JP3336998B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Non-aqueous electrolyte secondary battery

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JP3336998B2
JP3336998B2 JP15017899A JP15017899A JP3336998B2 JP 3336998 B2 JP3336998 B2 JP 3336998B2 JP 15017899 A JP15017899 A JP 15017899A JP 15017899 A JP15017899 A JP 15017899A JP 3336998 B2 JP3336998 B2 JP 3336998B2
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解液二次電
池に関し、さらに詳しくは、金属リチウム二次電池、リ
チウムイオン二次電池等のいわゆるリチウム二次電池に
おいて、サイクル特性の改善に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly to improvement in cycle characteristics of a so-called lithium secondary battery such as a metal lithium secondary battery and a lithium ion secondary battery. It is.

【0002】[0002]

【従来の技術】負極に、金属リチウム、リチウム合金、
またはリチウムをドープ/脱ドープ可能な炭素材料を用
いたいわゆるリチウム二次電池については、高電圧で高
エネルギー密度となることの期待から、数多くの研究が
行われている。そしてリチウム二次電池の電解液の非水
溶媒として、リチウムに対して安定であるという理由か
ら、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、
ジエチルカーボネート等の炭酸エステル等が広く用いら
れている。
2. Description of the Related Art Metallic lithium, lithium alloy,
In addition, many studies have been conducted on a so-called lithium secondary battery using a carbon material capable of doping / dedoping lithium with the expectation that a high voltage and a high energy density will be obtained. And, as a non-aqueous solvent for the electrolyte of the lithium secondary battery, ethylene carbonate, propylene carbonate,
Carbonates such as diethyl carbonate are widely used.

【0003】例えばこれらの炭酸エステル等を電解液の
溶媒として用いた場合、充放電を繰り返すことによって
炭酸エステル等が分解し、電極表面に炭酸リチウム(L
2CO3)の被膜を形成することが知られている。Aurb
achらのJ.Electrochem.Soc.,143巻,3809ページ,
(1996)によると、このLi2CO3の被膜は、リチウム
イオンの導電性がよく、電極表面を保護し、また、さら
なる炭酸エステル等の分解反応を防止する働きを有する
ことから、リチウム二次電池では重要な役割を果たして
いる。
For example, when these carbonates and the like are used as a solvent for an electrolytic solution, the carbonates and the like are decomposed by repeated charge and discharge, and lithium carbonate (L
It is known to form i 2 CO 3 ) coatings. Aurb
ach et al. Electrochem. Soc. , 143 volumes, 3809 pages,
According to (1996), this Li 2 CO 3 coating has good lithium ion conductivity, protects the electrode surface, and has a function of preventing further decomposition reaction of carbonate ester and the like. It plays an important role in batteries.

【0004】一方、非水溶媒に溶解させる支持塩とし
て、LiBF4、LiPF6、LiClO4等のハロゲン
元素を含むリチウム塩を用いるのが一般的になってい
る。ところがこのようなリチウム塩を支持塩として用い
た電解液には、遊離酸としてフッ化水素(HF)、塩化
水素(HCl)等のハロゲン化水素(HX:XはF、C
l等のハロゲン元素)が含まれている。また、これらの
ハロゲン化水素は電解液中の水分とこれら支持塩が反応
することによっても生じる。
On the other hand, as a supporting salt to be dissolved in a non-aqueous solvent, a lithium salt containing a halogen element such as LiBF 4 , LiPF 6 and LiClO 4 is generally used. However, in an electrolyte using such a lithium salt as a supporting salt, hydrogen halide (HX: X is F, C) such as hydrogen fluoride (HF) or hydrogen chloride (HCl) is used as a free acid.
halogen element such as 1). Further, these hydrogen halides are also generated by a reaction between water in the electrolytic solution and these supporting salts.

【0005】これらハロゲン化水素は、電極表面のLi
2CO3あるいは負極表面で還元されて析出したリチウム
と反応して、イオン伝導度の低いフッ化リチウム(Li
F)、塩化リチウム(LiCl)等のハロゲン化リチウ
ム(LiX:XはF、Cl等のハロゲン元素)を生じさ
せる。したがって、ハロゲン化水素を遊離酸として含む
ような非水電解液を用いたリチウム二次電池は、電極と
電解液との間の正常なリチウムイオンのやり取りを阻害
し、電池の内部抵抗を上昇させることになり好ましくな
い。さらにハロゲン化リチウムは、電極表面に皮膜状に
形成し、充放電のサイクルを重ねるにつれ被膜は厚くな
るといわれており、二次電池のサイクル劣化が進行する
要因ともなっている。
[0005] These hydrogen halides react with Li on the electrode surface.
It reacts with 2 CO 3 or lithium precipitated by reduction on the surface of the negative electrode to form lithium fluoride (Li) having low ionic conductivity.
F) and lithium halides (LiX: X is a halogen element such as F, Cl, etc.) such as lithium chloride (LiCl). Therefore, a lithium secondary battery using a non-aqueous electrolyte containing hydrogen halide as a free acid inhibits normal exchange of lithium ions between the electrode and the electrolyte and increases the internal resistance of the battery. This is not preferred. Further, it is said that lithium halide is formed in a film form on the electrode surface, and the film becomes thicker as charge and discharge cycles are repeated, which is a factor that causes the cycle deterioration of the secondary battery to progress.

【0006】かかる問題について、例えばLiF被膜の
原因となる遊離酸のHFや水分を除去する方法が報告さ
れている。例えば、負極となる炭素材料にリチウム化合
物を添加し酸分を中和するもの(特開平7−23529
7号公報)、電解液にアルカリ金属のフッ化物を添加す
るもの(特開平7−220758号公報)、電解液にカ
ルシウム塩を添加するもの(特開平7−192760号
公報)や、電解液をAl23等により処理し遊離酸や水
分を除去するもの(特開平5−315006号公報)等
である。
[0006] Regarding such a problem, for example, a method of removing HF or moisture of a free acid which causes a LiF coating has been reported. For example, a material in which a lithium compound is added to a carbon material to be a negative electrode to neutralize an acid component (JP-A-7-23529)
No. 7, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-192760), a method in which an alkali metal fluoride is added to an electrolytic solution (Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-220758), a method in which a calcium salt is added to an electrolytic solution (Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-192760), One that removes free acid and moisture by treating with Al 2 O 3 or the like (JP-A-5-315006).

【0007】しかし、これら電解液や負極に金属塩を添
加する方法では、添加物と遊離酸との反応によりプロト
ン性の副反応物が生じる。例えば、上記特開平7−23
5297号公報に示す炭酸リチウムを添加する方法の場
合では、複生成物として炭酸(H2CO3)が生じる。こ
のようなプロトン性の化合物が電池系内に存在すると、
負極のリチウムと反応し、好ましくないという問題を抱
えていた。
However, in the method of adding a metal salt to these electrolytes and negative electrodes, a reaction between the additive and the free acid generates a protic by-product. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-23
In the method of adding lithium carbonate disclosed in Japanese Patent No. 5297, carbonic acid (H 2 CO 3 ) is produced as a double product. When such a protic compound is present in the battery system,
It has a problem that it reacts with lithium of the negative electrode and is not preferable.

【0008】また、電解液をAl23等の吸着剤であら
かじめ処理する方法では、電池作成時に、あるいは作成
後に混入する水分に対しては処理が不可能であった。さ
らにまた、上記いずれの方法を採用しても、一度負極表
面に皮膜状に形成されたハロゲン化リチウムを取り除く
ことは不可能であった。一方、負極に炭素材料を用い、
正極にリチウム複合酸化物を用いたリチウムイオン二次
電池は、負極表面へのデンドライトの析出の危険性が少
なく、また高エネルギー密度であるという利点を有する
ことから、パソコン、携帯電話等の小型化に伴い、情報
関連機器、通信機器の分野では既に実用化され広く普及
するに至っている。また、自動車の分野でも、資源問
題、環境問題から、電気自動車の開発が急がれ、その駆
動用電源としてこのリチウムイオン二次電池が期待され
ている。
Further, in the method in which the electrolytic solution is preliminarily treated with an adsorbent such as Al 2 O 3 , it is not possible to treat the water mixed in at the time of producing the battery or after producing the battery. Furthermore, even if any of the above methods is adopted, it was impossible to remove lithium halide once formed in a film form on the surface of the negative electrode. On the other hand, using a carbon material for the negative electrode,
Lithium-ion rechargeable batteries using lithium composite oxide for the positive electrode have the advantages of low risk of dendrite deposition on the negative electrode surface and high energy density. As a result, they have already been put into practical use and widely used in the fields of information-related equipment and communication equipment. Also, in the field of automobiles, the development of electric vehicles has been rushed due to resource and environmental issues, and lithium-ion secondary batteries are expected as a power source for driving the vehicles.

【0009】現在、リチウムイオン二次電池は、正極に
層状岩塩構造のLiCoO2を用いるものが主流を占め
ている。ところが構成元素であるコバルトは、資源とし
て少なく、非常に高価であるため、電気自動車用電源に
用いる大容量リチウムイオン二次電池の場合、正極にL
iCoO2を用いることは、電池自体が非常に高価なも
のになってしまうという問題を抱えている。4V級のリ
チウムイオン二次電池を構成することのできる正極材料
としては、層状岩塩構造LiCoO2の他に、層状岩塩
構造LiNiO2、スピネル構造LiMn24等が知ら
れている。これらの中でもLiMn24は、安価であ
り、また発火に対する危険性が少ないことから、電気自
動車用電源に用いるリチウムイオン二次電池の正極材料
として期待されつつある。
At present, lithium ion secondary batteries mainly use LiCoO 2 having a layered rock salt structure as a positive electrode. However, cobalt, which is a constituent element, is scarce as a resource and is very expensive. Therefore, in the case of a large-capacity lithium ion secondary battery used for an electric vehicle power source, L
The use of iCoO 2 has a problem that the battery itself becomes very expensive. As a positive electrode material that can constitute a 4V-class lithium ion secondary battery, a layered rock salt structure LiNiO 2 , a spinel structure LiMn 2 O 4, and the like are known in addition to the layered rock salt structure LiCoO 2 . Among them, LiMn 2 O 4 is expected to be used as a positive electrode material of a lithium ion secondary battery used for an electric vehicle power supply because it is inexpensive and has little risk of ignition.

【0010】電気自動車用電源としての用途を考えた場
合、電池には、その用途特有の特性が要求される。自動
車は屋外に放置されることを考慮しなければならず、真
夏の炎天下に放置される場合は、電池が60℃程度の高
温環境下に置かれるため、高温使用においても容量が劣
化しないという特性である。つまり、高温サイクル特性
に優れているという特性である。
When considering the use as a power source for an electric vehicle, a battery is required to have characteristics specific to the use. Cars must be considered for being left outdoors. If left in the hot summer sun, the battery will be placed in a high-temperature environment of about 60 ° C, so its capacity will not deteriorate even at high temperatures. It is. That is, this is a characteristic that the high-temperature cycle characteristic is excellent.

【0011】上述した負極表面へのハロゲン化リチウム
被膜の生成は、このLiMn24を正極に用いたリチウ
ムイオン二次電池においても例外ではなく、被膜生成量
が温度が高くなるにしたがって大きくなることから、電
気自動車用電源等の高温環境下におかれる用途の場合、
このハロゲン化リチウム被膜の生成に起因する電池の劣
化はより深刻な問題となる。
The above-mentioned formation of a lithium halide film on the surface of the negative electrode is no exception in a lithium ion secondary battery using this LiMn 2 O 4 as a positive electrode, and the amount of film formation increases as the temperature increases. Therefore, in the case of applications that are placed in a high-temperature environment, such as power supplies for electric vehicles,
The deterioration of the battery due to the formation of the lithium halide coating becomes a more serious problem.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記実情に
鑑みてなされたものであり、負極表面のLiF等のハロ
ゲン化リチウム被膜を除去し、電解液と負極活物質表面
との間のイオン伝導度を向上させることを課題とし、い
わゆるリチウム二次電池の電池インピーダンス(内部抵
抗)の増加を抑制し、充放電サイクル特性を向上させる
ことを目的としている。また、本発明は、正極材料にス
ピネル構造リチウムマンガン複合酸化物を用いた非水電
解液二次電池において、高温環境下に置かれた場合であ
っても劣化の少ない、つまり高温充放電サイクル特性の
良好な二次電池を提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and removes a lithium halide film such as LiF on the surface of a negative electrode to remove an ion between the electrolyte and the surface of the negative electrode active material. It is an object of the present invention to improve conductivity, to suppress an increase in battery impedance (internal resistance) of a so-called lithium secondary battery, and to improve charge / discharge cycle characteristics. Further, the present invention provides a non-aqueous electrolyte secondary battery using a spinel-structured lithium manganese composite oxide as a positive electrode material, with less deterioration even when placed in a high temperature environment, that is, high temperature charge / discharge cycle characteristics. It is an object of the present invention to provide a good secondary battery.

【0013】そして、本発明者は、負極表面に生成する
LiFをはじめとするハロゲン化リチウムの被膜の除去
方法について研究を重ね、さらに、正極材料にスピネル
構造リチウムマンガン複合酸化物を用いた場合の、この
リチウムマンガン複合酸化物の組成とハロゲン化リチウ
ム被膜の生成との関係について実験を重ね、以下の発明
に至った。
The inventor of the present invention has been studying a method for removing a film of lithium halide such as LiF formed on the surface of the negative electrode, and has further studied a method of using a lithium manganese oxide having a spinel structure as a positive electrode material. Experiments were repeated on the relationship between the composition of the lithium manganese composite oxide and the formation of the lithium halide coating, and the following invention was reached.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の非水電解液二次
電池は、金属リチウム、リチウム合金またはリチウムを
ドープ/脱ドープ可能な炭素材料を用いた負極と、正極
と、リチウム塩を非水溶媒に溶解させた非水電解液とを
有する非水電解液二次電池であって、前記正極に組成式
Li 1+x Mn 2-x-y Al y 4 (0≦x≦0.5、0.01
≦y≦0.5)で表されるスピネル構造リチウムマンガ
ン複合酸化物を用い、前記非水電解液は、3フッ化ホウ
素および/または3フッ化ホウ素のウェルナー型錯体が
含有されていることを特徴とする。
A nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention comprises a negative electrode using lithium metal, a lithium alloy or a carbon material capable of doping / undoping lithium, a positive electrode, and a lithium salt. A non-aqueous electrolyte secondary battery having a non-aqueous electrolyte dissolved in an aqueous solvent, wherein the positive electrode has a composition formula
Li 1 + x Mn 2-xy Al y O 4 (0 ≦ x ≦ 0.5, 0.01
≦ y ≦ 0.5) spinel structure lithium manganese
The non-aqueous electrolyte contains boron trifluoride and / or a Werner complex of boron trifluoride.

【0015】つまり本発明は、いわゆるリチウム二次電
池において、非水電解液に3フッ化ホウ素(BF3)を
添加することにより、負極表面に生成するLiF等のハ
ロゲン化リチウムを電解液に溶出させるものである。し
たがって、電解液にBF3を添加したリチウム二次電池
は、LiF等のハロゲン化リチウムの被膜が負極表面に
生じることによる電池インピーダンスの増加を抑制する
ことができる。
That is, according to the present invention, in a lithium secondary battery, by adding boron trifluoride (BF 3 ) to a nonaqueous electrolyte, lithium halide such as LiF generated on the surface of the negative electrode is eluted into the electrolyte. It is to let. Therefore, in the lithium secondary battery in which BF 3 is added to the electrolyte, it is possible to suppress an increase in battery impedance due to the formation of a lithium halide film such as LiF on the negative electrode surface.

【0016】また、本発明の非水電解液二次電池、前
記負極にリチウムをドープ/脱ドープ可能な炭素材料を
用いる態様を採用することが望ましい。負極活物質に炭
素材料を用い、負極表面へのデンドライトの析出を抑制
できるいわゆるリチウムイオン二次電池とし、さらに、
正極活物質に安価であって安全性に優れたスピネル構造
リチウムマンガン複合酸化物を用いることで、この態様
の非水電解液二次電池は、大容量電池としても実用化で
きる非水電解液二次電池となる。
Furthermore, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, it is preferable to adopt the embodiment of the lithium negative electrode Ru using <br/> doping / dedoping available carbon material. Using a carbon material as the negative electrode active material, a so-called lithium ion secondary battery capable of suppressing dendrite deposition on the negative electrode surface,
By using an inexpensive and highly safe spinel-structured lithium manganese composite oxide as the positive electrode active material, the nonaqueous electrolyte secondary battery of this embodiment can be used as a large capacity battery. Next battery.

【0017】さらに、本発明の非水電解液二次電池で
は、正極に、組成式Li 1+x Mn 2-x-y Al y 4 (0≦x
≦0.5、0.01≦y≦0.5)で表されるスピネル
構造リチウムマンガン複合酸化物を用いる。リチウムマ
ンガン複合酸化物の結晶構造におけるMnサイトの一部
を、Alで置換することにより、複合酸化物自体の構造
の安定化が図られるるとともに、負極表面のハロゲン化
リチウムの被膜生成が抑制されることで、本発明の非水
電解液二次電池は、高温使用環境においてもサイクル特
性の良好な非水電解液二次電池となる。
Further, in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention , the composition formula Li 1 + x Mn 2-xy Al y O 4 (0 ≦ x
≦ 0.5, 0.01 ≦ y ≦ 0.5)
A structure lithium manganese composite oxide is used. By substituting a part of the Mn site in the crystal structure of the lithium manganese composite oxide with Al, the structure of the composite oxide itself is stabilized, and the formation of a lithium halide film on the negative electrode surface is suppressed. Thus, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention becomes a non-aqueous electrolyte secondary battery having good cycle characteristics even in a high-temperature use environment.

【0018】[0018]

【作用】次に、本発明の非水電解液二次電池の主たる特
徴をなす非水電解液に3フッ化ホウ素(BF3)を添加
することによる作用について説明する。例えば、負極表
面に生成される被膜がLiFである場合は、BF3を電
解液に溶解させることで、次の化1式に従って、負極表
面に生じたLiFはBF3と錯塩化しLiBF4となる。
Next, the effect of adding boron trifluoride (BF 3 ) to the non-aqueous electrolyte, which is a main feature of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, will be described. For example, when the film formed on the negative electrode surface is LiF, by dissolving BF 3 in the electrolytic solution, LiF generated on the negative electrode surface is complexed with BF 3 to form LiBF 4 according to the following chemical formula 1. .

【0019】 BF3+LiF → LiBF4 (化1) また、BF3をウェルナー型錯体として電解液添加した
場合、例えばBF3ジエチルエーテル錯体を添加した場
合は、次の化2式に従って、負極表面に生じたLiFは
BF3ジエチルエーテル錯体と反応して、LiBF4とジ
エチルエーテルとになる。
BF 3 + LiF → LiBF 4 (Formula 1) When BF 3 is added as an electrolyte solution as a Werner type complex, for example, when a BF 3 diethyl ether complex is added, the surface of the negative electrode is formed according to the following formula (2). The generated LiF reacts with the BF 3 diethyl ether complex to form LiBF 4 and diethyl ether.

【0020】 (C252OBF3+LiF → LiBF4+(C252O (化2) こうして生じたLiBF4および非水溶媒は電解液中に
溶出する。したがって、BF3を添加した電解液を用い
たリチウム二次電池は、負極表面にLiFの被膜を生じ
ることなく、LiFの析出による電池インピーダンスの
増加を防止することができる。
(C 2 H 5 ) 2 OBF 3 + LiF → LiBF 4 + (C 2 H 5 ) 2 O (Formula 2) LiBF 4 and the non-aqueous solvent thus generated are eluted into the electrolytic solution. Therefore, the lithium secondary battery using the electrolyte solution to which BF 3 is added can prevent an increase in battery impedance due to deposition of LiF without forming a LiF coating on the negative electrode surface.

【0021】負極表面に生成する被膜がLiClの場合
は、次の化3式あるいは化4式のように反応が進行す
る。 BF3+LiCl → LiBF3Cl (化3) (C252OBF3+LiCl → LiBF3Cl+(C252O (化4 ) この場合も同様、負極表面へのLiCl被膜の生成が抑
制される。
When the film formed on the surface of the negative electrode is LiCl, the reaction proceeds as in the following formula (3) or (4). BF 3 + LiCl → LiBF 3 Cl (Chemical Formula 3 ) (C 2 H 5 ) 2 OBF 3 + LiCl → LiBF 3 Cl + (C 2 H 5 ) 2 O (Chemical Formula 4) In this case, similarly, formation of a LiCl coating on the negative electrode surface Is suppressed.

【0022】このように、遊離酸が存在して負極表面に
ハロゲン化リチウムの被膜の生成するような場合であっ
ても、電解液にBF3を添加することにより、ハロゲン
化リチウムの析出を抑制して電池インピーダンスの増加
を防止することができる。また、この一方で、BF3
炭酸リチウム(Li2CO3)に対する影響を検討した結
果、BF3はLi2CO3と反応しないことが確認され
た。したがって、リチウム二次電池において負極表面の
保護に必要となるLi2CO3の被膜は、BF 3の添加に
よって何ら影響を受けないことが明らかとなった。
Thus, the presence of the free acid on the negative electrode surface
In cases where a film of lithium halide forms.
BFThreeBy adding halogen
Increases battery impedance by suppressing lithium halide precipitation
Can be prevented. On the other hand, BFThreeof
Lithium carbonate (LiTwoCOThree)
Fruit, BFThreeIs LiTwoCOThreeDoes not react with
Was. Therefore, in a lithium secondary battery,
Li required for protectionTwoCOThreeFilm is BF ThreeFor the addition of
Therefore, it became clear that it was not affected at all.

【0023】以上のことを総合すれば、BF3を添加し
た非水電解液を用いた二次電池は、Li2CO3の被膜を
崩壊させずにハロゲン化リチウムの被膜の生成を防止す
るという負極表面被膜に対する制御効果を発揮し、サイ
クル特性の向上が期待できるものとなる。
Summarizing the above, a secondary battery using a non-aqueous electrolyte to which BF 3 is added can prevent the formation of a lithium halide film without disintegrating the Li 2 CO 3 film. It exerts a control effect on the negative electrode surface coating and can be expected to improve cycle characteristics.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】本発明の非水電解液二次電池は、
負極活物質に、金属リチウム、リチウム合金、リチウム
をドープ/脱ドープ可能な炭素材料を使用する。使用で
きるリチウム合金には、Li−Al合金、Li−Mg合
金、Li−Hg合金、Li−Pt合金、Li−Sn−N
i合金、Li−Ga−In合金、Li−Zn合金、Li
−Al−Ni合金、Li−Al−Ag合金、Li−Al
−Mn合金等が挙げられる。また、炭素材料としては、
黒鉛類(天然黒鉛、人造黒鉛等)、コークス類(石油コ
ークス、ピッチコークス、石炭コークス等)、カーボン
ブラック(アセチレンブラック、ファーネスブラック
等)、ガラス状炭素、有機高分子材料焼成体、炭素繊維
等が挙げられる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention
As the negative electrode active material, metal lithium, a lithium alloy, or a carbon material capable of doping / dedoping lithium is used. Li-Al alloy, Li-Mg alloy, Li-Hg alloy, Li-Pt alloy, Li-Sn-N
i alloy, Li-Ga-In alloy, Li-Zn alloy, Li
-Al-Ni alloy, Li-Al-Ag alloy, Li-Al
-Mn alloy and the like. Also, as a carbon material,
Graphites (natural graphite, artificial graphite, etc.), cokes (petroleum coke, pitch coke, coal coke, etc.), carbon black (acetylene black, furnace black, etc.), glassy carbon, calcined organic polymer material, carbon fiber, etc. Is mentioned.

【0025】なかでも、負極活物質に炭素材料を用いた
いわゆるリチウムイオン二次電池は、負極におけるデン
ドライトの析出という問題が少なく、サイクル特性の良
好な二次電池となる。この点を考慮すれば、負極活物質
として上記種々の炭素材料の1種または2種以上を混合
して用いるのが望ましい。
In particular, a carbon material was used as a negative electrode active material.
The so-called lithium-ion secondary battery has a
Less problem of drite deposition and good cycle characteristics
It is a good secondary battery. Considering this point, the negative electrode active material
As a mixture of one or more of the above various carbon materials
It is desirable to use it.

【0026】本発明の非水電解液二次電池の正極活物質
としては、組成式Li 1+x Mn 2-x-y Al y 4 (0≦x≦
0.5、0.01≦y≦0.5)で表されるスピネル構
造リチウムマンガン複合酸化物を用いる。スピネル構造
のリチウムマンガン複合酸化物は、4V級の電池を構成
できる事に加え、比較的安価であり、また発火等の危険
性が少ないことから、二次電池のコストおよび安全性と
いう観点で好適である。
The positive electrode active material of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention
Is represented by the composition formula Li 1 + x Mn 2-xy Al y O 4 (0 ≦ x ≦
0.5, 0.01 ≦ y ≦ 0.5)
A lithium-manganese composite oxide is used. Spinel structure
Lithium manganese composite oxide constitutes 4V class battery
In addition to what can be done, it is relatively inexpensive and has the danger of ignition
Low cost and safety of secondary batteries
It is suitable from the viewpoint of this.

【0027】リチウムマンガン複合酸化物のなかでも、
MnサイトをLiやAlで置換した組成式Li 1+x Mn
2-x-y y 4 で表されるものは、結晶構造が安定化され
ている。Mnサイトの置換元素であるAlは、Liの吸
蔵・放出に伴うスピネル構造の崩壊を抑制する働きがあ
る。また、Alは、リチウムイオン二次電池が60℃程
度の比較的高温の状態で使用された場合であっても、上
述した負極表面へのハロゲン化リチウム被膜の生成を抑
制する効果が大きい。この被膜生成抑制の作用について
は、その機構は明らかではないが、実験により本発明者
が見出したものである。おそらく、Al等の他元素でM
nサイトが置換されることによって、スピネル構造の結
晶が安定化し、マンガンイオンの電解液中への溶出が抑
制されて、Mn 2+ を活性中心とする電解液の分解が減ず
るためであると考えられる。
Among the lithium manganese composite oxides,
Compositional formula Li 1 + x Mn in which Mn site is replaced by Li or Al
Is represented by the 2-xy M y O 4, the crystal structure is stabilized
ing. Al, which is a substitution element for the Mn site, absorbs Li.
Acts to suppress the collapse of the spinel structure during storage and release.
You. Al is about 60 ° C. for lithium ion secondary batteries.
Even when used at relatively high temperatures.
Of lithium halide coating on negative electrode surface
The effect to control is great. About the effect of suppressing film formation
Although the mechanism is not clear, the inventors
Is found. Probably M with other elements such as Al
Substitution of the n-site results in the formation of a spinel structure.
Crystals are stabilized, and manganese ion elution into the electrolyte is suppressed.
The decomposition of the electrolyte with Mn 2+ as the active center is not reduced
It is thought to be because.

【0028】組成式Li1+xMn2-x-yAly4で表され
るスピネル構造リチウムマンガン複合酸化物において
組成式中のxの値は、放電容量を確保する等の点を考慮
して0≦x≦0.5とする。また、上述したBF 3 添加
の効果を充分に引き出すことを考慮して、yの値はy≧
0.01とし、電池の放電容量を確保する点を考慮し
て、y≦0.5とする。
[0028] In the spinel structure lithium manganese composite oxide represented by the composition formula Li 1 + x Mn 2-xy Al y O 4,
The value of x in the composition formula is taken into consideration, such as securing the discharge capacity.
Then, 0 ≦ x ≦ 0.5. Further, BF 3 added as described above
Considering that the effect of is fully obtained, the value of y is y ≧
0.01, taking into account securing the discharge capacity of the battery
And y ≦ 0.5.

【0029】組成式Li1+xMn2-x-yAly4で表され
るスピネル構造リチウムマンガン複合酸化物は、その製
造方法を特に限定するものではないが、例えば、以下に
示す固相反応法によって製造することができる。粉末状
のそれぞれリチウム源となる原料とマンガン源となる原
料とアルミニウム源となる原料とを、LiとMnとAl
とがモル比でLi:Mn:Al=(1+x):(2−x
−y):yとなるように混合し、この混合物を、酸素雰
囲気下、500〜1000℃程度の温度で、6〜48時
間程度焼成することにより合成する。リチウム源となる
原料としては、LiOH・H2O、Li2CO3等を、マ
ンガン源となる原料としてはMn(OH)2、MnCO3
等を、アルミニウム源となる原料としてはAl(OH)
3等をそれぞれ用いることができる。
The spinel structure lithium manganese composite oxide represented by the composition formula Li 1 + x Mn 2-xy Al y O 4 is not particularly limited in its production method, for example, solid-phase reaction shown below It can be manufactured by a method. A powdery raw material to be a lithium source, a raw material to be a manganese source, and a raw material to be an aluminum source are respectively described as Li, Mn, and Al.
Are molar ratios of Li: Mn: Al = (1 + x) :( 2-x
-Y): The mixture is mixed so as to be y, and the mixture is baked in an oxygen atmosphere at a temperature of about 500 to 1000 ° C. for about 6 to 48 hours to synthesize. LiOH.H 2 O, Li 2 CO 3 and the like are used as a raw material serving as a lithium source, and Mn (OH) 2 and MnCO 3 are used as a raw material serving as a manganese source.
And the like as a raw material serving as an aluminum source is Al (OH)
3 etc. can be used respectively.

【0030】本発明の非水電解液二次電池は、上述した
ように、種々の二次電池の形態を採ることことができ
る。正極および負極の構成についてさらに詳しく説明す
るために、これらの二次電池の中から、一例として、特
にリチウムイオン二次電池を取り上げ、このリチウムイ
オン二次電池の正極および負極の構成について、以下に
説明する。
As described above, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can take various forms of secondary batteries. In order to describe the configuration of the positive electrode and the negative electrode in more detail, among these secondary batteries, a lithium ion secondary battery is particularly taken as an example, and the configuration of the positive electrode and the negative electrode of this lithium ion secondary battery is described below. explain.

【0031】リチウムイオン二次電池の正極は、正極活
物質に導電材および結着剤を混合し、必要に応じて適当
な溶剤を加えてペースト状の正極合材としたものを、金
属箔製の集電体表面に塗布、乾燥し、必要に応じプレス
等によって活物質密度を高めることによって形成する。
正極活物質には、上述した組成式Li 1+x Mn 2-x-y Al
y 4 で表されるスピネル構造リチウム遷移金属複合酸化
物の粉末のうち、1種のものをまたは2種以上のものを
混合して用いることができる。
The positive electrode of a lithium ion secondary battery is prepared by mixing a conductive material and a binder with a positive electrode active material, adding an appropriate solvent as needed, and forming a paste-like positive electrode mixture from a metal foil. Is formed by applying and drying the surface of the current collector, and if necessary, increasing the active material density by pressing or the like.
The positive electrode active material includes the above-described composition formula Li 1 + x Mn 2-xy Al
Of the powder of the spinel structure lithium transition metal composite oxide represented by y O 4, it can be used by mixing one thing or two or more ones.

【0032】正極に用いる導電材は、正極活物質層の電
気伝導性を確保するためのものであり、カーボンブラッ
ク、アセチレンブラック、黒鉛等の炭素物質粉状体のう
ち1種のものをまたは2種以上のものを混合して用いる
ことができる。結着剤は、活物質粒子を繋ぎ止める役割
を果たすもので、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフ
ッ化ビニリデン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプ
ロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を用いること
ができる。これら活物質、導電材、結着剤を分散させる
溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン等の有機溶
剤を用いることができる。そして正極集電体には、アル
ミニウム箔等を用いることができる。
The conductive material used for the positive electrode is for ensuring the electrical conductivity of the positive electrode active material layer, and may be one of powdered carbon materials such as carbon black, acetylene black, graphite or the like. A mixture of more than one species can be used. The binder plays a role of binding the active material particles, and a fluororesin such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, or fluororubber, or a thermoplastic resin such as polypropylene or polyethylene can be used. An organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as a solvent in which the active material, the conductive material, and the binder are dispersed. An aluminum foil or the like can be used for the positive electrode current collector.

【0033】リチウムイオン二次電池の負極は、上述し
たリチウムをドープ/脱ドープ可能な炭素材料を負極活
物質とし、この炭素材料に結着剤を混合し、必要に応じ
て適当な溶剤を加えてペースト状の負極合材としたもの
を、正極同様、金属箔製の集電体表面に塗布、乾燥し、
必要に応じプレス等によって活物質密度を高めることに
よって形成する。正極同様、結着剤としてはポリフッ化
ビニリデン等の含フッ素樹脂等を、溶剤としてはN−メ
チル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができ
る。
The negative electrode of the lithium ion secondary battery uses the above-described carbon material capable of doping / dedoping lithium as a negative electrode active material, a binder is mixed with the carbon material, and an appropriate solvent is added as necessary. The paste-like negative electrode mixture was applied to the surface of a metal foil current collector in the same manner as the positive electrode, and dried,
It is formed by increasing the active material density by pressing or the like as necessary. Like the positive electrode, a fluorine-containing resin such as polyvinylidene fluoride or the like can be used as a binder, and an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as a solvent.

【0034】本発明の非水電解液二次電池では、正極と
負極とを対向させて電池を構成するものであるが、正極
と負極とを分離し非水電解液を保持させるために、正極
と負極の間にセパレータを挟装させる。このセパレータ
には、ポリエチレン、ポリプロピレン等の薄い微多孔膜
を用いることができる。本発明の非水電解液二次電池に
おいて特徴を成す非水電解液は、非水溶媒に支持塩を溶
解させたものである。非水電解液には、電気伝導性が良
好であること、電極に対する化学的、電気化学的安定性
が高いこと、熱的安定性に優れること等の特性が要求さ
れる。
In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the positive electrode and the negative electrode face each other to constitute the battery. However, in order to separate the positive electrode and the negative electrode and hold the non-aqueous electrolyte, A separator is interposed between the anode and the negative electrode. As this separator, a thin microporous film such as polyethylene or polypropylene can be used. The non-aqueous electrolyte which is a feature of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is obtained by dissolving a supporting salt in a non-aqueous solvent. Non-aqueous electrolytes are required to have properties such as good electrical conductivity, high chemical and electrochemical stability to electrodes, and excellent thermal stability.

【0035】このような要求の下、支持塩として、Li
BF4、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、L
iN(CF3SO23等の含フッ素リチウム塩、LiC
lO4等の含塩素リチウム塩等を用いることができる。
これらのリチウム塩は、1種のものを単独で用いること
もでき、また2種以上を混合して用いることもできる。
なお、リチウムイオン二次電池の場合には、電解液の電
気伝導性が良好である等の理由から、含フッ素リチウム
塩を用いるのが望ましく。上記含フッ素リチウム塩の中
では、BF3の作用によりLiFがLiBF4として再生
されることを考えれば、LiBF4を主たる支持塩とし
て用いるのが望ましい。
Under such requirements, Li is used as a supporting salt.
BF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , L
Fluorine-containing lithium salt such as iN (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC
lO 4 chlorine-containing lithium salt such like can be used.
One of these lithium salts may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.
In the case of a lithium ion secondary battery, it is preferable to use a fluorinated lithium salt because the electric conductivity of the electrolytic solution is good. Among the above fluorinated lithium salts, considering that LiF is regenerated as LiBF 4 by the action of BF 3 , it is desirable to use LiBF 4 as the main supporting salt.

【0036】上記非水電解液に要求される特性から、非
水溶媒には、非プロトン性の有機溶媒である、環状カー
ボネート、鎖状カーボネート、環状エステル、環状エー
テルあるいは鎖状エーテルの1種または2種以上からな
る混合溶媒を用いることができる。環状カーボネートの
例示としてはエチレンカーボネート、プロピレンカーボ
ネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート
等が、鎖状カーボネートの例示としてはジメチルカーボ
ネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネ
ート等が、環状エステルの例示としてはガンマブチルラ
クトン、ガンマバレルラクトン等が、環状エーテルの例
示としてはテトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒド
ロフラン等が、鎖状エーテルの例示としてはジメトキシ
エタン、エチレングリコールジメチルエーテル等がそれ
ぞれ挙げられる。
From the characteristics required for the above non-aqueous electrolyte, the non-aqueous solvent may include one or more of aprotic organic solvents such as cyclic carbonate, chain carbonate, cyclic ester, cyclic ether or chain ether. A mixed solvent composed of two or more types can be used. Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate.Examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate.Examples of the cyclic ester include gamma butyl lactone and gamma. Examples of barrel lactone include cyclic ethers such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran, and examples of chain ether include dimethoxyethane and ethylene glycol dimethyl ether.

【0037】本発明の非水電解液二次電池においては、
非水溶媒にBF3を添加する。このBF3の添加は、気体
のBF3をバブリングする等の方法によって直接添加す
るものであってもよく、エーテル類、エステル類、アル
コール類、ケトン類等の非水溶媒とBF3とのウェルナ
ー型錯体を電解液に加えるものであってもよい。また直
接添加と錯体としての添加との両方を行うものであって
もよい。
In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention,
Add BF 3 to the non-aqueous solvent. This addition of BF 3 may be those added directly by a method such as bubbling BF 3 gas, ethers, esters, alcohols, Werner the nonaqueous solvent and BF 3 such as ketones The type complex may be added to the electrolytic solution. Further, both direct addition and addition as a complex may be performed.

【0038】ウェルナー型錯体の例示としては、(CH
3OH)BF3、(C25OH)BF 3、(C66OH)
BF3等のアルコール錯体、(CH32OBF3、(C2
52OBF3、[(CH33COCH3]BF3、C4
8OBF3等のエーテル錯体、(CH3NH2)BF3
(C25NH2)BF3、[(C252NH]BF3
[(C253N]BF3等のアミン錯体、[S(C
32]BF3、[S(C252]BF3等のスルフィ
ド錯体、[(CH3O)2CO]BF3、[(C25O)2
CO]BF3等のカーボネート錯体等が挙げられる。
As an example of the Werner type complex, (CH
ThreeOH) BFThree, (CTwoHFiveOH) BF Three, (C6H6OH)
BFThreeAlcohol complexes such as (CHThree)TwoOBFThree, (CTwo
HFive)TwoOBFThree, [(CHThree)ThreeCOCHThree] BFThree, CFourH
8OBFThreeEther complexes such as (CHThreeNHTwo) BFThree,
(CTwoHFiveNHTwo) BFThree, [(CTwoHFive)TwoNH] BFThree,
[(CTwoHFive)ThreeN] BFThreeAmine complexes such as [S (C
HThree)Two] BFThree, [S (CTwoHFive)Two] BFThreeEtc. Sulfi
Do complex, [(CHThreeO)TwoCO] BFThree, [(CTwoHFiveO)Two
CO] BFThreeAnd the like.

【0039】望ましいBF3の添加量は、正、負極の表
面積、電解液量にもよるが、本発明に関する研究の結
果、電解液全体を100wt%とした場合の0.5wt
%以上5wt%以下(ウェルナー錯体として添加する場
合は、錯体中のBF3重量について)とすることがサイ
クル特性の向上に対してより効果が大きいものとなる。
以上のもので構成される本発明の非水電解液二次電池で
あるが、その形状は円筒型、積層型等、種々のものとす
ることができる。いずれの形状を採る場合であっても、
正極および負極にセパレータを挟装させ電極体とし、正
極集電体および負極集電体から外部に通ずる正極端子お
よび負極端子までの間を集電用リード等を用いて接続
し、この電極体に非水電解液を含浸させ、電池ケースに
密閉して形成する。
The desirable amount of BF 3 to be added depends on the positive electrode, the surface area of the negative electrode, and the amount of the electrolytic solution. However, as a result of the study on the present invention, 0.5 wt.
5 wt% or less than% (if added as Werner complexes, for BF 3 weight in the complex) be becomes more large effect with respect to improvement of the cycle characteristics.
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention configured as described above can have various shapes such as a cylindrical type and a laminated type. Whichever shape you take,
A separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode body, and a connection is made between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal communicating to the outside using a current collecting lead or the like, and the electrode body is connected to the electrode body. It is impregnated with a non-aqueous electrolyte, and is sealed in a battery case.

【0040】[0040]

【実施例】[非水電解液にBF3を添加することの効果
確認]上記実施形態に基づいてリチウムイオン二次電池
を実施例として作製し、これと比較するために非水電解
液にBF3を添加していない二次電池を比較例として作
製し、両者の二次電池に対して充放電サイクル試験を行
い、本発明の非水電解液二次電池がサイクル特性におい
て優れていることを確認した。以下に、実施例および比
較例の二次電池、充放電サイクル試験の結果について説
明する。なお、本発明の非水電解液二次電池は、以下の
実施例のものに限定されるものではない。
EXAMPLES [Confirmation of Effect of Addition of BF 3 to Nonaqueous Electrolyte] A lithium ion secondary battery was fabricated as an example based on the above embodiment, and BF was added to the nonaqueous electrolyte for comparison. A secondary battery to which 3 was not added was prepared as a comparative example, and a charge / discharge cycle test was performed on both of the secondary batteries. confirmed. Hereinafter, the results of the charge and discharge cycle tests of the secondary batteries of Examples and Comparative Examples will be described. The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not limited to the following examples.

【0041】〈実施例1、実施例2〉正極活物質とし
て、スピネル構造のLiMn24粉末(本荘ケミカル
製)を使用した。このLiMn2490重量部に、導電
材としてカーボン粉末7重量部、結着剤としてポリフッ
化ビニリデン7重量部を混合し、溶剤としてN−メチル
−2−ピロリドンを適量加え正極合材とした。この正極
合材をアルミニウム箔製集電体の片面に100μmの厚
さで塗布し、乾燥させ、その後直径15mmφの円盤状
に打ち抜いて正極とした。
<Examples 1 and 2> As a positive electrode active material, LiMn 2 O 4 powder having a spinel structure (manufactured by Honjo Chemical) was used. To 90 parts by weight of LiMn 2 O 4 , 7 parts by weight of carbon powder as a conductive material and 7 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone was added as a solvent to prepare a positive electrode mixture. . This positive electrode mixture was applied to one side of an aluminum foil current collector at a thickness of 100 μm, dried, and then punched into a disk having a diameter of 15 mm to obtain a positive electrode.

【0042】負極活物質には人造黒鉛粉末(大阪ガスケ
ミカル製:MCMB)を用いた。この人造黒鉛95重量
部に、結着剤としてポリフッ化ビニリデン5重量部を混
合し、溶剤としてN−メチル−2−ピロリドンを適量加
え負極合材とした。この負極合剤を銅箔製集電体の片面
に100μmの厚さで塗布し、乾燥させ、その後直径1
7mmφの円盤状に打ち抜いて負極とした。
As the negative electrode active material, artificial graphite powder (MCMB manufactured by Osaka Gas Chemicals) was used. 95 parts by weight of the artificial graphite were mixed with 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone was added as a solvent to prepare a negative electrode mixture. This negative electrode mixture was applied to one side of a copper foil current collector at a thickness of 100 μm, dried, and then dried to a diameter of 1 μm.
A negative electrode was punched out into a 7 mmφ disk shape.

【0043】この正極と負極とを、セパレータを介して
対向させ、以下に説明する非水電解液Aまたは非水電解
液Bを注入含浸させ、電池ケース内に密封してコイン型
リチウムイオン電池を作製した。なお、セパレータに
は、ポリエチレンフィルム(東燃化学製)を直径19m
mφに打ち抜いたものを使用した。非水電解液は、エチ
レンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(D
EC)とを体積比1:1に混合した混合溶媒に、支持塩
としてLiBF4を1Mの濃度に溶解させた溶液をベー
スに調製した。非水電解液Aは、上記溶液に(C25
2OBF3を0.5wt%(電解液全体を100wt%と
した場合の錯体中のBF3のwt%、以下同様)添加し
て調製した。非水電解液Bは、上記溶液に(C252
OBF3を1.0wt%添加して調製した。非水電解液
Aを使用したリチウムイオン二次電池を実施例1の二次
電池と、非水電解液Bを使用したものを実施例2の二次
電池とした。
The positive electrode and the negative electrode are opposed to each other with a separator interposed therebetween, and impregnated and impregnated with a non-aqueous electrolyte solution A or a non-aqueous electrolyte solution B described below and sealed in a battery case to form a coin-type lithium ion battery. Produced. The separator was a polyethylene film (manufactured by Tonen Chemical) having a diameter of 19 m.
Those punched to mφ were used. Non-aqueous electrolytes are ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (D
EC) was mixed at a volume ratio of 1: 1 with a solution prepared by dissolving LiBF 4 at a concentration of 1 M as a supporting salt in a mixed solvent. The non-aqueous electrolytic solution A is prepared by adding (C 2 H 5 )
It was prepared by adding 0.5 wt% of 2 OBF 3 (wt% of BF 3 in the complex when the whole electrolytic solution was 100 wt%, the same applies hereinafter). The non-aqueous electrolyte B is prepared by adding (C 2 H 5 ) 2
The OBF 3 was prepared by adding 1.0 wt%. A lithium ion secondary battery using the non-aqueous electrolyte A was a secondary battery of Example 1, and a battery using the non-aqueous electrolyte B was a secondary battery of Example 2.

【0044】〈比較例1〉上記実施例1および実施例2
の二次電池と、非水電解液のみ異なるリチウムイオン二
次電池を作製し、比較例1の二次電池とした。本比較例
の二次電池の非水電解液は、(C252OBF3を添加
せず、ECとDECとを体積比1:1に混合した混合溶
媒に、支持塩としてLiBF4を1Mの濃度に溶解させ
ただけの非水電解液である。
Comparative Example 1 Examples 1 and 2 above
And a lithium ion secondary battery different from the secondary battery only in the non-aqueous electrolyte was prepared, and the secondary battery of Comparative Example 1 was obtained. The non-aqueous electrolyte of the secondary battery of this comparative example was prepared by adding a mixture of EC and DEC at a volume ratio of 1: 1 without adding (C 2 H 5 ) 2 OBF 3, and adding LiBF 4 as a supporting salt to the mixed solvent. Is a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving only 1M in a concentration of 1M.

【0045】〈充放電サイクル試験1〉上記実施例1、
実施例2および比較例1の二次電池に対して、充放電サ
イクル試験を行った。充放電サイクル試験は、常温(2
5℃)下、電流密度1mA/cm2の定電流で終止電圧
4.2Vまで充電を行い、その後電流密度1mA/cm
2の定電流で終止電圧3.0Vまで放電を行うものを1
サイクルとし、各サイクルの放電容量を測定するもので
ある。この試験の結果として、各二次電池の、正極材料
(活物質、導電材、結着剤の合計)単位重量あたりの2
0サイクル後および50サイクル後の放電容量を、図1
に示す。
<Charge / Discharge Cycle Test 1>
A charge / discharge cycle test was performed on the secondary batteries of Example 2 and Comparative Example 1. The charge / discharge cycle test was performed at room temperature (2
Under a constant current of 1 mA / cm 2 under a constant current of 1 mA / cm 2 to a final voltage of 4.2 V.
1 that discharges to a final voltage of 3.0 V with a constant current of 2
The discharge capacity is measured in each cycle. As a result of this test, it was found that each secondary battery had a weight of 2 per unit weight of the positive electrode material (total of active material, conductive material and binder).
The discharge capacity after 0 cycle and 50 cycles is shown in FIG.
Shown in

【0046】図1が示すように、20サイクル後の放電
容量については、BF3を添加していない比較例1の二
次電池であっても比較的大きな放電容量が得られる。し
かし、その後サイクルが進行し、50サイクル後に至っ
ては、比較例1の二次電池は、BF3を添加した実施例
1および実施例2の二次電池より放電容量が小さくなる
ことが明らかとなった。このことから、BF3を添加し
た場合には、サイクル特性が改善されることが確認でき
た。
As shown in FIG. 1, with respect to the discharge capacity after 20 cycles, a relatively large discharge capacity can be obtained even in the secondary battery of Comparative Example 1 to which BF 3 was not added. However, the cycle proceeds thereafter, and after 50 cycles, it is clear that the secondary battery of Comparative Example 1 has a smaller discharge capacity than the secondary batteries of Example 1 and Example 2 to which BF 3 was added. Was. From this, it was confirmed that when BF 3 was added, the cycle characteristics were improved.

【0047】〈実施例3〉本実施例は、円筒型電池につ
いての実施例である。上記実施例と同じ正極合材および
負極合材を、それぞれ帯状のアルミニウム箔集電体およ
び銅箔集電体の両面に片面あたり100μmの厚さで塗
布乾燥して、シート状の正極および負極を作製した。こ
のシート状の正極および負極を、上記実施例1および実
施例2の場合に用いたものと同じ材質のセパレータを挟
装させて捲回し、ロール状の電極体を形成させた。
<Embodiment 3> This embodiment relates to a cylindrical battery. The same positive electrode mixture and negative electrode mixture as in the above example were applied and dried at a thickness of 100 μm per side on both sides of a strip-shaped aluminum foil current collector and a copper foil current collector, respectively, to form a sheet-shaped positive electrode and a negative electrode. Produced. The sheet-shaped positive electrode and the sheet-shaped negative electrode were wound with a separator made of the same material as that used in Examples 1 and 2 to form a roll-shaped electrode body.

【0048】そして、非水電解液を、ECとDECとを
体積比1:1に混合した混合溶媒に支持塩としてLiB
4を1Mの濃度に溶解させ、さらに(C252OBF
3を2.0wt%添加して調製した。上記ロール状の電
極体を18650型電池ケースに収納し、この非水電解
液を注入含浸後、電池ケースを密閉して円筒型のリチウ
ムイオン二次電池を作製して実施例3の二次電池とし
た。
Then, the non-aqueous electrolyte was mixed with EC and DEC at a volume ratio of 1: 1 in a mixed solvent of LiB as a supporting salt.
The F 4 was dissolved in a concentration of 1M, further (C 2 H 5) 2 OBF
3 was added at 2.0 wt%. The above-mentioned roll-shaped electrode body was housed in a 18650 type battery case, and after injecting and impregnating this non-aqueous electrolyte, the battery case was closed to produce a cylindrical lithium ion secondary battery, and the secondary battery of Example 3 was produced. And

【0049】〈比較例2〉上記実施例3の二次電池と、
非水電解液のみ異なるリチウムイオン二次電池を作製
し、比較例2の二次電池とした。本比較例の二次電池の
非水電解液は、(C 252OBF3を添加せず、ECと
DECとを体積比1:1に混合した混合溶媒に、支持塩
としてLiBF4を1Mの濃度に溶解させただけの非水
電解液である。
<Comparative Example 2> The secondary battery of Example 3 was
Producing a lithium ion secondary battery that differs only in the non-aqueous electrolyte
Then, the secondary battery of Comparative Example 2 was obtained. Of the secondary battery of this comparative example.
The non-aqueous electrolyte is (C TwoHFive)TwoOBFThreeWithout adding EC
A supporting solvent is added to a mixed solvent obtained by mixing DEC with DEC in a volume ratio of 1: 1.
As LiBFFourNon-aqueous solution only dissolved in 1M
Electrolyte.

【0050】〈充放電サイクル試験2〉上記実施例3お
よび比較例2の二次電池に対して、充放電サイクル試験
を行った。本充放電サイクル試験は、上記充放電サイク
ル試験1と同様、常温(25℃)下、電流密度1mA/
cm2の定電流で終止電圧4.2Vまで充電を行い、そ
の後電流密度1mA/cm2の定電流で終止電圧3.0
Vまで放電を行うものを1サイクルとし、各サイクルの
放電容量を測定するものである。この試験の結果とし
て、各二次電池の、100サイクルまでのサイクル数と
放電容量維持率(各サイクルにおける放電容量/初期放
電容量×100(%))との関係を、図2に示す。
<Charge / Discharge Cycle Test 2> A charge / discharge cycle test was performed on the secondary batteries of Example 3 and Comparative Example 2. This charge / discharge cycle test was performed at room temperature (25 ° C.) at a current density of 1 mA /
The battery was charged to a final voltage of 4.2 V with a constant current of 2 cm 2 , and then a final voltage of 3.0 with a constant current of 1 mA / cm 2.
One cycle of discharging to V is defined as one cycle, and the discharge capacity of each cycle is measured. FIG. 2 shows the relationship between the number of cycles up to 100 cycles and the discharge capacity retention ratio (discharge capacity / initial discharge capacity × 100 (%) in each cycle) of each secondary battery as a result of this test.

【0051】図2から明らかなように、BF3を添加し
ていない非水電解液を用いた比較例2の二次電池に対し
て、BF3を添加した非水電解液を用いた実施例の二次
電池が容量劣化の少ない二次電池あることが確認でき
た。上記充放電サイクル試験1の結果をも総合して考察
すれば、いずれの形状の電池であっても、非水電解液に
BF3を添加することによってサイクル劣化が抑制さ
れ、また、サイクルを重ねるにつれて、BF3を添加し
たことによる効果が顕著となることも確認できた。
As is clear from FIG. 2, the secondary battery of Comparative Example 2 using the non-aqueous electrolyte containing no BF 3 was compared with the secondary battery using the non-aqueous electrolyte containing BF 3. It was confirmed that the secondary battery was a secondary battery with little capacity deterioration. If the results of the charge / discharge cycle test 1 are also considered comprehensively, cycle deterioration is suppressed by adding BF 3 to the non-aqueous electrolyte for any type of battery, and the cycle is repeated. As a result, it was also confirmed that the effect of adding BF 3 became significant.

【0052】〈実施例4〉本実施例の非水電解液二次電
池は、上記実施例1、2と同様に構成されたコイン型電
池についての実施例である。上記実施例1、2と相違す
る点は、非水電解液の支持塩にLiClO4を用いてい
る点にある。実施例1、2で用いたそれぞれ15mm
φ、17mmφの円盤状の正極と負極とを、19mmφ
のポリエチレンセパレータを介して対向させ、以下に説
明する非水電解液を注入含浸後、電池ケース内に密封し
て、コイン型リチウムイオン二次電池を作製した。本実
施例の二次電池で用いた非水電解液は、ECとDECと
を体積比1:1に混合した混合溶媒に支持塩としてLi
ClO4を1Mの濃度に溶解させ、さらに(C252
BF3を1.0wt%添加して調製した。
<Embodiment 4> The non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment is an embodiment of a coin-type battery constructed in the same manner as in Embodiments 1 and 2. The difference from the first and second embodiments is that LiClO 4 is used as a supporting salt of the non-aqueous electrolyte. 15 mm each used in Examples 1 and 2
φ, 17mmφ disk-shaped positive and negative electrodes, 19mmφ
And a non-aqueous electrolyte solution described below was injected and impregnated, and then sealed in a battery case to produce a coin-type lithium ion secondary battery. The non-aqueous electrolyte used in the secondary battery of the present example was prepared by mixing Li as a supporting salt in a mixed solvent of EC and DEC mixed at a volume ratio of 1: 1.
Dissolve ClO 4 to a concentration of 1M and add (C 2 H 5 ) 2 O
It was prepared by adding BF 3 to 1.0 wt%.

【0053】〈比較例3〉上記実施例4の二次電池と、
非水電解液のみ異なるリチウムイオン二次電池を作製
し、比較例3の二次電池とした。本比較例の二次電池の
非水電解液は、(C 252OBF3を添加せず、ECと
DECとを体積比1:1に混合した混合溶媒に、支持塩
としてLiClO4を1Mの濃度に溶解させただけの非
水電解液である。
<Comparative Example 3>
Producing a lithium ion secondary battery that differs only in the non-aqueous electrolyte
Then, the secondary battery of Comparative Example 3 was obtained. Of the secondary battery of this comparative example.
The non-aqueous electrolyte is (C TwoHFive)TwoOBFThreeWithout adding EC
A supporting solvent is added to a mixed solvent obtained by mixing DEC with DEC in a volume ratio of 1: 1.
As LiClOFourWas only dissolved at a concentration of 1M.
It is a water electrolyte.

【0054】〈充放電サイクル試験3〉上記実施例4お
よび比較例3の二次電池に対して、充放電サイクル試験
を行った。本充放電サイクル試験は、上記充放電サイク
ル試験1および2と同様、常温(25℃)下、電流密度
1mA/cm2の定電流で終止電圧4.2Vまで充電を
行い、その後電流密度1mA/cm2の定電流で終止電
圧3.0Vまで放電を行うものを1サイクルとし、各サ
イクルの放電容量を測定するものである。この試験の結
果として、各二次電池の、50サイクルまでのサイクル
数と正極材料単位重量当たりの放電容量との関係、およ
びサイクル数と放電容量維持率との関係を、それぞれ図
3、図4に示す。
<Charge / Discharge Cycle Test 3> A charge / discharge cycle test was performed on the secondary batteries of Example 4 and Comparative Example 3. In the present charge / discharge cycle test, as in the above charge / discharge cycle tests 1 and 2, at a normal temperature (25 ° C.), a constant current of a current density of 1 mA / cm 2 was charged to a final voltage of 4.2 V, and then a current density of 1 mA / cm 2 The discharge at a constant current of cm 2 to a final voltage of 3.0 V is defined as one cycle, and the discharge capacity in each cycle is measured. As a result of this test, the relationship between the number of cycles up to 50 cycles and the discharge capacity per unit weight of the positive electrode material and the relationship between the number of cycles and the discharge capacity retention ratio of each secondary battery are shown in FIGS. Shown in

【0055】図3および図4から明らかなように、BF
3を添加していない非水電解液を用いた比較例2の二次
電池に対して、BF3を添加した非水電解液を用いた実
施例の二次電池が容量劣化の少ない二次電池あることが
確認できた。したがって、BF3を添加する効果は、支
持塩がLiClO4の場合であっても得られることが判
り、また、ハロゲン元素を含有するどのリチウム塩を支
持塩とした非水電解液二次電池であっても、サイクル特
性の改善に対して有効であることが推定できた。
As is apparent from FIGS. 3 and 4, BF
Compared to the secondary battery of Comparative Example 2 using the non-aqueous electrolyte without adding 3 , the secondary battery of the embodiment using the non-aqueous electrolyte with BF 3 added has less capacity deterioration. It was confirmed that there was. Therefore, it can be seen that the effect of adding BF 3 can be obtained even when the supporting salt is LiClO 4 , and that the non-aqueous electrolyte secondary battery using any lithium salt containing a halogen element as the supporting salt can be obtained. Even if it did, it could be estimated that it was effective for improvement of cycle characteristics.

【0056】[Li1+xMn2-x-yAly4におけるAl
置換割合と高温サイクル特性との関係]上記実施形態に
基づいて、正極活物質に組成式Li1+xMn2-x-yAly
4で表されるスピネル構造リチウムマンガン複合酸化
物を用い、MnサイトのAlでの置換割合を変更させた
種々のリチウムイオン二次電池を実施例として作製し
た。そして、これらの実施例のリチウムイオン二次電池
に対して、電池の実使用温度範囲の上限と目される60
℃において充放電サイクル試験を行い、MnサイトのA
l置換による高サイクル特性向上効果を調べた。また、
これらと比較するために、非水電解液にBF3を添加し
ていない二次電池をも比較例として作製し、高温サイク
ル特性を調べた。以下に、実施例および比較例の二次電
池、充放電サイクル試験の結果について説明する。な
お、本発明の非水電解液二次電池は、以下の実施例のも
のに限定されるものではない。
[Al in Li 1 + x Mn 2-xy Al y O 4
Based on the relationship] above embodiments of the replacement ratio and the high-temperature cycle characteristics, the composition formula in the positive electrode active material Li 1 + x Mn 2-xy Al y
Various lithium ion secondary batteries in which the substitution ratio of Mn sites with Al was changed using a spinel-structured lithium manganese composite oxide represented by O 4 were produced as examples. Then, with respect to the lithium ion secondary batteries of these examples, the upper limit of the actual use temperature range of the batteries is considered to be 60%.
A charge-discharge cycle test was performed at
The effect of improving high cycle characteristics by l-substitution was investigated. Also,
For comparison, a secondary battery in which BF 3 was not added to the non-aqueous electrolyte was also prepared as a comparative example, and the high-temperature cycle characteristics were examined. Hereinafter, the results of the charge and discharge cycle tests of the secondary batteries of Examples and Comparative Examples will be described. The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not limited to the following examples.

【0057】〈実施例5〉正極活物質として、4種類の
スピネル構造リチウムマンガン複合酸化物を用いた。そ
れぞれの組成式は、Li1.05Mn1.90Al0.054、L
1.05Mn1.85Al0.104、Li1.05Mn1.80Al
0.204、Li1.05Mn1.954である。これらのリチウ
ムマンガン複合酸化物の合成は、上記実施形態で例示し
た製造方法により、リチウム源にLiOH・H2O、マ
ンガン源およびアルミニウム源にマンガンアルミニウム
共沈水酸化物(Mn(OH)2、Al(OH)3)を用
い、これらを所定の混合割合で混合させ、このそれぞれ
の混合物を3.0kgとなるように秤量し、秤量した混
合物を、それぞれ酸素流量3.0L/minの雰囲気下
で750℃まで加熱し18時間保持して行った。
Example 5 Four kinds of lithium manganese composite oxides having a spinel structure were used as a positive electrode active material. Each composition formula is Li 1.05 Mn 1.90 Al 0.05 O 4 , L
i 1.05 Mn 1.85 Al 0.10 O 4 , Li 1.05 Mn 1.80 Al
0.20 O 4 and Li 1.05 Mn 1.95 O 4 . The synthesis of these lithium manganese composite oxides is performed by the production method exemplified in the above embodiment, and LiOH.H 2 O as the lithium source, and manganese aluminum coprecipitated hydroxide (Mn (OH) 2 , Al as the manganese source and the aluminum source). Using (OH) 3 ), they are mixed at a predetermined mixing ratio, the respective mixtures are weighed so as to be 3.0 kg, and the weighed mixtures are respectively mixed under an atmosphere of an oxygen flow rate of 3.0 L / min. Heating was carried out to 750 ° C. and held for 18 hours.

【0058】上記それぞれのリチウムマンガン複合酸化
物を正極活物質とし、この正極活物質84重量部に、導
電材としてカーボン粉末を10重量部、結着剤としてポ
リフッ化ビニリデンを6重量部を混合し、溶剤としてN
−メチル−2−ピロリドンを50重量部加え混練し正極
合材とした。この正極合材を厚さ20μmのアルミニウ
ム箔製集電体の両面に塗工し、正極シートとした。
Using each of the above lithium manganese composite oxides as a positive electrode active material, 84 parts by weight of this positive electrode active material were mixed with 10 parts by weight of carbon powder as a conductive material and 6 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder. , N as a solvent
50 parts by weight of -methyl-2-pyrrolidone were added and kneaded to obtain a positive electrode mixture. This positive electrode mixture was applied on both sides of a 20 μm-thick aluminum foil current collector to form a positive electrode sheet.

【0059】負極活物質には人造黒鉛粉末(大阪ガスケ
ミカル製:MCMB)を用いた。この人造黒鉛96重量
部に、結着剤としてポリフッ化ビニリデン4重量部を混
合し、溶剤としてN−メチル−2−ピロリドンを50重
量部加え混練し負極合材とした。この負極合剤を厚さ1
0μmの銅箔製集電体の両面に塗工し、負極シートとし
た。
As the negative electrode active material, artificial graphite powder (MCMB, manufactured by Osaka Gas Chemicals) was used. 96 parts by weight of the artificial graphite were mixed with 4 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder, and 50 parts by weight of N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent were added and kneaded to obtain a negative electrode mixture. This negative electrode mixture has a thickness of 1
The negative electrode sheet was coated on both sides of a 0 μm copper foil current collector.

【0060】非水電解液は、エチレンカーボネート(E
C)とジエチルカーボネート(DEC)とを体積比1:
1に混合した混合溶媒に、支持塩としてLiBF4を1
Mの濃度に溶解させた溶液をまず調製し、この溶液にB
3のDEC飽和溶液を2.0wt%(電解液全体を1
00wt%とする)の割合で添加したものを用いた。ち
なみに、この非水電解液中のBF3は0.74wt%と
なっている。
The non-aqueous electrolyte is ethylene carbonate (E
C) and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 1:
LiBF 4 was added as a supporting salt to the mixed solvent mixed in 1.
First, a solution dissolved in a concentration of M is prepared, and B is added to this solution.
2.0% by weight of DEC saturated solution of F 3 (1
(At 100 wt%). Incidentally, BF 3 in this non-aqueous electrolyte is 0.74 wt%.

【0061】なお、BF3のDEC飽和溶液は、以下の
ように調製したものである。まず、26.1gのLiB
4と3.48gのB23とを混合し、この混合物に等
圧滴下ロートを用いて濃硫酸20mLを滴下した。滴下
時間は約10分であった。この操作により、次の反応式
に従いBF3が発生する。 6LiBF4+B23+6H2SO4 → 8BF3+6L
iHSO4+3H2O 発生したBF3を、アルゴンガスと共に10mLのDE
Cにバブリングををおこなって、BF3のDEC飽和溶
液を得た。バブリングに要した時間は24時間であっ
た。
The DEC saturated solution of BF 3 was prepared as follows. First, 26.1 g of LiB
Mixing the F 4 and 3.48g of B 2 O 3, was added dropwise concentrated sulfuric acid 20mL with pressure equalizing dropping funnel to the mixture. The dropping time was about 10 minutes. By this operation, BF 3 is generated according to the following reaction formula. 6LiBF 4 + B 2 O 3 + 6H 2 SO 4 → 8BF 3 + 6L
iHSO 4 + 3H 2 O Generated BF 3 was combined with argon gas in 10 mL of DE.
C was bubbled to obtain a saturated solution of BF 3 in DEC. The time required for bubbling was 24 hours.

【0062】上記それぞれの正極シート、負極シートお
よび非水電解液を用いて、円筒型電池を以下のように作
製した。まず正極シートと負極シートとを、セパレータ
となる厚さ25μmのポリエチレンフィルム(東燃化学
製)を介して対向させ、捲回し、ロール状の電極体を形
成させた。次いで、この電極体を18650型電池缶
(直径18mm、高さ65mm)に、負極を電池缶本体
部に正極を電池缶キャップ部それぞれリード線を溶接し
て収納し、非水電解液を含浸させた後、キャップ部を本
体部にカシメることにより電池缶を密封し、電池を完成
させた。完成させた電池の容量は、正極活物質の種類に
もよるが、約500mAhであり、正極対負極の理論容
量比は1:1.5とした。
Using the above positive electrode sheet, negative electrode sheet and non-aqueous electrolyte, a cylindrical battery was produced as follows. First, the positive electrode sheet and the negative electrode sheet were opposed to each other via a polyethylene film (manufactured by Tonen Chemical Co., Ltd.) having a thickness of 25 μm serving as a separator, and wound to form a roll-shaped electrode body. Next, the electrode body was housed in a 18650 type battery can (diameter 18 mm, height 65 mm) by welding a lead wire to the body of the battery can body and welding a lead wire to the cap of the battery can cap, and impregnated with a non-aqueous electrolyte. After that, the battery can was sealed by caulking the cap to the main body to complete the battery. Although the capacity of the completed battery depends on the type of the positive electrode active material, it was about 500 mAh, and the theoretical capacity ratio of the positive electrode to the negative electrode was 1: 1.5.

【0063】これらの電池は、正極活物質にLi1.05
1.90Al0.054を用いたものを実施例5−1の二次
電池とし、以下それぞれLi1.05Mn1.85Al0.104
を用いたものを実施例5−2の二次電池と、Li1.05
1.80Al0.204を用いたものを実施例5−3の二次
電池と、Li1.05Mn1.954を用いたものを実施例5
−4の二次電池とした。
These batteries use Li 1.05 M as a positive electrode active material.
The battery using n 1.90 Al 0.05 O 4 was referred to as a secondary battery of Example 5-1. Hereinafter, Li 1.05 Mn 1.85 Al 0.10 O 4 was used, respectively.
Using the secondary battery of Example 5-2 and Li 1.05 M
The battery using n 1.80 Al 0.20 O 4 was used in Example 5-3, and the battery using Li 1.05 Mn 1.95 O 4 was used in Example 5.
-4 secondary battery.

【0064】〈比較例4〉 上記実施例5の二次電池と、非水電解液のみ異なるリチ
ウムイオン二次電池を作製した。本比較例の二次電池の
非水電解液は、BF3を添加せず、ECとDECとを体
積比1:1に混合した混合溶媒に、支持塩としてLiB
4を1Mの濃度に溶解させただけの非水電解液であ
る。実施例5の場合と同様、正極活物質にLi1.05Mn
1.90Al0.054を用いたものを比較例4−1の二次電
池とし、以下それぞれLi1.05Mn1.85Al0.104
用いたものを比較例4−2の二次電池と、Li1.05Mn
1.80Al0.204を用いたものを比較例4−3の二次電
池と、Li1.05Mn1.954を用いたものを比較例4−
4の二次電池とした。
Comparative Example 4 A lithium ion secondary battery different from the secondary battery of Example 5 only in the non-aqueous electrolyte was produced. The nonaqueous electrolyte of the secondary battery of this comparative example was prepared by adding LiF as a supporting salt to a mixed solvent in which EC and DEC were mixed at a volume ratio of 1: 1 without adding BF 3.
This is a non-aqueous electrolyte in which F 4 is only dissolved at a concentration of 1M. As in the case of Example 5, the cathode active material was Li 1.05 Mn.
1.90 Al 0.05 O 4 as the secondary battery of Comparative Example 4-1 that using a secondary battery of Comparative Example 4-2 that using a respectively Li 1.05 Mn 1.85 Al 0.10 O 4 or less, Li 1.05 Mn
The battery using 1.80 Al 0.20 O 4 was compared with the secondary battery of Comparative Example 4-3, and the battery using Li 1.05 Mn 1.95 O 4 was used in Comparative Example 4-
The secondary battery was No. 4.

【0065】〈充放電サイクル試験4〉上記実施例5お
よび比較例4のそれぞれの二次電池に対して、高温充放
電サイクル試験を行った。充放電サイクル試験は、リチ
ウムイオン二次電池の実使用温度範囲の上限温度と考え
ることのできる60℃の下、電流密度1.1mA/cm
2の定電流で終止電圧4.2Vまで充電を行い、その
後、電流密度1.1mA/cm2の定電流で終止電圧
3.0Vまで放電を行うものを1サイクルとし、各サイ
クルの放電容量を測定するものである。この試験の結果
として、各二次電池の500サイクル後の放電容量維持
率(500サイクル目の放電容量/初期放電容量×10
0%)を、下記表1に示す。
<Charge / Discharge Cycle Test 4>
And the secondary batteries of Comparative Example 4
An electric cycle test was performed. The charge / discharge cycle test
Considering the upper limit temperature of the actual operating temperature range of the lithium ion secondary battery
Current density of 1.1 mA / cm under 60 ° C.
TwoIs charged to a final voltage of 4.2 V with a constant current of
After that, the current density is 1.1 mA / cmTwoEnd voltage at constant current of
One cycle that discharges to 3.0 V is defined as one cycle.
This is to measure the discharge capacity of the vehicle. Results of this test
Maintain the discharge capacity of each secondary battery after 500 cycles
Rate (discharge capacity at 500th cycle / initial discharge capacity × 10
0%) is shown in Table 1 below.

【0066】[0066]

【表1】 上記表1から明らかなように、BF3を非水電解液に添
加した実施例5のそれぞれの二次電池は、同じ組成式で
表されるスピネル構造リチウムマンガン複合酸化物を正
極活物質に用いた比較例4のそれぞれの二次電池と比較
して、いずれの二次電池も高温サイクル充放電後の容量
維持率において優れていることが判る。このことから、
本発明の非水電解液二次電池は、MnサイトをAlで置
換するか否かに関わらず、リチウムマンガン複合酸化物
を正極に用いたリチウムイオン二次電池の高温サイクル
特性の向上に効果があることが確認できる。
[Table 1] As is clear from Table 1, each of the secondary batteries of Example 5 in which BF 3 was added to the nonaqueous electrolyte used the spinel-structured lithium manganese composite oxide represented by the same composition formula as the positive electrode active material. It can be seen that all the secondary batteries are superior in the capacity retention ratio after the high-temperature cycle charge / discharge as compared with the respective secondary batteries of Comparative Example 4. From this,
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is effective in improving the high-temperature cycle characteristics of a lithium ion secondary battery using a lithium manganese composite oxide as a positive electrode, regardless of whether the Mn site is replaced with Al. It can be confirmed that there is.

【0067】次に、BF3を添加した実施例5の各二次
電池を比較する。MnサイトをAlで置換したリチウム
マンガン複合酸化物を用いた実施例5−1〜5−3の二
次電池は、置換していないものを用いた実施例5−4の
二次電池に比べ、高温充放電サイクル後の大きな容量を
維持していることが判る。また、見方を変えれば以下の
ことが判る。実施例5−4の二次電池は、同じ正極活物
質を用い、BF3を添加していない非水電解液を用いた
比較例4−4に比べ容量維持率の向上分は3.8%であ
る。これに対し、Mnサイトの0.05等量をAlで置
換したリチウムマンガン複合酸化物を用いた実施例5−
1の二次電池は、比較例4−1の二次電池に比べ4.8
%の向上を示し、0.10の等量を置換したものを用い
た実施例5−2の二次電池は比較例4−2の二次電池に
比べ5.3%の向上を、0.20の等量を置換したもの
を用いた実施例5−3の二次電池は比較例4−3の二次
電池に比べ7.5%の向上を、それぞれ示している。こ
れらのことを総合すれば、本発明の非水電解液二次電池
において、正極活物質にMnサイトの一部をAlで置換
したスピネル構造リチウムマンガン複合酸化物を用いる
ことで、負極表面へのハロゲン化リチウム被膜の生成が
より抑制され、高温使用においても容量劣化の小さな非
水電解液二次電池となることが確認される。
Next, the respective secondary batteries of Example 5 to which BF 3 was added will be compared. The secondary batteries of Examples 5-1 to 5-3 using the lithium manganese composite oxide in which the Mn site was substituted with Al were compared with the secondary batteries of Example 5-4 using the non-substituted lithium manganese composite oxide. It can be seen that a large capacity is maintained after the high-temperature charge / discharge cycle. From a different perspective, the following can be understood. The secondary battery of Example 5-4 uses the same positive electrode active material and has a 3.8% improvement in the capacity retention ratio as compared with Comparative Example 4-4 using a non-aqueous electrolyte solution to which BF 3 is not added. It is. On the other hand, in Example 5 using a lithium manganese composite oxide in which 0.05 equivalents of Mn sites were substituted by Al.
The secondary battery of No. 1 was 4.8 compared to the secondary battery of Comparative Example 4-1.
%, And the secondary battery of Example 5-2 using the equivalent of 0.10 has a 5.3% improvement over the secondary battery of Comparative Example 4-2. The secondary battery of Example 5-3 using the replacement of 20 equivalents showed an improvement of 7.5% compared to the secondary battery of Comparative Example 4-3. Summarizing these facts, in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, by using a spinel-structured lithium manganese composite oxide in which a part of Mn sites is substituted with Al for the positive electrode active material, It is confirmed that the formation of the lithium halide coating is further suppressed, and the nonaqueous electrolyte secondary battery has a small capacity deterioration even when used at a high temperature.

【0068】[0068]

【発明の効果】本発明は、非水電解液二次電池を、非水
電解液にBF3を添加するように構成したものである。
このような構成とすることによって、負極表面のハロゲ
ン化リチウム被膜の形成を抑制することが可能となっ
た。このことから本発明の非水電解液二次電池は、負極
と電解液との間のイオン伝導が良好で電池インピーダン
スが小さく、かつ、繰り返される充放電によっても放電
容量の劣化の小さい二次電池となる。また、フッ素を含
有するリチウム塩を支持塩として用いた場合は、生成し
たハロゲン化リチウムを支持塩として再生できることに
なる。
According to the present invention, a non-aqueous electrolyte secondary battery is configured so that BF 3 is added to the non-aqueous electrolyte.
With such a configuration, formation of a lithium halide coating on the surface of the negative electrode can be suppressed. From this, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a secondary battery in which the ionic conduction between the negative electrode and the electrolyte is good, the battery impedance is small, and the discharge capacity is small even by repeated charging and discharging. Becomes Further, when a lithium salt containing fluorine is used as a supporting salt, the generated lithium halide can be regenerated as a supporting salt.

【0069】また、組成式Li 1+x Mn 2-x-y Al y 4
表されるスピネル構造リチウムマンガン複合酸化物を正
極に用い、炭素材料を負極に用いることで、高温使用に
おいてもサイクル特性の良好な非水電解液二次電池とな
る。
[0069] Further, in the composition formula Li 1 + x Mn 2-xy Al y O 4
The spinel structure lithium manganese composite oxide
By using the carbon material for the negative electrode and the carbon material for the negative electrode, a non-aqueous electrolyte secondary battery having good cycle characteristics even at a high temperature can be obtained.

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

【図1】 実施例1、実施例2および比較例1の二次電
池の、正極材料単位重量あたりの20サイクル後および
50サイクル後の放電容量を示す図
FIG. 1 is a diagram showing the discharge capacity after 20 cycles and 50 cycles per unit weight of a positive electrode material of the secondary batteries of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1.

【図2】 実施例3および比較例2の二次電池の、10
0サイクルまでのサイクル数と放電容量維持率との関係
を示す図
FIG. 2 shows 10 of the secondary batteries of Example 3 and Comparative Example 2;
Diagram showing the relationship between the number of cycles up to 0 cycles and the discharge capacity retention ratio

【図3】 実施例4および比較例3の二次電池の、50
サイクルまでの、サイクル数と正極材料単位重量当たり
の放電容量との関係を示す図
FIG. 3 shows 50 of the secondary batteries of Example 4 and Comparative Example 3.
Diagram showing the relationship between the number of cycles and the discharge capacity per unit weight of the positive electrode material up to the cycle

【図4】 実施例4および比較例3の二次電池の、50
サイクルまでの、サイクル数と放電容量維持率との関係
を示す図
FIG. 4 shows 50 of the secondary batteries of Example 4 and Comparative Example 3.
Diagram showing the relationship between the number of cycles and the discharge capacity retention rate up to the cycle

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−38031(JP,A) 特開 平9−270259(JP,A) 特開 平4−289662(JP,A) 特開 平11−149943(JP,A) 欧州特許出願公開903798(EP,A 1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/40 H01M 4/02 - 4/04 H01M 4/36 - 4/62 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-50-38031 (JP, A) JP-A-9-270259 (JP, A) JP-A-4-289662 (JP, A) JP-A-11- 149943 (JP, A) European Patent Application Publication 903798 (EP, A1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01M 10/40 H01M 4/02-4/04 H01M 4/36- 4/62

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 金属リチウム、リチウム合金またはリチ
ウムをドープ/脱ドープ可能な炭素材料を用いた負極
と、正極と、リチウム塩を非水溶媒に溶解させた非水電
解液とを有する非水電解液二次電池であって、 前記正極に組成式Li 1+x Mn 2-x-y Al y 4 (0≦x≦
0.5、0.01≦y≦0.5)で表されるスピネル構
造リチウムマンガン複合酸化物を用い、 前記非水電解液は、3フッ化ホウ素および/または3フ
ッ化ホウ素のウェルナー型錯体が含有されていることを
特徴とする非水電解液二次電池。
(1) lithium metal, lithium alloy or lithium
Negative electrode using carbon material that can be doped / dedoped with aluminum
, A positive electrode, and a non-aqueous electrolyte in which a lithium salt is dissolved in a non-aqueous solvent.
A non-aqueous electrolyte secondary battery having a dissolution solution, wherein the positive electrode has a composition formula of Li 1 + x Mn 2-xy Al y O 4 (0 ≦ x ≦
0.5, 0.01 ≦ y ≦ 0.5)
The lithium manganese composite oxide is used, and the non-aqueous electrolyte is boron trifluoride and / or trifluoride.
That the Werner-type complex of boron nitride is contained.
Characteristic non-aqueous electrolyte secondary battery.
【請求項2】 前記負極にリチウムをドープ/脱ドープ
可能な炭素材料を用いた請求項1に記載の非水電解液二
次電池。
2. Doping / dedoping lithium into the negative electrode.
2. The non-aqueous electrolyte according to claim 1, wherein the non-aqueous electrolyte is a carbon material.
Next battery.
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