媒としてプロピレンカーボネートやスルホ
ランまたはジメチルスルホキシドを用い、低粘度溶媒と
して1,2−ジメトキシエタンを混合した系が高い伝導度
と優れたリチウム充放電性能を与える。
3. A system in which propylene carbonate, sulfolane, or dimethyl sulfoxide is used as a high dielectric constant solvent and 1,2-dimethoxyethane is mixed as a low viscosity solvent provides high conductivity and excellent lithium charge / discharge performance.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、本発明者等が検討を重ねたところ、カ
ーボン−リチウム層間化合物を負極とする非水電解液二
次電池に、例えば炭酸プロピレンと1,2−ジメチルエタ
ンの混合溶媒を有機溶媒とする電解液を使用すると、常
温においてはある程度良好な充放電サイクル示すもの
の、高温(例えば40℃)で充放電を繰り返した場合に
は、容量が急速に低下し、サイクル寿命が常温に比べて
約1/10になってしまうといった不都合が生じることがわ
かった。
However, the present inventors have repeatedly studied and found that a non-aqueous electrolyte secondary battery using a carbon-lithium intercalation compound as a negative electrode, for example, an electrolytic solution using a mixed solvent of propylene carbonate and 1,2-dimethylethane as an organic solvent. When a liquid is used, the charge / discharge cycle is somewhat good at normal temperature, but when charge / discharge is repeated at a high temperature (for example, 40 ° C.), the capacity is rapidly reduced, and the cycle life is about 1 / compared to normal temperature. It turned out that the inconvenience of becoming 10 occurs.

既存のNi−Cd電池や鉛電池に代わり得る二次電池に要
求される性能としては、当然のことながら、低温(少な
くとも−20℃)から高温(少なくとも45℃以上)で十分
作動するものでなければならない。
As a matter of course, the performance required for a secondary battery that can replace the existing Ni-Cd battery and lead battery must be one that can operate sufficiently from low temperature (at least -20 ° C) to high temperature (at least 45 ° C). Must.

したがって、カーボン−リチウム層間化合物を負極と
する非水電解液二次電池における高温環境下での急速な
容量低下は、実用化の大きな妨げになる。
Therefore, a rapid decrease in capacity under a high-temperature environment in a nonaqueous electrolyte secondary battery using a carbon-lithium intercalation compound as a negative electrode greatly hinders practical application.

そこで、本発明はこのような従来の実情に鑑みて提案
されたものであって、エネルギー密度が高く無公害であ
るとともに、高温環境下においても優れたサイクル寿命
が得られる非水電解液二次電池を提供することを目的と
する。
Accordingly, the present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and has a high energy density, is non-polluting, and has a superior cycle life even in a high temperature environment. It is intended to provide a battery.

〔発明を解決するための手段〕 本発明者等は、高温使用時におけるサイクル寿命の極
端な低下を改善すべく種々の検討を重ねた結果、従来の
リチウム負極二次電池の電解液として最も優れていると
されている炭酸プロピレンとジメトキシエタンの混合溶
媒は、カーボン−リチウム層間化合物を負極とする非水
電解液二次電池においては必ずしも最適であるとは言え
ず、カーボン−リチウム層間化合物を負極とする非水電
解液二次電池には、種々のある低粘度溶媒の中でも炭酸
ジエチル(ジエチルカーボネート)を用いた電解液が最
適であり、高温使用におけるサイクル寿命の大幅な改善
を可能にすることを見出すに至った。
[Means for Solving the Invention] The present inventors have conducted various studies to improve the extreme decrease in cycle life at the time of high temperature use, and as a result, the inventors have found that the electrolyte is the most excellent as an electrolyte for a conventional lithium anode secondary battery. The mixed solvent of propylene carbonate and dimethoxyethane, which is said to be, is not always optimal in a non-aqueous electrolyte secondary battery using a carbon-lithium intercalation compound as a negative electrode, For non-aqueous electrolyte secondary batteries, an electrolyte using diethyl carbonate (diethyl carbonate) is the most suitable among various low-viscosity solvents, and can greatly improve the cycle life at high temperatures. I came to find.

すなわち、本発明の非水電解液二次電池は、LixMO
2(但し、MはCo,Ni,Mnの少なくとも1種を表し、xは
1または0.5である。)を正極材料として含む正極と、
(002)面の面間隔d002が3.70Å以上であり示差熱分析
において700℃以上に発熱ピークを持たない炭素質材料
を負極材料として含む負極とを備え、電解液の有機溶媒
が炭酸プロピレンと炭酸ジエチルの混合溶媒であること
を特徴とするものである。
That is, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is Li x MO
2 wherein M represents at least one of Co, Ni and Mn, and x is 1 or 0.5;
A negative electrode containing a carbonaceous material as a negative electrode material having a (002) plane spacing d 002 of 3.70 ° or more and having no exothermic peak at 700 ° C. or more in differential thermal analysis, and the organic solvent of the electrolytic solution is propylene carbonate. It is a mixed solvent of diethyl carbonate.

LixMO2(例えばLiCoO2)を正極としカーボン材料を負
極として電池を組み立て、これを充電することによっ
て、(1)式の反応によってカーボン−リチウム層間化
合物を負極とする二次電池となる。この二次電池の充放
電反応は(2)式に示す通りである。
By assembling a battery using Li x MO 2 (for example, LiCoO 2 ) as a positive electrode and a carbon material as a negative electrode and charging the battery, a secondary battery having a carbon-lithium intercalation compound as a negative electrode is obtained by the reaction of formula (1). The charge / discharge reaction of this secondary battery is as shown in equation (2).

この二次電池の平均放電電圧は約3.6Vと非常に高く、
そのため単3サイズで180Wh/1以上の高エネルギー密度
の二次電池が実現される。充電時間も比較的急速な一時
間の充電でも十分可能である。
The average discharge voltage of this secondary battery is very high at about 3.6V,
Therefore, a secondary battery of AA size and a high energy density of 180 Wh / 1 or more is realized. Recharging time can be sufficient even with relatively quick charging for one hour.

さらには、金属リチウムを負極とするリチウム二次電
池に見られる軽負荷放電でのサイクル寿命の短縮も全く
見られない。また、サイクル寿命としては、常温での使
用で、100%の放電深度でも約1200サイクルという長寿
命が確認されている。
Furthermore, there is no reduction in the cycle life under light load discharge seen in lithium secondary batteries using metal lithium as the negative electrode. As for the cycle life, a long life of about 1200 cycles has been confirmed even at a discharge depth of 100% when used at normal temperature.

ただし、電解液の有機溶媒をプロピレンカーボネート
と1,2−ジメトキシエタンの混合溶媒とすると、高温(4
0℃)下で充放電サイクルを繰り返したときに急速な容
量低下をきたし、常温では1200サイクルの寿命も1/10程
度になってしまう。
However, when the organic solvent of the electrolytic solution is a mixed solvent of propylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane, a high temperature (4
When the charge / discharge cycle is repeated at 0 ° C), the capacity rapidly decreases, and at room temperature, the life of 1200 cycles becomes about 1/10.

そこで、本発明では、電解液の有機溶媒に、炭酸プロ
ピレンと炭酸ジエチルの混合溶媒を用い、前記高温での
サイクル寿命の低下を改善することとする。
Therefore, in the present invention, a decrease in the cycle life at the high temperature is improved by using a mixed solvent of propylene carbonate and diethyl carbonate as the organic solvent of the electrolytic solution.

この場合、炭酸プロピレンと、炭酸ジエチルの混合比
は、炭酸プロピレン:炭酸ジエチル=75:25〜15:85の範
囲にあることが望ましく、特に炭酸プロピレン:炭酸ジ
エチル=60:40〜20:80の範囲にあれば、低温条件下にお
いても良好な充放電サイクル特性を得ることができる。
In this case, the mixing ratio of propylene carbonate and diethyl carbonate is preferably in the range of propylene carbonate: diethyl carbonate = 75: 25 to 15:85, and particularly, propylene carbonate: diethyl carbonate = 60: 40 to 20:80. Within this range, good charge / discharge cycle characteristics can be obtained even under low temperature conditions.

また、電解質としては、LiPF6が最も好適であるが、
その他、LiAsF6,LiClO4等も使用可能である。
As the electrolyte, LiPF 6 is most suitable,
In addition, LiAsF 6 , LiClO 4 and the like can be used.

一方、正極材には、リチウムを含む複合金属酸化物Li
xMO2が用いられるが、この複合金属酸化物としては、Li
CoO2、LiNiyCo1-yO2(但し、0<y<1)、LiNiO2、Li
Mn2O4、さらにはこれらの混合物等が好適である。
On the other hand, for the positive electrode material, a composite metal oxide Li containing lithium is used.
x MO 2 is used, and as the composite metal oxide, Li
CoO 2 , LiNi y Co 1-y O 2 (where 0 <y <1), LiNiO 2 , Li
Mn 2 O 4 , and mixtures thereof, and the like are preferable.

負極のカーボン材料としては、(002)面の面間隔d
002が3.70Å以上であり示差熱分析において700℃以上に
発熱ピークを持たない炭素質材料がいずれも使用可能で
あり、以下に列挙されるカーボン材料が好適である。
As the carbon material for the negative electrode, the (002) plane spacing d
Any carbonaceous material having a 002 of 3.70 ° or more and having no exothermic peak at 700 ° C. or more in differential thermal analysis can be used, and the carbon materials listed below are suitable.

先ず第1に、有機材料を焼成等の手法により炭素化し
て得られる炭素質材料である。
First, a carbonaceous material obtained by carbonizing an organic material by a method such as firing.

出発原料となる有機材料としては、フルフリルアルコ
ールあるいはフルフラールのホモポリマー,コポリマー
よりなるフラン樹脂が好適である。具体的には、フルフ
ラール+フェノール,フルフリルアルコール+ジメチロ
ール尿素,フルフリルアルコール,フルフリルアルコー
ル+ホルムアルデヒド,フルフラール+ケトン類等より
なる重合体が挙げられる。このフラン樹脂を炭素化した
炭素質材料ば、(002)面の面間隔d002が3.70Å以上で
あり、空気気流中での示差熱分析(DTA)において700℃
以上に発熱ピークを持たず、電池の負極材として非常に
良好な特性を示す。
As the organic material as a starting material, furfuryl alcohol or a furan resin made of a homopolymer or copolymer of furfural is preferable. Specific examples include polymers composed of furfural + phenol, furfuryl alcohol + dimethylolurea, furfuryl alcohol, furfuryl alcohol + formaldehyde, furfural + ketones, and the like. The carbonaceous material obtained by carbonizing this furan resin has a (002) plane spacing d 002 of 3.70Å or more, and 700 ° C. in differential thermal analysis (DTA) in an air stream.
As described above, it does not have an exothermic peak and exhibits very good characteristics as a negative electrode material of a battery.

あるいは、原料としてH/C原子比0.6〜0.8の石油ピッ
チを用い、これに酸素を含む官能基を導入し、いわゆる
酸素架橋を施して酸素含有量10〜20重量%の前駆体とし
た後、焼成して得られる炭素質材料も好適である。かか
る炭素質材料は、例えば特公昭53−31116号公報等にも
記載されるが、ここでは酸素含有量を最適化することに
より(002)面の面間隔d002を3.70Å以上、示差熱分析
(DTA)において700℃以上に発熱ピークを持たない炭素
質材料とし、前記負極材料として使用する。
Alternatively, a petroleum pitch having an H / C atomic ratio of 0.6 to 0.8 is used as a raw material, a functional group containing oxygen is introduced into this, and a so-called oxygen cross-linking is performed to obtain a precursor having an oxygen content of 10 to 20% by weight. A carbonaceous material obtained by firing is also suitable. Such a carbonaceous material is also described, for example, in Japanese Patent Publication No. 53-31116, etc., but here, by optimizing the oxygen content, the plane distance d 002 of the (002) plane is set to 3.70 ° or more, and the differential thermal analysis is performed. A carbonaceous material having no exothermic peak at 700 ° C. or higher in (DTA) and used as the negative electrode material.

さらには、前記フラン樹脂や石油ピッチ等を炭素化す
る際にリン化合物,あるいはホウ素化合物を添加するこ
とで、リチウムに対するドープ量を大きなものとした炭
素質材料も使用可能である。
Further, a carbonaceous material having a large doping amount with respect to lithium by adding a phosphorus compound or a boron compound when carbonizing the furan resin or petroleum pitch or the like can be used.

リン化合物としては、三酸化リン,四酸化リン,五酸
化リン等のリンの酸化物や、オルトリン酸(いわゆるリ
ン酸),メタリン酸,ポリリン酸等のリンのオキソ酸、
さらにはこれらオキソ酸の塩等が挙げられるが、取り扱
い易さ等の点からリン酸が好適である。
Examples of the phosphorus compound include phosphorus oxides such as phosphorus trioxide, phosphorus tetroxide and phosphorus pentoxide, and oxoacids such as orthophosphoric acid (so-called phosphoric acid), metaphosphoric acid and polyphosphoric acid.
Furthermore, salts of these oxo acids are mentioned, but phosphoric acid is preferred from the viewpoint of easy handling.

有機材料の炭素化の際に添加されるリン化合物の添加
量は、これら有機材料,炭素質材料に対してリンに換算
して0.2〜15重量%,また炭素質材料中のリンの含量は
0.2〜5.0重量%とすることが好ましい。
The amount of the phosphorus compound added during the carbonization of the organic material is 0.2 to 15% by weight in terms of phosphorus with respect to the organic material and the carbonaceous material, and the phosphorus content in the carbonaceous material is
The content is preferably set to 0.2 to 5.0% by weight.

ホウ素化合物としては、二酸化二ホウ素,三酸化二ホ
ウ素(いわゆる酸化ホウ素),三酸化四ホウ素,五酸化
四ホウ素等のホウ素の酸化物やオルトホウ酸(いわゆる
ホウ酸),メタホウ酸,四ホウ酸,次ホウ酸等のホウ素
のオキソ酸及びその塩等が挙げられる。これらのホウ素
化合物は、いずれも水溶液の状態で炭素化のための反応
系に添加することができる。
Examples of the boron compound include oxides of boron such as diboron dioxide, diboron trioxide (so-called boron oxide), tetraboron trioxide, and tetraboron pentoxide, orthoboric acid (so-called boric acid), metaboric acid, tetraboric acid, And oxo acids of boron such as hypoboric acid and salts thereof. Any of these boron compounds can be added to a reaction system for carbonization in the form of an aqueous solution.

有機材料の炭素化の際に添加されるホウ素化合物の添
加量は、これら有機材料,炭素質材料に対してホウ素換
算で0.15〜2.5重量%、また炭素質材料中のホウ素の含
量は0.1〜2.0重量%とすることが好ましい。
The amount of the boron compound added when carbonizing the organic material is 0.15 to 2.5% by weight in terms of boron with respect to the organic material and the carbonaceous material, and the content of boron in the carbonaceous material is 0.1 to 2.0%. It is preferable to set the weight%.

〔作用〕[Action]

リチウムを含む複合金属酸化物を正極としカーボン材
料を負極とする非水電解液二次電池において、電解液の
有機溶媒として従来の金属リチウムを負極とするリチウ
ム二次電池で最適であるとされてきた炭酸プロピレンと
ジメトキシエタンの混合溶媒を使用すると、高温環境下
で充放電を繰り返したときに容量の低下が著しい。
In a non-aqueous electrolyte secondary battery using a composite metal oxide containing lithium as a positive electrode and a carbon material as a negative electrode, it has been considered to be optimal for a conventional lithium secondary battery using metal lithium as a negative electrode as an organic solvent for the electrolyte. When a mixed solvent of propylene carbonate and dimethoxyethane is used, the capacity significantly decreases when charge and discharge are repeated in a high-temperature environment.

これに対して、炭酸プロピレンと炭酸ジエチルの混合
溶媒を使用すると、高温環境下においても良好なサイク
ル寿命が達成される。
On the other hand, when a mixed solvent of propylene carbonate and diethyl carbonate is used, a good cycle life is achieved even in a high-temperature environment.

〔実施例〕〔Example〕

本発明を適用した実施例について、具体的な実験結果
に基づいて説明する。
Embodiments to which the present invention is applied will be described based on specific experimental results.

実施例1 本実施例は、負極材料として難黒鉛炭素材料を、正極
材料としてLiCoO2とLiNi0.6Co0.4O2の混合物を、また電
解液の有機溶媒として炭酸プロピレン(PC)と炭酸ジエ
チル(DEC)の混合溶媒を使用した非水電解液二次電池
の例である。
Example 1 In this example, a non-graphite carbon material was used as a negative electrode material, a mixture of LiCoO 2 and LiNi 0.6 Co 0.4 O 2 was used as a positive electrode material, and propylene carbonate (PC) and diethyl carbonate (DEC) were used as organic solvents of an electrolyte. 2) is an example of a non-aqueous electrolyte secondary battery using the mixed solvent of (1).

負極を作製するには、先ず、出発原料として石油ピッ
チを用い、これに酸素を含む官能基を10〜20%導入(い
わゆる酸素架橋)した後、不活性ガス気流中1000℃で焼
成して、難黒鉛炭素材料を得た。なお、このとき得られ
た難黒鉛炭素材料について、X線回折測定を行った結
果、(002)面の面間隔は3.76Åで、また真比重は1.58
であった。
To produce the negative electrode, first, a petroleum pitch is used as a starting material, and 10 to 20% of a functional group containing oxygen is introduced into the pitch (so-called oxygen crosslinking), and then fired at 1000 ° C. in an inert gas stream. A non-graphite carbon material was obtained. As a result of X-ray diffraction measurement of the non-graphite carbon material obtained at this time, the (002) plane spacing was 3.76 ° and the true specific gravity was 1.58.
Met.

この難黒鉛炭素材料を粉砕し、平均粒径10μmの炭素
材料粉末とした。そして、この炭素材料粉末90重量部
を、結着剤であるポリフッ化ビニリデン10重量部と混合
して負極混合物を調製し、この負極混合物を溶剤N−メ
チル−2−ピロリドンに分散させてスラリー状にし、負
極スラリーを調製した。
This hard graphite carbon material was pulverized to obtain a carbon material powder having an average particle size of 10 μm. Then, 90 parts by weight of the carbon material powder was mixed with 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder to prepare a negative electrode mixture, and the negative electrode mixture was dispersed in a solvent N-methyl-2-pyrrolidone to form a slurry. To prepare a negative electrode slurry.

そして、このようにして得られた負極スラリーを負極
集電体となる厚さ10μmの帯状銅箔の両面に均一に塗布
し、乾燥させた後、ロールプレス機で圧縮成形し、帯状
負極を作製した。
Then, the obtained negative electrode slurry is uniformly applied to both sides of a 10 μm-thick strip-shaped copper foil serving as a negative electrode current collector, dried, and then compression-molded with a roll press to produce a strip-shaped negative electrode. did.

一方、正極を作製するには、炭酸リチウムと炭酸コバ
ルトを0.5モル対1モルなる比率で混合し、900℃,5時
間、空気中で焼成してLiCoO2を得た。次いで炭酸リチウ
ム,炭酸ニッケルおよび炭酸コバルトをそれぞれ0.5モ
ル対0.6モル対0.4モルなる比率で混合し、900℃,5時
間、空気中で焼成してLiNi0.6Co0.4O2を得た。
On the other hand, to prepare a positive electrode, lithium carbonate and cobalt carbonate were mixed at a ratio of 0.5 mol to 1 mol, and calcined in air at 900 ° C. for 5 hours to obtain LiCoO 2 . Next, lithium carbonate, nickel carbonate and cobalt carbonate were mixed at a ratio of 0.5 mol: 0.6 mol: 0.4 mol, respectively, and calcined in air at 900 ° C. for 5 hours to obtain LiNi 0.6 Co 0.4 O 2 .

このようにして得られたLiCoO254.6重量部とLiNi0.6C
o0.4O230.4重量部とを、導電剤であるグラファイト6重
量部および結着剤であるポリフッ化ビニリデン3重量部
と混合して正極混合物を調製し、この正極混合物をN−
メチル−2−ピロリドンに分散させてスラリー状とし、
正極スラリーを調製した。
LiCoO 2 54.6 parts by weight thus obtained and LiNi 0.6 C
30.4 parts by weight of 0.4 O 2 were mixed with 6 parts by weight of graphite as a conductive agent and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder to prepare a positive electrode mixture.
Dispersed in methyl-2-pyrrolidone to form a slurry,
A positive electrode slurry was prepared.

そして、正極スラリーを正極集電体となる厚さ20μm
の帯状アルミニウム箔の両面に均一に塗布して乾燥させ
た後、ロールプレス機で圧縮成型して帯状正極を作製し
た。
Then, the positive electrode slurry is formed into a 20 μm thick positive electrode current collector.
Was uniformly coated on both sides of the aluminum foil strip and dried, and then compression-molded with a roll press to produce a belt-shaped positive electrode.

次いで、第1図で示すように、帯状負極(1),帯状
正極(2)および微孔性ポリプロピレンフィルムよりな
るセパレータ(3)を、それぞれ渦巻電極素子とした場
合に外径20mm,高さ51mmの電池缶(5)中に適切に納ま
る寸法となるようにあらかじめ長さおよび幅に調整して
おき、渦巻式電極を作製した。
Next, as shown in FIG. 1, when a strip-shaped negative electrode (1), a strip-shaped positive electrode (2), and a separator (3) made of a microporous polypropylene film were each made into a spiral electrode element, the outer diameter was 20 mm and the height was 51 mm. The length and width were adjusted in advance so as to have a size that could be properly accommodated in the battery can (5), thereby producing a spiral electrode.

このようにして作製された渦巻式電極をニッケルメッ
キを施した鉄製電池缶(5)に収納し、収納された渦巻
式電極の上下両面に絶縁板(4)を配置した。そして、
正極集電体(10)からアルミニウム製正極リード(12)
を導出し、負極集電体(9)からはニッケル製負極リー
ド(11)を導出して電池缶(5)に溶接した。
The spiral electrode manufactured in this manner was housed in a nickel-plated iron battery can (5), and insulating plates (4) were arranged on both upper and lower surfaces of the housed spiral electrode. And
From positive electrode current collector (10) to aluminum positive electrode lead (12)
And a nickel negative electrode lead (11) was drawn out from the negative electrode current collector (9) and welded to the battery can (5).

そして、炭酸プロピレン50容量%と炭酸ジエチル50容
量%の混合溶媒に、LiPF6を1モル/なる割合で溶解
させて電解液を調製し、この電解液を電池缶(5)の中
に注入し、アスファルトを塗布した絶縁封口ガスケット
(6)を介して電池缶(5)をかしめることで、電池蓋
(7)を固定し、直径20mm、高さ50mmの円筒型非水電解
液電池(実施例電池1)を作製した。
Then, LiPF 6 is dissolved in a mixed solvent of 50% by volume of propylene carbonate and 50% by volume of diethyl carbonate at a ratio of 1 mol / to prepare an electrolytic solution, and the electrolytic solution is poured into the battery can (5). The battery cover (7) is fixed by caulking the battery can (5) through an insulating sealing gasket (6) coated with asphalt, and a cylindrical non-aqueous electrolyte battery having a diameter of 20 mm and a height of 50 mm (implemented) Example Battery 1) was produced.

実施例2 本実施例は、LiCoO2を単独で正極材料として使用した
非水電解液二次電池の例である。
Example 2 This example is an example of a non-aqueous electrolyte secondary battery using LiCoO 2 alone as a positive electrode material.

LiCoO291重量部をポリフッ化ビニリデン3重量部およ
びグラファイト6重量部を混合して正極混合物を調製し
た以外は、実施例1と同様にして円筒型非水電解二次電
池(実施例電池2)を作製した。
Cylindrical nonaqueous electrolytic secondary battery (Example battery 2) in the same manner as in Example 1 except that 91 parts by weight of LiCoO 2 was mixed with 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride and 6 parts by weight of graphite to prepare a positive electrode mixture. Was prepared.

比較例1 本比較例は、実施例1の炭酸プロピレンと炭酸ジエチ
ルとの混合溶媒の代わりに炭酸プロピレンと1,2−ジメ
トキシエタンとの混合溶液を有機溶媒として使用した例
である。
Comparative Example 1 In this comparative example, a mixed solution of propylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane was used as an organic solvent instead of the mixed solvent of propylene carbonate and diethyl carbonate of Example 1.

炭酸プロピレンと1,2−ジメトキシエタンの混合溶媒
にLiPF6を溶解して電解液を調製した以外は実施例1と
同様にして円筒型非水電解二次電池(比較例1電池1)
を作製した。
Cylindrical nonaqueous electrolytic secondary battery (Comparative Example 1 Battery 1) in the same manner as in Example 1 except that LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of propylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane to prepare an electrolytic solution.
Was prepared.

以上のように作製された実施例電池1,実施例電池2お
よび比較例電池1について、それぞれ温度45℃で充放電
を繰り返し行い、各サイクルでの放電容量を求めた。そ
の結果を第2図に示す。
The battery of Example 1, the battery of Example 2, and the battery of Comparative Example 1 produced as described above were repeatedly charged and discharged at a temperature of 45 ° C., and the discharge capacity in each cycle was obtained. The result is shown in FIG.

なお、充電は、充電電圧を最大4.1Vに設定して、1A定
電流で3時間行い、また、放電は6.2オームの定抵抗で
終止電圧2.75Vまで行った。
Note that charging was performed at a constant current of 1 A for 3 hours with a charging voltage set to a maximum of 4.1 V, and discharging was performed to a final voltage of 2.75 V with a constant resistance of 6.2 ohms.

第2図から明らかなように、炭酸プロピレンと1,2−
ジメトキシエタンとの混合溶媒を使用した比較例電池1
は、充放電の繰り返しに伴う放電容量の低下が大きく、
100サイクル目で、初期放電容量980mAhが560mAh(57
%)に低下してしまう。これに対して、実施例電池1で
は100サイクル目で、初期の950mAhが800mAh(84%)に
低下するの過ぎない。また実施例電池2でも100サイク
ル目で初期の980mAhが830mAhに低下するに過ぎない。
As is clear from FIG. 2, propylene carbonate and 1,2-
Comparative battery 1 using a mixed solvent with dimethoxyethane
Has a large decrease in discharge capacity due to repeated charging and discharging,
At the 100th cycle, the initial discharge capacity of 980 mAh is 560 mAh (57
%). On the other hand, in the battery 1 of the embodiment, at the 100th cycle, the initial 950 mAh is merely reduced to 800 mAh (84%). Also in the battery 2 of the embodiment, the initial 980 mAh at the 100th cycle is merely reduced to 830 mAh.

このように炭酸プロピレンとジメトキシエタンの混合
溶媒を用いた比較例電池1では45℃では非常に大きな容
量低下を来すのに対して、本発明による電解液(炭酸プ
ロピレンと炭酸ジエチルの混合溶媒)を用いた実施例電
池1および実施例電池2では、ともに45℃でも常温に比
較して僅かに容量低下するに止まり、その効果が大なる
ことがわかる。
As described above, in the comparative example battery 1 using the mixed solvent of propylene carbonate and dimethoxyethane, the capacity greatly decreased at 45 ° C., whereas the electrolytic solution according to the present invention (the mixed solvent of propylene carbonate and diethyl carbonate) In Example Battery 1 and Example Battery 2 each using, even at 45 ° C., the capacity was only slightly reduced as compared with room temperature, and it can be seen that the effect was large.

因に常温での同様な放電サイクル試験では、比較例電
池1および実施例電池1,実施例電池2のいずれもサイク
ルに伴う容量低下の度合はまったく変わらず、100サイ
クル時点で共に初期容量の約90%であった。
However, in the same discharge cycle test at normal temperature, the degree of the capacity decrease accompanying the cycle was not changed in any of the comparative example battery 1, the example battery 1 and the example battery 2, and at the time of 100 cycles, both of the initial capacity decreased. 90%.

実施例3 本実施例は、負極材料としてピッチコークスを、正極
材料としてLiMn2O4を、また電解液の有機溶媒としてプ
ロピレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合
溶媒を使用した非水電解液二次電池の例である。
Example 3 In this example, a nonaqueous electrolyte secondary battery using pitch coke as a negative electrode material, LiMn 2 O 4 as a positive electrode material, and a mixed solvent of propylene carbonate and diethyl carbonate as an organic solvent for the electrolyte was used. This is an example.

負極を作製するには、先ず、ピッチコークスを平均粒
径40μmに粉砕した後、不活性ガス気流中1000℃で焼成
して炭素材料粉末を得た。
To produce the negative electrode, first, pitch coke was pulverized to an average particle size of 40 μm, and then fired at 1000 ° C. in an inert gas stream to obtain a carbon material powder.

この炭素材料粉末90重量部を、結着剤であるポリフッ
化ビニリデン10重量部と混合して負極混合物を調製し、
この混合物を溶剤n−メチル−2−ピロリドンに分散さ
せてスラリー状とし、負極スラリーを調製した。
90 parts by weight of this carbon material powder was mixed with 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder to prepare a negative electrode mixture,
This mixture was dispersed in a solvent n-methyl-2-pyrrolidone to form a slurry, thereby preparing a negative electrode slurry.

そして、この負極スラリーを負極集電体となる厚さ10
μmの帯状の銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた
後、ロールプレス機で圧縮成型し、帯状負極を作製し
た。
Then, the negative electrode slurry is applied to a thickness of 10 to serve as a negative electrode current collector.
After uniformly applying and drying both sides of a strip-shaped copper foil having a thickness of μm, the strip-shaped copper foil was compression-molded with a roll press to produce a strip-shaped negative electrode.

一方、正極を作製するには、先ず400℃で熱処理した
二酸化マンガンと炭酸リチウムを1モル対0.25モルなる
比率で混合し、空気中850℃で5時間焼成してLiMn2O
4(Li0.5MnO2)を得た。
On the other hand, to produce a positive electrode, first, manganese dioxide and lithium carbonate heat-treated at 400 ° C. were mixed at a ratio of 1 mol to 0.25 mol, and calcined in air at 850 ° C. for 5 hours to produce LiMn 2 O
4 (Li 0.5 MnO 2 ) was obtained.

次いで、このLiMn2O486重量部を導電剤であるグラフ
ァイト10重量部および結着剤であるポリフッ化ビニリデ
ン4重量部と混合して正極混合物を調製し、この正極混
合物を溶剤N−メチル−2−ピロリドンにに分散させて
スラリーとし、正極スラリーを作製した。
Then, 86 parts by weight of the LiMn 2 O 4 were mixed with 10 parts by weight of graphite as a conductive agent and 4 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder to prepare a positive electrode mixture. The slurry was dispersed in 2-pyrrolidone to prepare a positive electrode slurry.

最後に、この正極スラリーを正極集電体となる厚さ30
μm帯状アルミニウム箔両面に均一に塗布し、乾燥させ
た後、ロールプレス機で圧縮成型して帯状正極を作製し
た。
Lastly, the positive electrode slurry is converted to a positive electrode current collector having a thickness of 30%.
After being uniformly applied to both sides of the μm band-shaped aluminum foil and dried, the band-shaped positive electrode was prepared by compression molding with a roll press.

次に、帯状負極,帯状正極および厚さ25μmの微孔性
ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータを、渦巻電
極素子とした場合に、電池缶に適切に納まる寸法となる
ように、それぞれの幅および長さを調整し、渦巻式電極
を作製した。このようにして作製された渦巻式電極をニ
ッケルメッキを施した鉄製電池缶に収納し、渦巻式電極
上下両面には絶縁板を配置した。そして、正極集電体か
らアルミニウム製正極リードを導出し、負極集電体から
はニッケル製負極リードを負極集電体から導出してそれ
ぞれ電池缶に溶接した。
Next, when the separator composed of the strip-shaped negative electrode, the strip-shaped positive electrode, and the microporous polypropylene film having a thickness of 25 μm is formed into a spiral electrode element, the width and length of each are set so that the dimensions can be appropriately accommodated in the battery can. After adjustment, a spiral electrode was manufactured. The spiral electrode manufactured in this manner was housed in a nickel-plated iron battery can, and insulating plates were arranged on both upper and lower surfaces of the spiral electrode. Then, an aluminum positive electrode lead was derived from the positive electrode current collector, and a nickel negative electrode lead was derived from the negative electrode current collector and welded to the battery can, respectively.

そして、炭酸プロピレン25容量%と炭酸ジエチル25容
量%との混合溶媒にLiPF6を1モル/なる割合で溶解
させた電解液を調製し、この電解液を電池管の中に注入
し、アスファルトを塗布した絶縁封口ガスケットを介し
て電池缶をかしめることで電池蓋を固定し、直径14mm、
高さ50mmの円筒型非水電解液電池(実施例電池3)を作
製した。
Then, an electrolyte is prepared by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent of 25% by volume of propylene carbonate and 25% by volume of diethyl carbonate at a ratio of 1 mol / mol, and this electrolyte is poured into a battery tube to remove asphalt. The battery lid is fixed by caulking the battery can through the applied insulating sealing gasket, 14 mm in diameter,
A 50 mm high cylindrical nonaqueous electrolyte battery (Example Battery 3) was produced.

比較例2 本比較例は、実施例3のプロピレンカーボネートとジ
エチルカーボネートとの混合溶媒の代わりにプロピレン
ポリカーボネートと1,2ジメトキシエタンとの混合溶媒
を有機溶媒として使用した例である。
Comparative Example 2 In this comparative example, a mixed solvent of propylene polycarbonate and 1,2 dimethoxyethane was used as an organic solvent instead of the mixed solvent of propylene carbonate and diethyl carbonate of Example 3.

炭酸プロピレン50容量%と1,2−ジメトキシエタン50
容量%との混合溶媒にLiPF6を溶解して電解液を調製し
た以外は、実施例3と同様にして円筒型非水電解液二次
電池(比較例電池2)を作製した。
Propylene carbonate 50% by volume and 1,2-dimethoxyethane 50
A cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery (Comparative Battery 2) was produced in the same manner as in Example 3, except that LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent with a volume percentage of LiPF 6 to prepare an electrolytic solution.

以上のように作製された実施例電池3および比較例電
池2について、それぞれ45℃の雰囲気で、充放電を繰り
返し行い各サイクルでの放電容量を測定した。その結果
を第2図に示す。
The battery of Example 3 and the battery of Comparative Example 2 produced as described above were repeatedly charged and discharged in an atmosphere at 45 ° C., respectively, and the discharge capacity in each cycle was measured. The result is shown in FIG.

なお、充電は、充電電圧を最大4.2Vに設定して400mA
定電流で3時間行い、放電は、200mAの定電流で終止電
圧2.75Vまで行った。
For charging, set the charging voltage to a maximum of 4.2 V and set the charging voltage to 400 mA.
The discharge was performed at a constant current of 3 hours at a constant current of 200 mA to a final voltage of 2.75 V.

第2図から明らかなように、炭酸プロピレンと1,2−
ジメトキシエタンとの混合溶媒を使用した比較例電池2
は、サイクルに伴う容量低下が大きく、100サイクル目
で、初期の405mAhが200mAh(49%)に低下してしまう。
これに対して、炭酸プロピレンと炭酸ジエチルとの混合
溶媒を使用した実施例電池3では、100サイクル目の放
電容量は初期の放電容量の82%であり、放電容量の低下
は僅かであることがわかる。
As is clear from FIG. 2, propylene carbonate and 1,2-
Comparative battery 2 using a mixed solvent with dimethoxyethane
In the case of, the capacity decrease accompanying the cycle is large. At the 100th cycle, the initial 405 mAh drops to 200 mAh (49%).
On the other hand, in Example Battery 3 using the mixed solvent of propylene carbonate and diethyl carbonate, the discharge capacity at the 100th cycle was 82% of the initial discharge capacity, and the discharge capacity was slightly reduced. Recognize.

したがって、負極材料としてピッチコークスを、正極
材料としてLiMn2O4を使用した非水電解液二次電池にお
いても、電解液の有機溶媒として炭酸プロピレンと炭酸
ジエチルとの混合溶媒を使用すると、良好な充放電サイ
クル特性が達成されることが示された。
Therefore, even in a non-aqueous electrolyte secondary battery using pitch coke as a negative electrode material and LiMn 2 O 4 as a positive electrode material, it is preferable to use a mixed solvent of propylene carbonate and diethyl carbonate as an organic solvent for the electrolyte. It was shown that charge-discharge cycle characteristics were achieved.

なお、常温で、同様にして充放電サイクル特性を検討
した結果、比較例2および実施例3の電池は、100サイ
クル時点での放電容量は共に初期放電容量の約88%であ
った。
The charge / discharge cycle characteristics were also examined at room temperature in the same manner. As a result, the batteries of Comparative Example 2 and Example 3 had a discharge capacity at the time of 100 cycles of about 88% of the initial discharge capacity.

比較例3 本比較例は、負極材料として金属リチウムを、正極材
料としてLiCoO2を、また電解液の有機溶媒として炭酸プ
ロピレンと炭酸ジエチルとの混合溶媒を使用した例あ
る。
Comparative Example 3 In this comparative example, metallic lithium was used as the negative electrode material, LiCoO 2 was used as the positive electrode material, and a mixed solvent of propylene carbonate and diethyl carbonate was used as the organic solvent of the electrolytic solution.

負極を作製するには、先ず、金属リチウム80μmを負
極集電体として厚さ15μmの帯状の銅箔の両面に張り合
わせロールプレス機で圧着し、帯状負極を作製した。
In order to produce a negative electrode, first, 80 μm of metallic lithium was used as a negative electrode current collector and bonded to both sides of a 15 μm-thick strip-shaped copper foil with a roll press to produce a strip-shaped negative electrode.

一方、正極を作製するには、LiCoO2を導電剤であるグ
ラファイトおよび結着剤であるポリフッ化ビニリデンと
下記の組成に従って混合して正極混合物を調製し、この
正極混合物をN−メチル−2−ピロリドンに分散させて
スラリー状とし、正極スラリーを調製した。
On the other hand, to prepare a positive electrode, LiCoO 2 was mixed with graphite as a conductive agent and polyvinylidene fluoride as a binder according to the following composition to prepare a positive electrode mixture, and this positive electrode mixture was N-methyl-2- The slurry was dispersed in pyrrolidone to prepare a positive electrode slurry.

そして正極スラリーを正極集電体となる厚さ20μm帯
状アルミニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた
後、ロールプレス機で圧縮成型して帯状正極を作製し
た。
Then, the positive electrode slurry was uniformly applied to both sides of a 20-μm-thick strip-shaped aluminum foil serving as a positive electrode current collector, dried, and then compression-molded with a roll press to produce a strip-shaped positive electrode.

次いで、帯状リチウム金属負極,帯状正極および微孔
性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータを、渦巻
電極素子とした場合に電池缶に適切に納まる寸法となる
ように、それぞれの幅および長さを調整し、渦巻式電極
を作製した。このような作製された渦巻式電極をニッケ
ルメッキを施した鉄製電池缶に収納し、渦巻式電極上下
両面には絶縁板を配置した。そして、正極集電体からア
ルミニウム製正極リードを導出し、負極集電体からはニ
ッケル製負極リードを負極集電体から導出してそれぞれ
電池缶に溶接した。
Next, the width and length of each separator are adjusted so that the separator composed of the strip-shaped lithium metal negative electrode, the strip-shaped positive electrode, and the microporous polypropylene film has a dimension that can be appropriately accommodated in the battery can when the spiral electrode element is used. A formula electrode was prepared. The spiral electrode manufactured as described above was housed in a nickel-plated iron battery can, and insulating plates were arranged on the upper and lower surfaces of the spiral electrode. Then, an aluminum positive electrode lead was derived from the positive electrode current collector, and a nickel negative electrode lead was derived from the negative electrode current collector and welded to the battery can, respectively.

次に、この電池缶の中にプロピレンカーボネート50容
量%とジエチルカーボネート50容量%の混合溶媒中にLi
PF6を1モル/なる割合で溶解させた電解液を注入
し、アスファルトを塗布した絶縁封口ガスケットを介し
て電池缶をかしめることで電池蓋を固定し、直径20mm、
高さ50mmの円筒非水電解液電池(比較例電池3)を作製
した。
Next, Li in a mixed solvent of 50% by volume of propylene carbonate and 50% by volume of diethyl carbonate in the battery can.
An electrolyte in which PF 6 was dissolved at a rate of 1 mol / injection was injected, and the battery lid was fixed by caulking the battery can through an insulating sealing gasket coated with asphalt.
A cylindrical nonaqueous electrolyte battery (comparative battery 3) having a height of 50 mm was produced.

作製された比較例電池3を、常温にて、充放電を繰り
返し行い各サイクルでの放電容量を測定した。その結果
を第4図に示す。
The battery of Comparative Example 3 was repeatedly charged and discharged at room temperature, and the discharge capacity at each cycle was measured. The result is shown in FIG.

なお、充電は、充電電圧を最大4.1Vに設定して250mA
電流で7時間行い、また放電は、6Ω抵抗で終始電圧2.
75Vまで行った。
For charging, set the charging voltage to a maximum of 4.1 V and set it to 250 mA
The current was applied for 7 hours, and the discharge was started at a voltage of 2.
It went to 75V.

第4図から、放電容量は充放電を繰り返すのに伴なっ
て大きく低下し50サイクルで初期の放電容量の56%に低
下している。したがって、これらの結果から、リチウム
電極を負極とする非水電解二次電池においては、有機溶
媒として炭酸プロピレンと炭酸ジエチルとの混合溶媒を
使用した場合でも充放電サイクル特性が改善されないこ
とが示され、上記混合溶媒は炭素材料を負極に使用する
非水電解電池に使用して初めて充放電サイクル特性の改
善効果を示すことがわかった。
As shown in FIG. 4, the discharge capacity is greatly reduced as charge and discharge are repeated, and is reduced to 56% of the initial discharge capacity in 50 cycles. Therefore, these results show that in a nonaqueous electrolytic secondary battery having a lithium electrode as a negative electrode, the charge / discharge cycle characteristics are not improved even when a mixed solvent of propylene carbonate and diethyl carbonate is used as an organic solvent. It has been found that the mixed solvent exhibits the effect of improving the charge / discharge cycle characteristics only when used in a nonaqueous electrolytic battery using a carbon material for the negative electrode.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上の説明からも明らかなように、本発明の非水電解
液二次電池は、Liを含む複合金属酸化物を正極としカー
ボン材料を負極とする非水電解二次電池において、その
電解液の有機溶媒として炭酸プロピレンと炭酸ジエチル
の混合溶媒を使用しているので、エネルギー密度が高
く、無公害であるとともに高温環境下においても良好な
充放電サイクル寿命を示す。
As is clear from the above description, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a nonaqueous electrolyte secondary battery in which a composite metal oxide containing Li is used as a positive electrode and a carbon material is used as a negative electrode. Since a mixed solvent of propylene carbonate and diethyl carbonate is used as the organic solvent, it has a high energy density, is non-polluting, and has a good charge / discharge cycle life even in a high temperature environment.

したがって、本発明の非水電解液二次電池によれば、
近年開発が進められている小型ポータブル機器において
も、その小型軽量性を損なうことなく、充分量のエネル
ギーを長いサイクル寿命で供給することができる。ま
た、上記非水電解液二次電池は、高温においても良好な
充放電サイクル特性を有するので、鉛電池あるいはニッ
ケルカドミウム電池に代わる二次電池として、広範囲に
亘る分野で使用することが可能である。
Therefore, according to the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention,
Even small portable devices, which have been developed in recent years, can supply a sufficient amount of energy with a long cycle life without impairing their small size and light weight. Further, since the nonaqueous electrolyte secondary battery has good charge / discharge cycle characteristics even at high temperatures, it can be used in a wide range of fields as a secondary battery replacing a lead battery or a nickel cadmium battery. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は円筒形非水電解液二次電池の構成例を示す断面
図である。 第2図ないし第4図は電解液の有機溶媒の種類による非
水電解液二次電池の充放電サイクル特性の相違を示す特
性図である。 1……負極 2……正極 3……セパレータ 5……電池缶 7……電池蓋
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration example of a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery. FIGS. 2 to 4 are characteristic diagrams showing the difference in the charge / discharge cycle characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery depending on the type of the organic solvent of the electrolyte. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Negative electrode 2 ... Positive electrode 3 ... Separator 5 ... Battery can 7 ... Battery cover

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永浦 亨 福島県郡山市日和田町高倉字下杉下1― 1 株式会社ソニー・エナジー・テック 郡山工場内 (56)参考文献 特開 平4−171675(JP,A) 特開 平4−171674(JP,A) 特開 平4−155775(JP,A) 特開 平3−252065(JP,A) 特開 平2−172163(JP,A) 特開 平2−172162(JP,A) 特開 平2−139861(JP,A) 特開 平2−66856(JP,A) 特開 平2−12777(JP,A) 特開 平2−10666(JP,A) 特開 昭63−299056(JP,A) 特開 昭63−121260(JP,A) 特開 昭63−121259(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/40 H01M 4/02 H01M 4/58 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Toru Nagaura 1-1 Shimosugishita, Takakura, Hiwada-cho, Koriyama-shi, Fukushima Prefecture 1-1 Sony Energy Tech Koriyama Plant (56) References JP-A-4-171675 ( JP, A) JP-A-4-171674 (JP, A) JP-A-4-155775 (JP, A) JP-A-3-252065 (JP, A) JP-A-2-172163 (JP, A) JP JP-A-2-172162 (JP, A) JP-A-2-139861 (JP, A) JP-A-2-66856 (JP, A) JP-A-2-12777 (JP, A) JP-A-2-10666 (JP) JP-A-63-299056 (JP, A) JP-A-63-121260 (JP, A) JP-A-63-121259 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB Name) H01M 10/40 H01M 4/02 H01M 4/58

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】LixMO2(但し、MはCo,Ni,Mnの少なくとも
1種を表し、xは1または0.5である。)を正極材料と
して含む正極と、(002)面の面間隔d002が3.70Å以上
であり示差熱分析において700℃以上に発熱ピークを持
たない炭素質材料を負極材料として含む負極とを備え、 電解液の有機溶媒が炭酸プロピレンと炭酸ジエチルの混
合溶媒であることを特徴とする非水電解液二次電池。
1. A distance between a positive electrode containing Li x MO 2 (where M represents at least one of Co, Ni, and Mn, and x is 1 or 0.5) as a positive electrode material, and a (002) plane. d 002 is a negative electrode containing a carbonaceous material having no exothermic peak at 700 ° C. or higher as an anode material in and differential thermal analysis at least 3.70A, organic solvent of the electrolytic solution is a mixed solvent of propylene carbonate and diethyl carbonate Non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by the above-mentioned.
【請求項2】上記炭酸プロピレンと炭酸ジエチルの混合
比が容積比で75:25〜15:85であることを特徴とする請求
項1記載の非水電解液二次電池。
2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the mixing ratio of the propylene carbonate and diethyl carbonate is 75:25 to 15:85 by volume.
【請求項3】上記正極及び負極は、集電体の両面に上記
正極材料または負極材料を成形した帯状電極であり、 これら正極と負極がセパレータを介して巻回され渦巻式
電極とされていることを特徴とする請求項1記載の非水
電解液二次電池。
3. The positive electrode and the negative electrode are strip-shaped electrodes obtained by molding the positive electrode material or the negative electrode material on both sides of a current collector, and the positive electrode and the negative electrode are wound through a separator to form a spiral electrode. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein:
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