JP3223051B2 - Lithium secondary battery - Google Patents

Lithium secondary battery

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JP3223051B2
JP3223051B2 JP23834094A JP23834094A JP3223051B2 JP 3223051 B2 JP3223051 B2 JP 3223051B2 JP 23834094 A JP23834094 A JP 23834094A JP 23834094 A JP23834094 A JP 23834094A JP 3223051 B2 JP3223051 B2 JP 3223051B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、リチウム二次電池に係
わり、詳しくは高電圧、且つ高容量のリチウム二次電池
を提供することを目的とした、正極材料の改良に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly to an improvement in a positive electrode material for providing a high voltage and high capacity lithium secondary battery.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
正極にLiCoO2 、LiNiO2 、LiMnO2 等の
リチウム−遷移金属複合酸化物を使用し、負極にリチウ
ムイオンを吸蔵及び放出することが可能な炭素材料を使
用したリチウム二次電池が、サイクル特性に優れている
ことから注目されている。
2. Description of the Related Art In recent years,
Lithium secondary batteries using lithium-transition metal composite oxides such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , and LiMnO 2 for the positive electrode and a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions for the negative electrode have cycle characteristics. It is noted for its superiority.

【0003】しかし、リチウム−遷移金属複合酸化物の
単位重量当たりの容量は、負極に使用される炭素材料の
それに比べて小さい。このため、従来のこの種のリチウ
ム二次電池には、電池容量の点で改良の余地があった。
[0003] However, the capacity per unit weight of the lithium-transition metal composite oxide is smaller than that of the carbon material used for the negative electrode. For this reason, conventional lithium secondary batteries of this type have room for improvement in terms of battery capacity.

【0004】この問題を解決したものとして、黒鉛の層
間にアニオンをドープしてなる層間化合物を正極材料と
する正極と、予めリチウムをドープした黒鉛を負極材料
とする負極とを備えたリチウム二次電池が提案されてい
る(特開平5−211070号公報)。この電池は、正
極活物質の単位重量当たりの容量が従来のリチウム−遷
移金属複合酸化物を使用した正極のそれに比べて大きい
ため、高容量ではある。
As a solution to this problem, a lithium secondary battery comprising a positive electrode using an interlayer compound obtained by doping an anion between graphite layers as a positive electrode material and a negative electrode using graphite doped with lithium in advance as a negative electrode material. A battery has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 5-21070). This battery has a high capacity because the capacity per unit weight of the positive electrode active material is larger than that of a positive electrode using a conventional lithium-transition metal composite oxide.

【0005】しかしながら、上記の層間化合物は、ドー
プすべきアニオンを含有する塩を溶かした溶液中で黒鉛
を陽極酸化することにより作製されたものである。かか
る溶液中での陽極酸化においては、陽極酸化時の印加電
圧を溶媒の分解電圧以上に高くすることはできない。こ
のため、同公報には、溶媒の分解電圧より低い電圧でド
ーピング可能なアニオンしか示されておらず、高い正極
電位においてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが
可能な層間化合物は開示されていない。すなわち、同公
報開示の電池には、高電圧を取り出すことが困難である
という問題があった。
[0005] However, the above-mentioned interlayer compound is produced by anodizing graphite in a solution in which a salt containing an anion to be doped is dissolved. In the anodic oxidation in such a solution, the applied voltage during anodic oxidation cannot be higher than the decomposition voltage of the solvent. For this reason, the publication only discloses anions that can be doped at a voltage lower than the decomposition voltage of the solvent, and does not disclose an intercalation compound capable of inserting and extracting lithium ions at a high positive electrode potential. That is, the battery disclosed in the publication has a problem that it is difficult to extract a high voltage.

【0006】本発明は、以上の事情に鑑みなされたもの
であって、その目的とするところは、高電圧、且つ高容
量のリチウム二次電池を提供するにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a high-voltage, high-capacity lithium secondary battery.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項1記載の発明に係る電池組立直後の状態が充電
状態にあるリチウム二次電池(以下、「第1電池」と称
する)は、層状構造をなす炭素材料の層間に、下式(I)
又は下式(II)で表される有機酸リチウム塩のアニオンを
ドープしてなる層間化合物が、正極材料として使用され
てなる。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a lithium secondary battery (hereinafter referred to as a "first battery") in a charged state immediately after battery assembly. , Between the layers of the carbon material having a layered structure, the following formula (I)
Alternatively, an interlayer compound doped with an anion of an organic acid lithium salt represented by the following formula (II) is used as a positive electrode material.

【0008】[0008]

【化3】 Embedded image

【0009】〔式(I) 中、R1 はフェニル基、トリル基
又は炭素数1〜5のアルキル基であり、式(II)中、R2
はフェニル基、トリル基又は炭素数1〜4のアルキル基
である。〕
[0009] [In formula (I), R 1 is a phenyl group, a tolyl group or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, in formula (II), R 2
Is a phenyl group, a tolyl group or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. ]

【0010】また、上記目的を達成するための請求項3
記載の発明に係る電池組立直後の状態が放電状態にある
リチウム二次電池(以下、「第2電池」と称する。)
は、層状構造をなす炭素材料の層間に、下式(I) 又は下
式(II)で表される有機酸リチウム塩のアニオン及びリチ
ウムイオンをドープしてなる層間化合物が、正極材料と
して使用されてなる。なお、以下において、第1電池と
第2電池とを本発明電池と総称することがある。
In order to achieve the above object, a third aspect of the present invention is provided.
The lithium secondary battery according to the invention described above is in a discharged state immediately after battery assembly (hereinafter, referred to as a “second battery”).
Is used as a cathode material, an interlayer compound obtained by doping an anion and a lithium ion of an organic acid lithium salt represented by the following formula (I) or (II) between layers of a carbon material having a layered structure. It becomes. In the following, the first battery and the second battery may be collectively referred to as the battery of the present invention.

【0011】[0011]

【化4】 Embedded image

【0012】〔式(I) 中、R1 はフェニル基、トリル基
又は炭素数1〜5のアルキル基であり、式(II)中、R2
はフェニル基、トリル基又は炭素数1〜4のアルキル基
である。〕
[0012] [In formula (I), R 1 is a phenyl group, a tolyl group or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, in formula (II), R 2
Is a phenyl group, a tolyl group or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. ]

【0013】層状構造をなす炭素材料としては、黒鉛、
コークス、有機物焼成体が例示される。これらの炭素材
料は、粉体をそのまま使用してもよく、必要に応じて、
精製処理、加熱処理(500〜3000°C)、酸処
理、アルカリ処理、膨張化処理等の前処理を施したのち
使用してもよい。
As the carbon material having a layered structure, graphite,
Examples include coke and a fired organic material. These carbon materials, powder may be used as it is, if necessary,
It may be used after pretreatment such as purification treatment, heat treatment (500 to 3000 ° C.), acid treatment, alkali treatment, and expansion treatment.

【0014】有機酸リチウム塩としては、安息香酸リチ
ウム、p−トルイル酸リチウム及びその異性体、酢酸リ
チウム、プロピオン酸リチウム、n−酪酸リチウム及び
その異性体、n−吉草酸リチウム及びその異性体、n−
ヘキサン酸リチウム及びその異性体、ベンゼンスルホン
酸リチウム、p−トルエンスルホン酸リチウム及びその
異性体、メタンスルホン酸リチウム、エタンスルホン酸
リチウム、1−プロパンスルホン酸リチウム及びその異
性体、1−ブタンスルホン酸リチウム及びその異性体が
例示される。
Examples of the lithium organic acid salt include lithium benzoate, lithium p-toluate and its isomers, lithium acetate, lithium propionate, lithium n-butyrate and its isomers, lithium n-valerate and its isomers, n-
Lithium hexanoate and its isomers, lithium benzenesulfonate, lithium p-toluenesulfonate and its isomers, lithium methanesulfonate, lithium ethanesulfonate, lithium 1-propanesulfonate and its isomers, 1-butanesulfonic acid Lithium and its isomers are exemplified.

【0015】本発明電池における正極材料は、炭素材料
の層間に、上式(I) 又は上式(II)で表される有機酸リチ
ウム塩のアニオン、若しくは、アニオン及びリチウムイ
オンをドープしてなる層間化合物である。
The positive electrode material in the battery of the present invention is obtained by doping an anion of the organic acid lithium salt represented by the above formula (I) or the above formula (II), or an anion and a lithium ion between carbon material layers. It is an intercalation compound.

【0016】第1電池においては、炭素材料の層間にア
ニオンをドープした層間化合物が正極に使用される。こ
の場合、正極は、例えば次の方法により作製される。
In the first battery, an interlayer compound doped with an anion between carbon material layers is used for the positive electrode. In this case, the positive electrode is produced, for example, by the following method.

【0017】先ず、炭素材料と、結着剤(ポリフッ化ビ
ニリデンなど)とを溶媒(N−メチルピロリドンなど)
に溶かしてスラリーとし、このスラリーを正極集電体に
塗布する。次いで、これを真空下で加熱乾燥した後、電
解セルの陽極に接続し、溶融した有機酸リチウム塩に浸
漬した状態で、定電位酸化(陽極酸化)を行い、炭素材
料の層間にアニオンをドープする。
First, a carbon material and a binder (eg, polyvinylidene fluoride) are mixed with a solvent (eg, N-methylpyrrolidone).
Into a slurry, and this slurry is applied to the positive electrode current collector. Next, this is heated and dried under vacuum, connected to the anode of the electrolytic cell, and immersed in a molten lithium salt of an organic acid, is subjected to constant potential oxidation (anodic oxidation) to dope anions between carbon material layers. I do.

【0018】また、第2電池においては、炭素材料の層
間にアニオン及びリチウムイオンをドープしてなる層間
化合物が正極に使用される。この場合、正極は、例えば
次の方法により作製される。
In the second battery, an interlayer compound obtained by doping anions and lithium ions between carbon material layers is used for the positive electrode. In this case, the positive electrode is produced, for example, by the following method.

【0019】上記した第1電池の正極の作製法と同様に
して、炭素材料の層間にアニオンをドープする。次い
で、電解セルの両端子の極性を反転して定電位還元(陰
極還元)を行うことにより、炭素材料の層間にアニオン
の他に、さらにリチウムイオンをドープする。因みに、
先の定電位酸化により炭素材料の層間にドープした有機
酸リチウム塩のアニオンは、後の定電位還元時にアンド
ープされない。
An anion is doped between carbon material layers in the same manner as in the above-described method for producing the positive electrode of the first battery. Next, by inverting the polarity of both terminals of the electrolytic cell and performing a constant potential reduction (cathode reduction), lithium ions are further doped between the carbon material layers in addition to the anions. By the way,
The anion of the organic acid lithium salt doped between the carbon material layers by the above-mentioned constant potential oxidation is not undoped during the subsequent constant potential reduction.

【0020】第1電池においては、負極材料として、例
えばLi−Al合金、Li−Sn合金等のリチウム合金
及び金属リチウムが、また第2電池においては、負極材
料として、例えば黒鉛、コークス、有機物焼成体等の炭
素材料が、それぞれ好適に使用される。
In the first battery, a negative electrode material is, for example, a lithium alloy such as a Li--Al alloy or a Li--Sn alloy, and metallic lithium. In the second battery, the negative electrode material is, for example, graphite, coke, or an organic material. A carbon material such as a body is preferably used.

【0021】本発明電池は、上述の如く、正極材料とし
て、上式(I) 又は上式(II)で表される有機酸リチウム塩
のアニオン、若しくは、有機酸リチウム塩のアニオン及
びリチウムイオンを炭素材料の層間にドープした層間化
合物を使用した点に特徴を有する。それゆえ、非水電解
質、セパレータ(液体電解質を使用する場合)などの電
池を構成する他の部材については、従来リチウム二次電
池用として実用され、あるいは提案されている種々の材
料を使用することができる。
As described above, the battery of the present invention comprises, as a positive electrode material, an anion of a lithium salt of an organic acid represented by the above formula (I) or (II), or an anion of a lithium salt of an organic acid and lithium ion. It is characterized in that an interlayer compound doped between carbon material layers is used. Therefore, for other components constituting the battery such as a non-aqueous electrolyte and a separator (when a liquid electrolyte is used), various materials which have been conventionally used or proposed for lithium secondary batteries must be used. Can be.

【0022】[0022]

【作用】本発明電池においては、正極材料として、層状
構造をなす炭素材料の層間に上式(I) 又は上式(II)で表
される有機酸リチウム塩のアニオン、若しくは、該アニ
オン及びリチウムイオンをドープしてなる層間化合物が
使用されているので、正極電位が高くなるとともに、正
極の充放電容量が大きくなる。正極の充放電容量が大き
くなるのは、分子構造の大きい有機酸リチウム塩のアニ
オンが炭素材料の層間を押し拡げ、且つ整然と層間にド
ープされるため、リチウムイオンのドープ量が大きくな
ったためと考えられる。
In the battery of the present invention, as the positive electrode material, an anion of the organic acid lithium salt represented by the above formula (I) or (II), or the anion and lithium, between the layers of the carbon material having a layered structure. Since the intercalation compound doped with ions is used, the potential of the positive electrode increases and the charge / discharge capacity of the positive electrode increases. The reason why the charge / discharge capacity of the positive electrode is increased is considered that the anion of the organic acid lithium salt having a large molecular structure spreads between the carbon material layers and is orderly doped between the layers, thereby increasing the doping amount of lithium ions. Can be

【0023】[0023]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるも
のではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変
更して実施することが可能なものである。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples, and the present invention may be practiced by appropriately changing the gist of the invention. Is possible.

【0024】(実施例1) 〔正極の作製〕黒鉛粉末1.8gと、結着剤としてのポ
リフッ化ビニリデン(PVdF)0.2gとを混合し、
N−メチルピロリドンに分散させてスラリー状の正極合
剤を調製した。このスラリー状の正極合剤をドクターブ
レード法にて正極集電体としてのアルミニウム箔の両面
に塗布した後、150°Cで2時間真空乾燥した。次
に、電解セルを使用して、4.5Vの印加電圧で定電位
酸化(陽極酸化)を行い、アニオン(安息香酸イオン)
を黒鉛の層間にドープして層間化合物を作製した。定電
位酸化は、電解セルの回路内を流れる電流密度が10μ
A/cm2 になった時点で終了した。
Example 1 [Preparation of Positive Electrode] 1.8 g of graphite powder and 0.2 g of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were mixed.
The slurry was dispersed in N-methylpyrrolidone to prepare a slurry positive electrode mixture. The slurry-like positive electrode mixture was applied on both sides of an aluminum foil as a positive electrode current collector by a doctor blade method, and then dried in vacuum at 150 ° C. for 2 hours. Next, using an electrolysis cell, constant potential oxidation (anodic oxidation) is performed at an applied voltage of 4.5 V, and anions (benzoate ions) are obtained.
Was doped between graphite layers to produce an interlayer compound. In the constant potential oxidation, the current density flowing in the circuit of the electrolytic cell is 10 μm.
The process was completed when the A / cm 2 was reached.

【0025】図1は定電位酸化に使用した電解セルCの
部分断面図であり、図示の電解セルCは、リチウム極1
(参照極)、正極合剤を塗布したアルミニウム箔2(作
用極)、白金極3(対極)、安息香酸リチウムの240
°Cの溶融液4、容器5、電流計6、電圧計7などから
なる。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an electrolytic cell C used for constant potential oxidation.
(Reference electrode), aluminum foil 2 coated with a positive electrode mixture (working electrode), platinum electrode 3 (counter electrode), 240 of lithium benzoate
It consists of a melt 4, a container 5, an ammeter 6, a voltmeter 7, etc.

【0026】次いで、電解セルの両端子の極性を反転し
て、2.75Vの印加電圧で定電位還元(陰極還元)を
行ない、アニオンの対イオンたるリチウムイオンを黒鉛
の層間にドープして、黒鉛の層間にアニオン及びその対
イオンがドープされた正極を作製した。定電位還元も、
電解セルの回路内を流れる電流密度が10μA/cm2
になった時点で終了した。
Next, the polarity of both terminals of the electrolytic cell is reversed, and a constant potential reduction (cathode reduction) is performed at an applied voltage of 2.75 V, and lithium ions as counter ions of anions are doped between graphite layers. A positive electrode doped with an anion and its counter ion between graphite layers was produced. Constant potential reduction also
The current density flowing in the circuit of the electrolytic cell is 10 μA / cm 2
It ended when it became.

【0027】〔負極の作製〕黒鉛粉末1.8gと、結着
剤としてのポリフッ化ビニリデン0.2gとを混合し、
N−メチルピロリドンに分散させてスラリーとし、この
スラリーをドクターブレード法にて負極集電体としての
銅箔の両面に塗布した後、150°Cで2時間真空乾燥
して負極を作製した。
[Preparation of negative electrode] 1.8 g of graphite powder and 0.2 g of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed.
The slurry was dispersed in N-methylpyrrolidone to form a slurry. The slurry was applied to both surfaces of a copper foil as a negative electrode current collector by a doctor blade method, and then vacuum dried at 150 ° C. for 2 hours to produce a negative electrode.

【0028】〔電解液の調製〕エチレンカーボネート
(EC)と1,2−ジメトキシエタン(DME)との等
体積混合溶媒に、LiPF6 を1モル/リットル溶かし
て非水電解液を調製した。
[Preparation of Electrolyte Solution] A non-aqueous electrolyte solution was prepared by dissolving 1 mol / l of LiPF 6 in an equal volume mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and 1,2-dimethoxyethane (DME).

【0029】〔電池の組立〕以上の正負両極及び非水電
解液を使用して、AAサイズの円筒型の本発明電池(第
2電池)BA1を組み立てた。なお、セパレータとし
て、ポリプロピレン製の微多孔膜を使用し、これに先の
非水電解液を含浸させた。
[Assembly of Battery] Using the positive and negative electrodes and the nonaqueous electrolyte described above, an AA size cylindrical battery (second battery) BA1 of the present invention was assembled. Note that a polypropylene microporous membrane was used as a separator, and this was impregnated with the nonaqueous electrolyte.

【0030】図2は、組み立てた本発明電池BA1の断
面図であり、図示の本発明電池BA1は、正極11、負
極12、これらを互いに離間するセパレータ13、正極
リード14、負極リード15、正極外部端子16、負極
缶17などからなる。
FIG. 2 is a sectional view of the assembled battery BA1 of the present invention. The illustrated battery BA1 of the present invention includes a positive electrode 11, a negative electrode 12, a separator 13, a positive electrode lead 14, a negative electrode lead 15, and a positive electrode It comprises an external terminal 16, a negative electrode can 17, and the like.

【0031】正極11及び負極12は、非水電解液を含
浸したセパレータ13を介して渦巻き状に巻き取られた
状態で負極缶17内に収容されており、正極11は正極
リード14を介して正極外部端子16に、また負極12
は負極リード15を介して負極缶17に接続され、電池
内部に生じた化学エネルギーを正極外部端子16及び負
極缶17から電気エネルギーとして外部へ取り出し得る
ようになっている。
The positive electrode 11 and the negative electrode 12 are housed in a negative electrode can 17 while being spirally wound through a separator 13 impregnated with a non-aqueous electrolyte. The positive electrode external terminal 16 and the negative electrode 12
Is connected to a negative electrode can 17 via a negative electrode lead 15 so that chemical energy generated inside the battery can be taken out of the positive electrode external terminal 16 and the negative electrode can 17 as electric energy.

【0032】(実施例2)有機酸リチウム塩として、安
息香酸リチウムに代えてp−トルイル酸リチウム(上式
(I) 中のR1 がp−トリル基であるもの)を使用したこ
と以外は実施例1と同様にして、本発明電池BA2を作
製した。
Example 2 As a lithium salt of an organic acid, lithium p-toluate (the above formula) was used in place of lithium benzoate.
Except that R 1 in (I) was used as one) a p- tolyl group in the same manner as in Example 1 to prepare a present battery BA2.

【0033】(実施例3)有機酸リチウム塩として、安
息香酸リチウムに代えて酢酸リチウム(上式(I)中のR
1 がメチル基であるもの)を使用したこと以外は実施例
1と同様にして、本発明電池BA3を作製した。
Example 3 As a lithium salt of an organic acid, lithium acetate (R in the above formula (I)) was used in place of lithium benzoate.
A battery BA3 of the present invention was produced in the same manner as in Example 1, except that 1 was a methyl group).

【0034】(実施例4)有機酸リチウム塩として、安
息香酸リチウムに代えてプロピオン酸リチウム(上式
(I) 中のR1 がエチル基であるもの)を使用したこと以
外は実施例1と同様にして、本発明電池BA4を作製し
た。
Example 4 As a lithium salt of an organic acid, lithium propionate (the above formula) was used in place of lithium benzoate.
A battery BA4 of the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except that (I) was used, in which R 1 was an ethyl group.

【0035】(実施例5)有機酸リチウム塩として、安
息香酸リチウムに代えてn−酪酸リチウム(上式(I) 中
のR1 がプロピル基であるもの)を使用したこと以外は
実施例1と同様にして、本発明電池BA5を作製した。
Example 5 Example 1 was repeated except that lithium n-butyrate (in which R 1 in the above formula (I) was a propyl group) was used instead of lithium benzoate as the lithium salt of an organic acid. In the same manner as in the above, a battery BA5 of the present invention was produced.

【0036】(実施例6)有機酸リチウム塩として、安
息香酸リチウムに代えてn−吉草酸リチウム(上式(I)
中のR1 がブチル基であるもの)を使用したこと以外は
実施例1と同様にして、本発明電池BA6を作製した。
Example 6 As a lithium salt of an organic acid, lithium n-valerate (the above formula (I)) was used in place of lithium benzoate.
Battery BA6 of the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except that R1 in the formula ( 1) was a butyl group.

【0037】(実施例7)有機酸リチウム塩として、安
息香酸リチウムに代えてn−ヘキサン酸リチウム(上式
(I) 中のR1 がペンチル基であるもの)を使用したこと
以外は実施例1と同様にして、本発明電池BA7を作製
した。
Example 7 As a lithium salt of an organic acid, lithium n-hexanoate (the above formula) was used in place of lithium benzoate.
A battery BA7 of the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except that (I) in which R 1 was a pentyl group).

【0038】(実施例8)有機酸リチウム塩として、安
息香酸リチウムに代えてベンゼンスルホン酸リチウム
(上式(II)のR2 がフェニル基であるもの)を使用した
こと以外は実施例1と同様にして、本発明電池BA8を
作製した。
Example 8 Example 1 was repeated except that lithium benzenesulfonate (in which R 2 in the above formula (II) was a phenyl group) was used instead of lithium benzoate as the lithium organic acid salt. Similarly, battery BA8 of the present invention was produced.

【0039】(実施例9)有機酸リチウム塩として、安
息香酸リチウムに代えてp−トルエンスルホン酸リチウ
ム(上式(II)中のR2 がp−トリル基であるもの)を使
用したこと以外は、実施例1と同様にして、本発明電池
BA9を作製した。
Example 9 As a lithium salt of an organic acid, except that lithium p-toluenesulfonate (where R 2 in the above formula (II) is a p-tolyl group) was used instead of lithium benzoate. In the same manner as in Example 1, a battery BA9 of the present invention was produced.

【0040】(実施例10)有機酸リチウム塩として、
安息香酸リチウムに代えてメタンスルホン酸リチウム
(上式(II)中のR2 がメチル基であるもの)を使用した
こと以外は実施例1と同様にして、本発明電池BA10
を作製した。
Example 10 As a lithium salt of an organic acid,
The battery BA10 of the present invention was prepared in the same manner as in Example 1 except that lithium methanesulfonate (in which R 2 in the above formula (II) was a methyl group) was used instead of lithium benzoate.
Was prepared.

【0041】(実施例11)有機酸リチウム塩として、
安息香酸リチウムに代えてエタンスルホン酸リチウム
(上式(II)中のR2 がエチル基であるもの)を使用した
こと以外は実施例1と同様にして、本発明電池BA11
を作製した。
Example 11 As a lithium salt of an organic acid,
The battery BA11 of the present invention was prepared in the same manner as in Example 1 except that lithium benzoate (in which R 2 in the above formula (II) was an ethyl group) was used instead of lithium benzoate.
Was prepared.

【0042】(実施例12)有機酸リチウム塩として、
安息香酸リチウムに代えて1−プロパンスルホン酸リチ
ウム(上式(II)中のR2 がプロピル基であるもの)を使
用したこと以外は実施例1と同様にして、本発明電池B
A12を作製した。
Example 12 As a lithium salt of an organic acid,
Battery B of the present invention was prepared in the same manner as in Example 1 except that lithium 1-propanesulfonate (in which R 2 in the above formula (II) was a propyl group) was used instead of lithium benzoate.
A12 was produced.

【0043】(実施例13)有機酸リチウム塩として、
安息香酸リチウムに代えて1−ブタンスルホン酸リチウ
ム(上式(II)中のR2 がブチル基であるもの)を使用し
たこと以外は実施例1と同様にして、本発明電池BA1
3を作製した。
Example 13 As a lithium salt of an organic acid,
The battery BA1 of the present invention was prepared in the same manner as in Example 1 except that lithium 1-butanesulfonate (in which R 2 in the above formula (II) was a butyl group) was used instead of lithium benzoate.
3 was produced.

【0044】(比較例)正極材料としてのLiCoO2
1.8gと、導電剤としての黒鉛0.2gとを、結着剤
としてのポリフッ化ビニリデンを5重量%含むN−メチ
ルピロリドン溶液に分散させてスラリー状の正極合剤を
調製した。このスラリー状の正極合剤をドクターブレー
ド法により正極集電体としてのアルミニウム箔の両面に
塗布した後、150°Cで2時間真空乾燥して正極を作
製した。正極としてこの正極を使用したこと以外は実施
例1と同様にして、比較電池BC1を作製した。
Comparative Example LiCoO 2 as a positive electrode material
1.8 g of graphite as a conductive agent and 0.2 g of graphite as a conductive agent were dispersed in an N-methylpyrrolidone solution containing 5% by weight of polyvinylidene fluoride as a binder to prepare a slurry-type positive electrode mixture. The slurry-like positive electrode mixture was applied to both surfaces of an aluminum foil as a positive electrode current collector by a doctor blade method, and then dried under vacuum at 150 ° C. for 2 hours to produce a positive electrode. A comparative battery BC1 was produced in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode was used as the positive electrode.

【0045】(充放電試験)本発明電池BA1及び比較
電池BC1について、200mAで終止電圧5.0Vま
で充電した後、200mAで終止電圧2.0Vまで放電
して、各電池の充放電特性を調べた。結果を図3に示
す。
(Charge / Discharge Test) The battery BA1 of the present invention and the comparative battery BC1 were charged at 200 mA to a cut-off voltage of 5.0 V, and then discharged at 200 mA to a cut-off voltage of 2.0 V, and the charge / discharge characteristics of each battery were examined. Was. The results are shown in FIG.

【0046】図3は、縦軸に電池電圧(V)を、また横
軸に充放電容量(mAh)をとって示したグラフであ
り、同図より本発明電池BA1は、LiCoO2 を正極
材料として使用した比較電池BC1に比し、高電圧であ
り、しかも充放電容量が大きいことが分かる。
FIG. 3 is a graph showing the battery voltage (V) on the ordinate and the charge / discharge capacity (mAh) on the abscissa. According to FIG. 3, the battery BA1 of the present invention uses LiCoO 2 as a cathode material. It can be seen that the voltage is higher and the charge / discharge capacity is larger than that of the comparative battery BC1 used as the battery.

【0047】本発明電池BA2〜BA13についても、
上記した方法と同様にして各電池の充放電特性を調べ
た。表1及び表2に、BA1〜BA13及び比較電池B
C1の50%放電後の電池電圧(V)及び放電容量(m
Ah)を、使用した有機酸リチウム塩の種類とともに示
す。
The batteries BA2 to BA13 of the present invention also
The charge / discharge characteristics of each battery were examined in the same manner as described above. Tables 1 and 2 show BA1 to BA13 and comparative battery B
Battery voltage (V) and discharge capacity (m) after 50% discharge of C1
Ah) is shown together with the type of the organic acid lithium salt used.

【0048】[0048]

【表1】 [Table 1]

【0049】[0049]

【表2】 [Table 2]

【0050】表1及び表2より、本発明電池BA1〜B
A13は、比較電池BC1に比べて、50%放電後の電
池電圧が高く、また放電容量が大きいことが分かる。
As shown in Tables 1 and 2, the batteries BA1 to B of the present invention were
It can be seen that A13 has a higher battery voltage after 50% discharge and a larger discharge capacity than the comparative battery BC1.

【0051】叙上の実施例では、第2電池を例に挙げて
説明したが、第1電池についても同様の結果が得られ
た。
In the above embodiment, the second battery has been described as an example, but the same result was obtained with the first battery.

【0052】また、上記実施例では、本発明を円筒型の
リチウム二次電池に適用する場合の具体例について説明
したが、電池の形状に特に制限はなく、本発明は、扁平
型、角型、フィルム型、楕円筒型など、種々の形状のリ
チウム二次電池に適用し得るものである。
In the above embodiment, a specific example in which the present invention is applied to a cylindrical lithium secondary battery has been described. However, the shape of the battery is not particularly limited. The present invention can be applied to lithium secondary batteries of various shapes, such as a battery type, a film type, and an elliptic cylinder type.

【0053】さらに、上記実施例では、液体電解質を使
用したが、固体電解質を使用することも可能である。固
体電解質を使用することにより、液漏れの心配のない、
ポジションフリーの信頼性の高い電池が得られる。
Further, in the above embodiment, a liquid electrolyte is used, but a solid electrolyte can be used. By using solid electrolyte, there is no worry about liquid leakage,
A position-free and highly reliable battery can be obtained.

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明電池は、炭素材料の層間に特定の
有機酸リチウム塩のアニオン、若しくは、アニオン及び
リチウムイオンをドープしてなる層間化合物が正極材料
として使用されているので、高電圧、且つ高容量であ
る。
According to the battery of the present invention, an anion of a specific organic acid lithium salt or an interlayer compound obtained by doping an anion and lithium ion is used as a cathode material between carbon material layers. And high capacity.

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

【図1】実施例で使用した電解セルの部分断面図であ
る。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an electrolytic cell used in an example.

【図2】実施例で組み立てた円筒型のリチウム二次電池
(本発明電池)の断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a cylindrical lithium secondary battery (battery of the present invention) assembled in an example.

【図3】本発明電池及び比較電池の充放電特性を示すグ
ラフである。
FIG. 3 is a graph showing charge / discharge characteristics of a battery of the present invention and a comparative battery.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 俊彦 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−143370(JP,A) 特開 昭61−7567(JP,A) 特開 平1−307157(JP,A) 特開 平6−243868(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/40 H01M 4/02 - 4/04 H01M 4/58 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Toshihiko Saito 2-5-5 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd. (56) References JP-A-62-143370 (JP, A) 61-6567 (JP, A) JP-A-1-307157 (JP, A) JP-A-6-243868 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01M 10 / 40 H01M 4/02-4/04 H01M 4/58

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】層状構造をなす炭素材料の層間に、下式
(I) 又は下式(II)で表される有機酸リチウム塩のアニオ
ンをドープしてなる層間化合物が、正極材料として使用
されていることを特徴とする電池組立直後の状態が充電
状態にあるリチウム二次電池。 【化1】 〔式(I) 中、R1 はフェニル基、トリル基又は炭素数1
〜5のアルキル基であり、式(II)中、R2 はフェニル
基、トリル基又は炭素数1〜4のアルキル基である。〕
(1) The following formula is provided between carbon material layers having a layered structure.
(I) or an interlayer compound obtained by doping an anion of a lithium salt of an organic acid represented by the following formula (II) is used as a cathode material, and the state immediately after battery assembly is a charged state. Lithium secondary battery. Embedded image [In the formula (I), R 1 represents a phenyl group, a tolyl group,
And R 2 is a phenyl group, a tolyl group or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms in the formula (II). ]
【請求項2】前記有機酸リチウム塩が、安息香酸リチウ
ム、p−トルイル酸リチウム又はその異性体、酢酸リチ
ウム、プロピオン酸リチウム、n−酪酸リチウム又はそ
の異性体、n−吉草酸リチウム又はその異性体、n−ヘ
キサン酸リチウム又はその異性体、ベンゼンスルホン酸
リチウム、p−トルエンスルホン酸リチウム又はその異
性体、メタンスルホン酸リチウム、エタンスルホン酸リ
チウム、1−プロパンスルホン酸リチウム又はその異性
体、若しくは、1−ブタンスルホン酸リチウム又はその
異性体である請求項1記載のリチウム二次電池。
2. The method according to claim 1, wherein the lithium salt of the organic acid is lithium benzoate, lithium p-toluate or isomer thereof, lithium acetate, lithium propionate, lithium n-butyrate or isomer thereof, n-lithium valerate or isomer thereof. Isomer, lithium n-hexanoate or isomer thereof, lithium benzenesulfonate, lithium p-toluenesulfonate or isomer thereof, lithium methanesulfonate, lithium ethanesulfonate, lithium 1-propanesulfonate or isomer thereof, or The lithium secondary battery according to claim 1, which is lithium, 1-butanesulfonate or an isomer thereof.
【請求項3】層状構造をなす炭素材料の層間に、下式
(I) 又は下式(II)で表される有機酸リチウム塩のアニオ
ン及びリチウムイオンをドープしてなる層間化合物が、
正極材料として使用されていることを特徴とする電池組
立直後の状態が放電状態にあるリチウム二次電池。 【化2】 〔式(I) 中、R1 はフェニル基、トリル基又は炭素数1
〜5のアルキル基であり、式(II)中、R2 はフェニル
基、トリル基又は炭素数1〜4のアルキル基である。〕
3. The method according to claim 1, wherein the carbon material has a layered structure.
(I) or an anion of an organic acid lithium salt represented by the following formula (II) and an interlayer compound obtained by doping a lithium ion,
A lithium secondary battery in a discharged state immediately after battery assembly, wherein the lithium secondary battery is used as a positive electrode material. Embedded image [In the formula (I), R 1 represents a phenyl group, a tolyl group,
And R 2 is a phenyl group, a tolyl group or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms in the formula (II). ]
【請求項4】前記有機酸リチウム塩が、安息香酸リチウ
ム、p−トルイル酸リチウム又はその異性体、酢酸リチ
ウム、プロピオン酸リチウム、n−酪酸リチウム又はそ
の異性体、n−吉草酸リチウム又はその異性体、n−ヘ
キサン酸リチウム又はその異性体、ベンゼンスルホン酸
リチウム、p−トルエンスルホン酸リチウム又はその異
性体、メタンスルホン酸リチウム、エタンスルホン酸リ
チウム、1−プロパンスルホン酸リチウム又はその異性
体、若しくは、1−ブタンスルホン酸リチウム又はその
異性体である請求項3記載のリチウム二次電池。
4. The lithium salt of an organic acid is lithium benzoate, lithium p-toluate or isomer thereof, lithium acetate, lithium propionate, lithium n-butyrate or isomer thereof, n-lithium valerate or isomer thereof. Isomer, lithium n-hexanoate or isomer thereof, lithium benzenesulfonate, lithium p-toluenesulfonate or isomer thereof, lithium methanesulfonate, lithium ethanesulfonate, lithium 1-propanesulfonate or isomer thereof, or The lithium secondary battery according to claim 3, which is lithium 1-butanesulfonate or an isomer thereof.
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