JP3692656B2 - Non-aqueous secondary battery - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極シートの柔軟性を改良し巻回時の合剤脱落を防止した非水二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯電話、ビデオカメラやノート型パソコン等の電子機器の電源として高容量の二次電池、特にリチウムイオンの挿入放出反応を利用した非水二次電池の需要が高まってきているが、これら電子機器の機能向上と共に二次電池の更なる高容量化が望まれている。そこで、本発明者らは負極活物質としてリチウムイオン吸蔵能力の高い特定の金属酸化物を使うことによって高容量化を達成した。しかし、正極活物質の能力は従来のままなので電池内に充填する量としては従来よりも正極活物質の割合を多くしなければならず、そのためには正極シートの合剤層厚みを厚くすることになる。
非水二次電池の形態としては、シート状の正極、負極及びセパレータを積層したものを渦巻き状に巻回した巻回群を容器内に納め、円筒型電池とするのが一般的である。シートが割れず正しい真円状に巻回するためには正極及び負極シートが柔軟でなければならないが、高容量を得るためには合剤中の活物質含率を出来るだけ多くする必要が有り、その結果柔軟性が不十分となる。柔軟性が不十分だと合剤層が厚くなるほどシートが割れやすく、活物質が脱落し易くなる。従って本発明の金属酸化物負極活物質を使った系では正極シートの柔軟性を向上する必要があった。
シートからの活物質脱落防止のため、特開昭63−121265では金属集電体に導電性塗膜を被覆することが開示されている。該特許では導電性塗膜はカーボンブラックや金属粉などの導電フィラーと結着剤で構成されているが、このような構成では上記柔軟性を満足するには不十分であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、正極シートの柔軟性を改良し巻回時の合剤脱落を防止し、高い放電電流依存性に優れた非水二次電池を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、
リチウム含有遷移金属酸化物である正極活物質を含有する合剤を塗布してなる正極シートと、リチウムを吸蔵・放出可能な負極材料を含有する合剤を塗布してなる負極シートと、リチウム金属塩を含む非水電解質よりなる電解質に於いて、該正極シートが、電子伝導性粒子と非電子伝導性粒子および結着剤を含む該正極活物質非含有層を、リチウム含有遷移金属酸化物である正極活物質を含有する合剤の間または該合剤の最下層に存在させたものであり、且つ、該正極活物質非含有層に含有される電子伝導性粒子と非電子伝導性粒子の割合が、1:99〜50:50重量%であるものを使用することを特徴とする非水二次電池により達成された。
【0005】
本発明の好ましい態様は以下の通りであるが、これらは1例であって、これらに限定する必要はない。
(1)リチウム含有遷移金属酸化物である正極活物質を含有する合剤を塗布してなる正極シートと、リチウムを吸蔵・放出可能な負極材料を含有する合剤を塗布してなる負極シートと、リチウム金属塩を含む非水電解質よりなる電解質に於いて、該正極シートが、電子伝導性粒子と非電子伝導性粒子および結着剤を含む該正極活物質非含有層を、リチウム含有遷移金属酸化物である正極活物質を含有する合剤の間または該合剤の最下層に存在させたものであり、且つ、該正極活物質非含有層に含有される電子伝導性粒子と非電子伝導性粒子の割合が、1:99〜50:50重量%であるものを使用することを特徴とする非水二次電池。
(2)該正極活物質非含有層より上にある合剤層と、下にある合剤層の塗設量の比が10:0〜1:9であることを特徴とする項1に記載の非水二次電池。
(3)該電子伝導性粒子が、カーボンブラック類、グラファイト類および金属紛から選ばれる少なくとも1化合物である項1に記載の非水二次電池。
(4)該非導電性粒子が、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、ケイ酸ジルコニウム、雲母、カオリナイト、スメクナイト、パイロフィライトからなる群より選ばれる少なくとも1化合物である項1に記載の非水二次電池。
(5)該結着剤が、分解温度が300℃以上の多糖類、熱可塑性樹脂およびゴム弾性を有するポリマーからなる群より選ばれる少なくとも1ポリマーである項1に記載の非水二次電池。
(6)正極活物質として、リチウム含有遷移金属複合酸化物を少なくとも1種類含むことを特徴とする項1から5のいずれか1項に記載の非水二次電池。
(7)該リチウム金属塩を含む非水電解質よりなる電解質を構成する電解液が、環状カーボネート及び/または非環状カーボネートを含む溶媒であることを特徴とする項1から6のいずれか1項に記載の非水二次電池。
(8)該リチウム金属塩を含む非水電解質よりなる電解質を構成するリチウム金属塩が、LiPF を含むことを特徴とする項1から7のいずれか1項に記載の非水二次電池。
(9)負極材料が金属または半金属酸化物であることを特徴とする項1から8のいずれか1項に記載の非水二次電池。
(10)該負極材料の金属または半金属酸化物を主体とした層が、周期律表13から15族の金属、半金属元素の酸化物を少なくとも1種類含む層であることを特徴とする項9に記載の非水二次電池。
(11)項10の負極材料が次の一般式(1)の複合酸化物であることを特徴とする非水二次電池。
SnM aOt 一般式(1)
式中、M はAl、B、P、Si、Ge、周期律表第1族元素、第2族元素、第3族元素、ハロゲン元素から選ばれる2種以上の元素を表し、aは0.2以上、2以下の数を、tは1以上、6以下の数を表す。
(12)該錫を含む複合酸化物が次の一般式(4)の複合酸化物であることを特徴とする項11に記載の非水二次電池。
SnM cM dOt 一般式(4)
式中、M はAl、B、P、Geの少なくとも1種を、M は周期律表第1族元素、第2族元素、第3族元素、ハロゲン元素の少なくとも1種を表し、cは0.2以上、2以下の数、dは0.01以上、1以下の数で、0.2<c+d<2、tは1以上、6以下の数を示す。
【0006】
本発明において、正極シートは、電子伝導性粒子と非電子伝導性粒子および結着剤を含む正極活物質非含有層を、リチウム含有遷移金属酸化物である正極活物質を含有する合剤の間または該合剤の最下層に存在させたものである。
正極活物質非含有層より上層にある合剤層と下層にある合剤層との塗設量の比は10:0から1:9が好ましく、10:0から2:8が更に好ましい。活物質非含有層の厚みは合剤層の0.8%〜50%が好ましく、更に好ましくは1.5%〜40%である。活物質非含有層を構成する材料は、電子伝導性粒子、非電子伝導性粒子および結着剤を含むものである。電子伝導性粒子としてはアセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネストブラックなどのカーボンブラック類、天然黒鉛、人造黒鉛などのグラファイト類、または金属紛が好ましい。非電子伝導性粒子としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、ケイ酸ジルコニウム、雲母、カオリナイト、スメクタイト、パイロフィライトなどが好ましい。また、結着剤としては合剤層で使用できるものならば何でも良く、合剤層に含有される結着剤と同じであっても異なっても良い。具体的な結着剤については後述する。活物質非含有層を構成する電子伝導性粒子と非電子伝導性粒子の使用割合は、1:99〜50:50重量%が好ましく、さらに好ましくは5:95〜50:50重量%である。
【0007】
本発明の非水二次電池に用いられる正・負極は、正極合剤あるいは負極合剤を集電体上に塗設して作ることが出来る。正・負極は、正極活物質あるいは負極材料を含む合剤層の他に、合剤層の機械的保護や化学的保護の目的で導入する保護層などを有してもよい。
正極あるいは負極合剤には、それぞれ正極活物質あるいは負極材料のほか、それぞれに導電剤、結着剤、分散剤、フィラー、イオン導電剤、圧力増強剤や各種添加剤を含むことができる。
【0008】
本発明で用いられる正極活物質は、軽金属イオンを吸蔵・放出できる化合物であればよいが、特に、遷移金属酸化物や遷移金属カルコゲナイドから選ばれる。特に遷移金属酸化物が好ましく、更にリチウムを含む遷移金属酸化物が特に好ましい。
【0009】
本発明で用いられる好ましい遷移金属としてはTi,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Nb,Mo,Wを挙げることができ、これら遷移金属の化合物の中では、二酸化マンガン、五酸化バナジウム、酸化鉄、酸化モリブデン、硫化モリブデン、酸化コバルト、硫化鉄、硫化チタンなどが好ましい。これらの化合物は、単独で、あるいは2種以上を併用して用いることができる。又、リチウムを含む遷移金属酸化物として用いることもできる。
【0010】
リチウム化合物や遷移金属化合物の他に、一般に、Ca2+のようにイオン伝導性を高める化合物、あるいは、P、B、Siを含むような非晶質網目形成剤(例えば、P2 5 、Li3 PO4 、H3 BO3 、B2 3 、SiO2 など)と混合して焼成しても良い。また、Na、K、Mgなどのアルカリ金属イオンおよび/またはSi、Sn、Al、Ga、Ge、Ce、In、Biなどを含む化合物と混合して焼成しても良い。リチウムを含む遷移金属酸化物は、例えば、リチウム化合物、遷移金属化合物の混合物を焼成することにより合成することができる。
【0011】
本発明で用いられる好ましい正極活物質の具体例は、特開昭61ー5262号公報、米国特許第4、302、518号明細書、特開昭63ー299056号、特開平1ー294364号、特公平4ー30146号、米国特許第5、240、794号、同5、153、081号、特開平4ー328、258号、特開平5ー54、889号等に記載されている。代表的な化合物を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0012】
Lix CoO2 、Lix NiO2 、Lix Coa Ni1-a 2 、Lix Cob 1-b z 、Lix Cob Fe1-b z 、Lix Mn2 4 、Lix MnO2 、Lix Mn2 3 、Lix Mnb Co2-b z 、Lix Mnb Ni2-b z 、Lix Mnb 2-b z 、Lix Mnb Fe1-b z 、Lix Coc 1-c 2 (ここでx=0.05〜1.2、a=0.1〜0.9、b=0.8〜0.98、c=0.85〜0.99、z=1.5〜5)があげられる。
【0013】
本発明で用いる正極活物質は、リチウム化合物と遷移金属化合物を混合、焼成する方法や溶液反応により合成することができるが、特に焼成法が好ましい。
焼成の為の詳細は、特開平6ー60、867号の段落〔0035〕、特開平7ー14、579号等に記載されており、これらの方法を用いることができる。焼成によって得られた正極活物質は水、酸性水溶液、アルカリ性水溶液、有機溶剤にて洗浄した後使用してもよい。
更に、遷移金属酸化物に化学的にリチウムイオンを挿入する方法としては、リチウム金属、リチウム合金やブチルリチウムと遷移金属酸化物と反応させることにより合成する方法であっても良い。
【0014】
本発明で用いる正極活物質の平均粒子サイズは特に限定されないが、0.1〜50μmが好ましい。0.5〜30μmの粒子の体積が95%以上であることが好ましい。粒径3μm以下の粒子群の占める体積が全体積の18%以下であり、かつ15μm以上25μm以下の粒子群の占める体積が、全体積の18%以下であることが更に好ましい。比表面積としては特に限定されないが、BET法で0.01〜50m2 /gが好ましく、特に0.2m2 /g〜1m2 /gが好ましい。また正極活物質5gを蒸留水100mlに溶かした時の上澄み液のpHとしては7以上12以下が好ましい。
【0015】
本発明の正極活物質を焼成によって得る場合、焼成温度としては500〜1500℃であることが好ましく、さらに好ましくは700〜1200℃であり、特に好ましくは750〜1000℃である。焼成時間としては4〜30時間が好ましく、さらに好ましくは6〜20時間であり、特に好ましくは6〜15時間である。
【0016】
本発明で用いられる負極材料としては、軽金属イオンを吸蔵・放出できる化合物であればよい。特に、軽金属、軽金属合金、炭素質化合物、無機酸化物、無機カルコゲナイド、金属錯体、有機高分子化合物が好ましい。これらは単独でも、組み合わせて用いてもよい。例えば、軽金属と炭素質化合物、軽金属と無機酸化物、軽金属と炭素質化合物と無機酸化物の組み合わせなどが挙げられる。これらの負極材料は、高容量、高放電電位、高安全性、高サイクル性の効果を与えるので好ましい。
【0017】
軽金属としてはリチウムが好ましい。軽金属合金としては、リチウムと合金を作る金属あるいはリチウムを含む合金が挙げられる。Al,Al−Mn、Al−Mg、Al−Sn、Al−In、Al−Cdが特に好ましい。
炭素質化合物としては、天然黒鉛、人工黒鉛、気相成長炭素、有機物の焼成された炭素などから選ばれ、黒鉛構造を含んでいるものが好ましい。また、炭素質化合物には、炭素以外にも、異種化合物、例えばB,P,N,S,SiC,B4 Cを0〜10重量%含んでもよい。
【0018】
酸化物叉はカルコゲナイドを形成する元素としては、遷移金属又は周期律表13から15族の金属、半金属元素が好ましい。
【0019】
遷移金属化合物としては、特にV,Ti,Fe,Mn,Co,Ni,Zn,W,Moの単独あるいは複合酸化物、叉はカルコゲナイドが好ましい。更に好ましい化合物として、特開平6−44,972号記載のLip Coq 1-q r (ここでp=0.1〜2.5、q=0〜1、z=1.3〜4.5)を挙げる事が出来る。
【0020】
遷移金属以外の金属、半金属の化合物としては、周期律表第13族〜15族の元素、Al,Ga,Si,Sn,Ge,Pb,Sb,Biの単独あるいはそれらの2種以上の組み合わせからなる酸化物、カルコゲナイドが選ばれる。
例えば、Al2 3 、Ga2 3 、SiO、SiO2 、GeO、GeO2 、SnO、SnO2 、SnSiO3 、PbO、PbO2 、Pb2 3 、Pb2 4 、Pb3 4 、Sb2 3 、Sb2 4 、Sb2 5 、Bi2 3 、Bi2 4 、Bi2 5 、SnSiO3 、GeS、GeS2 、SnS、SnS2 、PbS、PbS2 、Sb2 3 、Sb2 5 、SnSiS3 などが好ましい。又これらは、酸化リチウムとの複合酸化物、例えばLi2 GeO3 、Li2 SnO2 であってもよい。
【0021】
上記の複合カルコゲン化合物、複合酸化物は電池組み込み時に主として非晶質であることが好ましい。ここで言う主として非晶質とはCuKα線を用いたX線回折法で2θ値で20°から40°に頂点を有するブロードな散乱帯を有する物であり、結晶性の回折線を有してもよい。好ましくは2θ値で40°以上70°以下に見られる結晶性の回折線の内最も強い強度が、2θ値で20°以上40°以下に見られるブロードな散乱帯の頂点の回折線強度の500倍以下であることが好ましく、さらに好ましくは100倍以下であり、特に好ましくは5倍以下であり、最も好ましくは 結晶性の回折線を有さないことである。
【0022】
上記の複合カルコゲン化合物、複合酸化物は、遷移金属、周期律表13から15族元素からなる複合化合物であり、B,Al,Ga,In,Tl,Si,Ge,Sn,Pb,P,As,Sb,Biの中の2種以上の元素を主体とする複合カルコゲン化合物、複合酸化物がより好ましい。更に好ましくは複合酸化物である。
特に好ましいのは、B,Al,Si,Ge,Sn,Pの中の2種以上の元素を主体とする複合酸化物である。
これらの複合カルコゲン化合物、複合酸化物は、主として非晶質構造を修飾するために周期律表の1族から3族の元素またはハロゲン元素を含んでもよい。また遷移金属を含んでもよい。
【0023】
上記の負極材料の中で、錫を主体とする非晶質の複合酸化物が好ましく、次の一般式(1)または(2)で表される。
SnM1 a t 一般式(1)
式中、M1 はAl,B,P、Si、Ge、周期律表第1族元素、第2族元素、第3族元素、ハロゲン元素から選ばれる2種以上の元素を表し、aは0.2以上、2以下の数を、tは1以上、6以下の数を表す。
【0024】
Snx 1-x 1 a t 一般式(2)
式中、Tは遷移金属金属を表し、V,Ti,Fe,Mn,Co,Ni,Zn,W,Moを表す。xは0.1以上、0.9以下の数を表す。M1 、a、tは一般式(1)と同じである。
【0025】
一般式(1)の化合物の中で、次の一般式(3)の化合物がより好ましい。
SnM2 b t 一般式(3)
式中、M2 はAl,B,P、Ge、周期律表第1族元素、第2族元素、第3族元素、ハロゲン元素から選ばれる2種以上の元素を表し、bは0.2以上、2以下の数を、tは1以上、6以下の数を表す。
【0026】
一般式(3)の化合物の中で、次の一般式(4)の化合物が更に好ましい。
SnM3 c 4 d t 一般式(4)
式中、M3 はAl,B,P、Geの少なくとも1種を、M4 は周期律表第1族元素、第2族元素、第3族元素、ハロゲン元素の少なくとも1種を表し、cは0.2以上、2以下の数、dは0.01以上、1以下の数で、0.2<c+d<2、tは1以上6以下の数を表す。
【0027】
本発明の非晶質複合酸化物は、焼成法、溶液法のいずれの方法も採用することができるが、焼成法がより好ましい。焼成法では、一般式(1)に記載された元素の酸化物あるいは化合物をよく混合した後、焼成して非晶質複合酸化物を得るのが好ましい。
【0028】
焼成条件としては、昇温速度として昇温速度毎分5℃以上200℃以下であることが好ましく、かつ焼成温度としては500℃以上1500℃以下であることが好ましく、かつ焼成時間としては1時間以上100時間以下であることが好ましい。且つ、下降温速度としては毎分2℃以上107 ℃以下であることが好ましい。
本発明における昇温速度とは「焼成温度(℃表示)の50%」から「焼成温度(℃表示)の80%」に達するまでの温度上昇の平均速度であり、本発明における降温速度とは「焼成温度(℃表示)の80%」から「焼成温度(℃表示)の50%」に達するまでの温度降下の平均速度である。
降温は焼成炉中で冷却してもよくまた焼成炉外に取り出して、例えば水中に投入して冷却してもよい。またセラミックスプロセッシング(技報堂出版1987)217頁記載のgun法・Hammer−Anvil法・slap法・ガスアトマイズ法・プラズマスプレー法・遠心急冷法・melt drag法などの超急冷法を用いることもできる。またニューガラスハンドブック(丸善1991)172頁記載の単ローラー法、双ローラ法を用いて冷却してもよい。焼成中に溶融する材料の場合には、焼成中に原料を供給しつつ焼成物を連続的に取り出してもよい。焼成中に溶融する材料の場合には融液を攪拌することが好ましい。
【0029】
焼成ガス雰囲気は好ましくは酸素含有率が5体積%以下の雰囲気であり、さらに好ましくは不活性ガス雰囲気である。不活性ガスとしては例えば窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノン等が挙げられる。最も好ましい不活性ガスは純アルゴンである。
【0030】
本発明で示される化合物の平均粒子サイズは0.1〜60μmが好ましい。寄り詳しくは、平均粒径が0.7〜25μmであり、かつ全体積の60%以上が0.5〜30μmであることが好ましい。また、本発明の負極活物質の粒径1μm以下の粒子群の占める体積は全体積の30%以下であり、かつ粒径20μm以上の粒子群の占める体積が全体積の25%以下であることが好ましい。使用する材料の粒径は、負極の片面の合剤厚みを越えないものであることはいうまでもない。
所定の粒子サイズにするには、良く知られた粉砕機や分級機が用いられる。例えば、乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、衛星ボールミル、遊星ボールミル、旋回気流型ジェットミルや篩などが用いられる。粉砕時には水、あるいはメタノール等の有機溶媒を共存させた湿式粉砕も必要に応じて行うことが出来る。所望の粒径とするためには分級を行うことが好ましい。分級方法としては特に限定はなく、篩、風力分級機などを必要に応じて用いることができる。分級は乾式、湿式ともに用いることができる。
平均粒径とは一次粒子のメジアン径のことであり、レーザー回折式の粒度分布測定装置により測定される。
【0031】
本発明の負極材料の例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
SnAl0.4 0.5 0.5 0.1 3.65、SnAl0.4 0.5 0.5 Na0.2 3.7
SnAl0.4 0.3 0.5 Rb0.2 3.4 、SnAl0.4 0.5 0.5 Cs0.1 3.65
SnAl0.4 0.5 0.5 0.1 Ge0.053.85、SnAl0.4 0.5 0.5 0.1 Mg0.1 Ge0.023.83、 SnAl0.4 0.4 0.4 3.2 、SnAl0.3 0.5 0.2 2.7
SnAl0.3 0.5 0.2 2.7 、SnAl0.4 0.5 0.3 Ba0.08Mg0.083.26、SnAl0.4 0.4 0.4 Ba0.083.28、SnAl0.4 0.5 0.5 3.6 、SnAl0.4 0.5 0.5 Mg0.1 3.7
【0032】
SnAl0.5 0.4 0.5 Mg0.1 0.2 3.65、SnB0.5 0.5 Li0.1 Mg0.1 0.2 3.05、SnB0.5 0.5 0.1 Mg0.1 0.2 3.05、SnB0.5 0.5 0.05Mg0.050.1 3.03、SnB0.5 0.5 0.05Mg0.1 0.2 3.03、SnAl0.4 0.5 0.5 Cs0.1 Mg0.1 0.2 3.65、SnB0.5 0.5 Cs0.05Mg0.050.1 3.03、SnB0.5 0.5 Mg0.1 0.1 3.05、SnB0.5 0.5 Mg0.1 0.2 3 、SnB0.5 0.5 Mg0.1 0.063.07、SnB0.5 0.5 Mg0.1 0.143.03、SnPBa0.083.58、SnPK0.1 3.55、SnPK0.05Mg0.053.58、SnPCs0.1 3.55、SnPBa0.080.083.54、SnPK0.1 Mg0.1 0.2 3.55、SnPK0.05Mg0.050.1 3.53、SnPCs0.1 Mg0.1 0.2 3.55、SnPCs0.05Mg0.050.1 3.53
【0033】
Sn1.1 Al0.4 0.2 0.6 Ba0.080.083.54、Sn1.1 Al0.4 0.2 0.6 Li0.1 0.1 Ba0.1 0.1 3.65、Sn1.1 Al0.4 0.4 0.4 Ba0.083.34
Sn1.1 Al0.4 PCs0.054.23、Sn1.1 Al0.4 PK0.054.23、Sn1.2 Al0.5 0.3 0.4 Cs0.2 3.5 、Sn1.2 Al0.4 0.2 0.6 Ba0.083.68、Sn1.2 Al0.4 0.2 0.6 Ba0.080.083.64、Sn1.2 Al0.4 0.2 0.6 Mg0.04Ba0.043.68、Sn1.2 Al0.4 0.3 0.5 Ba0.083.58、Sn1.3 Al0.3 0.3 0.4 Na0.2 3.3 、Sn1.3 Al0.2 0.4 0.4 Ca0.2 3.4 、Sn1.3 Al0.4 0.4 0.4 Ba0.2 3.6 、Sn1.4 Al0.4 PK0.2 4.6 、Sn1.4 Al0.2 Ba0.1 PK0.2 4.45、Sn1.4 Al0.2 Ba0.2 PK0.2 4.6 、Sn1.4 Al0.4 Ba0.2 PK0.2 Ba0.1 0.2 4.9 、Sn1.4 Al0.4 PK0.3 4.65、Sn1.5 Al0.2 PK0.2 4.4 、Sn1.5 Al0.4 PK0.1 4.65、Sn1.5 Al0.4 PCs0.054.63、Sn1.5 Al0.4 PCs0.05Mg0.1 0.2 4.63
【0034】
SnSi0.5 Al0.1 0.2 0.1 Ca0.4 3.1 、SnSi0.4 Al0.2 0.4 2.7
SnSi0.5 Al0.2 0.1 0.1 Mg0.1 2.8 、SnSi0.6 Al0.2 0.2 2.8
SnSi0.5 Al0.3 0.4 0.2 3.55、SnSi0.5 Al0.3 0.4 0.5 4.30
SnSi0.6 Al0.1 0.1 0.3 3.25、SnSi0.6 Al0.1 0.1 0.1 Ba0.2 2.95。SnSi0.6 Al0.1 0.1 0.1 Ca0.2 2.95、SnSi0.6 Al0.4 0.2 Mg0.1 3.2 、SnSi0.6 Al0.1 0.3 0.1 3.05、SnSi0.6 Al0.2 Mg0.2 2.7 、SnSi0.6 Al0.2 Ca0.2 2.7 、SnSi0.6 Al0.2 0.2 3
SnSi0.6 0.2 0.2 3 、SnSi0.8 Al0.2 2.9 、SnSi0.8 Al0.3 0.2 0.2 3.85、SnSi0.8 0.2 2.9 、SnSi0.8 Ba0.2 2.8 、SnSi0.8 Mg0.2 2.8 、SnSi0.8 Ca0.2 2.8 、SnSi0.8 0.2 3.1
【0035】
Sn0.9 Mn0.3 0.4 0.4 Ca0.1 Rb0.1 2.95、Sn0.9 Fe0.3 0.4 0.4 Ca0.1 Rb0.1 2.95、Sn0.8 Pb0.2 Ca0.1 0.9 3.35、Sn0.3 Ge0.7 Ba0.1 0.9 3.35、Sn0.9 Mn0.1 Mg0.1 0.9 3.35、Sn0.2 Mn0.8 Mg0.1 0.9 3.35、Sn0.7 Pb0.3 Ca0.1 0.9 3.35、Sn0.2 Ge0.8 Ba0.1 0.9 3.35
【0036】
上記焼成されて得られた化合物の化学式は、測定方法として誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法、簡便法として、焼成前後の粉体の重量差から算出できる。
【0037】
本発明の負極材料への軽金属挿入量は、その軽金属の析出電位に近似するまででよいが、例えば、負極材料当たり50〜700モル%が好ましいが、特に、100〜600モル%が好ましい。その放出量は挿入量に対して多いほど好ましい。軽金属の挿入方法は、電気化学的、化学的、熱的方法が好ましい。電気化学的方法は、正極活物質に含まれる軽金属を電気化学的に挿入する方法や軽金属あるいはその合金から直接電気化学的に挿入する方法が好ましい。化学的方法は、軽金属との混合、接触あるいは、有機金属、例えば、ブチルリチウム等と反応させる方法がある。電気化学的方法、化学的方法が好ましい。該軽金属はリチウムあるいはリチウムイオンが特に好ましい。
【0038】
本発明の負極材料には各種元素を含ませることができる。例えば、ランタノイド系金属(Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg)や、電子伝導性をあげる各種化合物(例えば、Sb、In、Nbの化合物)のドーパントを含んでもよい。添加する化合物の量は0〜5モル%が好ましい。
【0039】
本発明で用いられる酸化物の正極活物質あるいは負極材料の表面を、用いられる正極活物質や負極材料と異なる化学式を持つ酸化物で被覆することができる。この表面酸化物は、酸性にもアルカリ性にも溶解する化合物を含む酸化物が好ましい。さらに、電子伝導性の高い金属酸化物が好ましい。例えば、PbO2 、Fe2 3 、SnO2 、In2 3 、ZnOなどやまたはこれらの酸化物にドーパント(例えば、酸化物では原子価の異なる金属、ハロゲン元素など)を含ませることが好ましい。特に好ましくは、SiO2 、SnO2 、Fe2 3 、ZnO、PbO2 である。
【0040】
表面処理された金属酸化物の量は、該正極活物質あるいは負極材料当たり、0.1〜10重量%が好ましい。また、0.2〜5重量%が特に好ましく、0.3〜3重量%が最も好ましい。
【0041】
また、このほかに、正極活物質や負極材料の表面を改質することができる。例えば、金属酸化物の表面をエステル化剤により処理、キレート化剤で処理、導電性高分子、ポリエチレンオキサイドなどにより処理することが挙げられる。
また、負極材料の表面を改質することもできる。例えば、イオン導電性ポリマーやポリアセチレン層を設けるなどにより処理することが挙げられる。また、正極活物質や負極材料は水洗などの精製工程を経てもよい。
【0042】
電極合剤には、導電剤、結着剤、フィラー、分散剤、イオン導電剤、圧力増強剤及びその他の各種添加剤を用いることができる。
導電剤は、構成された電池において、化学変化を起こさない電子伝導性材料であれば何でもよい。通常、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛など)、人工黒鉛などのグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック、等のカーボンブラック類、炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維類、銅、ニッケル、アルミニウム、銀などの金属粉類、酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー類、酸化チタンなどの導電性金属酸化物あるいはポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料などを単独又はこれらの混合物として含ませることができる。これらの導電剤のなかで、アセチレンブラック、グラファイトとアセチレンブラックの併用が特に好ましい。水分散の合剤を作成する場合には、導電剤は予め水中に分散したものを用いるのが好ましい。
導電剤の添加量は、特に限定されないが、1〜50重量%が好ましく、特に1〜30重量%が好ましい。カーボンやグラファイトでは、2〜15重量%が特に好ましい。
【0043】
合剤層及び活物質非含有層に使用する結着剤としては、多糖類、熱可塑性樹脂及びゴム弾性を有するポリマーを一種またはこれらの混合物を用いることができる。好ましい例としては、でんぷん、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム、ポリブタジエン、フッ素ゴム及びポリエチレンオキシドを挙げることができる。また、多糖類のようにリチウムと反応するような官能基を含む化合物を用いるときは、例えば、イソシアネート基のような化合物を添加してその官能基を失活させることが好ましい。その結着剤の添加量は、特に限定されないが、1〜50重量%が好ましく、特に2〜30重量%が好ましい。合剤中における結着剤の分布は、均一でも、不均一でもよい。本発明に於いて好ましい結着剤剤は、分解温度が300℃以上のポリマーである。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリふっ化ビニリデン(PVDF)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、ふっ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ふっ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE樹脂)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、ふっ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ふっ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ふっ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体を挙げる事ができる。
【0044】
フィラーは、構成された電池において、化学変化を起こさない繊維状材料であれば何でも用いることができる。通常、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのオレフィン系ポリマー、ガラス、炭素などの繊維が用いられる。フィラーの添加量は特に限定されないが、0〜30重量%が好ましい。
【0045】
イオン導電剤は、無機及び有機の固体電解質として知られている物を用いることができ、詳細は電解液の項に記載されている。圧力増強剤は、後述の内圧を上げる化合物であり、炭酸塩が代表例である。
【0046】
電解質は、一般に、溶媒と、その溶媒に溶解するリチウム塩(アニオンとリチウムカチオン)とから構成されている。溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、ギ酸メチル、酢酸メチル、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エチルエーテル、1,3−プロパンサルトンなどの非プロトン性有機溶媒を挙げることができ、これらの一種または二種以上を混合して使用する。これらの溶媒に溶解するリチウム塩のカチオンとしては、例えば、ClO4 - 、BF4 - 、PF6 - 、CF3 SO3 - 、CF3 CO2 - 、AsF6 - 、SbF6 - 、(CF3 SO2 2 - 、B10Cl10 2-、(1,2−ジメトキシエタン)2 ClO4 - 、低級脂肪族カルボン酸イオン、AlCl4 - 、Cl- 、Br- 、I- 、クロロボラン化合物のアニオン、四フェニルホウ酸イオンを挙げることができ、これらの一種または二種以上を使用することができる。なかでも環状カーボネート及び/または非環状カーボネートを含ませることが好ましい。例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネートを含ませることが好ましい。また、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートを含ませることが好ましい。またエチレンカーボネートのほかに、プロピレンカ−ボネ−ト、1,2−ジメトキシエタン、ジメチルカーボネートあるいはジエチルカーボネートを適宜混合した電解液にLiCF3 SO3 、LiClO4 、LiBF4 および/あるいはLiPF6 を含む電解質が好ましい。それらの支持塩では、LiPF6 を含ませることが特に好ましい。
【0047】
これら電解質を電池内に添加する量は、特に限定されないが、正極活物質や負極材料の量や電池のサイズによって必要量用いることができる。
支持電解質の濃度は、特に限定されないが、電解液1リットル当たり0.2〜3モルが好ましい。
【0048】
また、電解液の他に次の様な固体電解質も併用することができる。固体電解質としては、無機固体電解質と有機固体電解質に分けられる。無機固体電解質には、Liの窒化物、ハロゲン化物、酸素酸塩などがよく知られている。なかでも、Li3 N、LiI、Li5 NI2 、Li3 N−LiI−LiOH、Li4 SiO4 、Li4 SiO4 −LiI−LiOH、x Li3 PO4 −(1-x)Li4 SiO4 、Li2 SiS3 、硫化リン化合物などが有効である。
【0049】
有機固体電解質では、ポリエチレンオキサイド誘導体か該誘導体を含むポリマー、ポリプロピレンオキサイド誘導体あるいは該誘導体を含むポリマー、イオン解離基を含むポリマー、イオン解離基を含むポリマーと上記非プロトン性電解液の混合物、リン酸エステルポリマー、非プロトン性極性溶媒を含有させた高分子マトリックス材料が有効である。さらに、ポリアクリロニトリルを電解液に添加する方法もある。また、無機と有機固体電解質を併用する方法も知られている。
【0050】
また、放電や充放電特性を改良する目的で、他の化合物を電解質に添加しても良い。例えば、ピリジン、トリエチルフォスファイト、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、n−グライム、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、N−置換オキサゾリジノンとN, N’−置換イミダリジノン、エチレングリコールジアルキルエーテル、第四級アンモニウム塩、ポリエチレングリコ−ル、ピロール、2−メトキシエタノール、AlCl3 、導電性ポリマー電極活物質のモノマー、トリエチレンホスホルアミド、トリアルキルホスフィン、モルホリン、カルボニル基を持つアリール化合物、12−クラウンー4のようなクラウンエーテル類、ヘキサメチルホスホリックトリアミドと4−アルキルモルホリン、二環性の三級アミン、オイル、四級ホスホニウム塩、三級スルホニウム塩などを挙げることができる。
【0051】
また、電解液を不燃性にするために含ハロゲン溶媒、例えば、四塩化炭素、三弗化塩化エチレンを電解液に含ませることができる。また、高温保存に適性をもたせるために電解液に炭酸ガスを含ませることができる。
【0052】
また、正極や負極の合剤には電解液あるいは電解質を含ませることができる。例えば、前記イオン導電性ポリマーやニトロメタン、電解液を含ませる方法が知られている。
【0053】
セパレーターとしては、大きなイオン透過度を持ち、所定の機械的強度を持ち、絶縁性の微多孔性薄膜が用いられる。また、80℃以上で孔を閉塞し、抵抗をあげる機能を持つことが好ましい。耐有機溶剤性と疎水性からポリプレピレンおよび/またはポリエチレンなどのオレフィン系ポリマーあるいはガラス繊維などからつくられたシートや不織布が用いられる。セパレーターの孔径は、一般に電池用セパレーターとして用いられる範囲が用いられる。例えば、0.01〜10μmが用いられる。セパレターの厚みは、一般に電池用セパレーターの範囲で用いられる。例えば、5〜300μmが用いられる。セパレーターの製造は、ポリマーの合成後、孔の作り方としては、乾式、延伸法でも溶液、溶媒除去法あるいはそれらの組み合わせでもでもよい。
【0054】
電極活物質の集電体としては、構成された電池において化学変化を起こさない電子伝導体であれば何でもよい。例えば、正極には、材料としてステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、炭素などの他に、アルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたものが用いられる。特に、アルミニウムあるいはアルミニウム合金が好ましい。負極には、材料としてステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、アルミニウム、炭素などの他に、銅やステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたもの、Al−Cd合金などが用いられる。特に、銅あるいは銅合金が好ましい。これらの材料の表面を酸化することも用いられる。また、表面処理により集電体表面に凹凸を付けることが望ましい。形状は、フォイルの他、フィルム、シート、ネット、パンチされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体などが用いられる。厚みは、特に限定されないが、1〜500μmのものが用いられる。
【0055】
電池の形状はシート、シリンダー、偏平、角などいずれにも適用できる。
正極活物質や負極材料の合剤は、集電体の上に塗布(コート)、乾燥、圧縮されて、主に用いられる。塗布方法は、一般的な方法を用いることができる。例えば、リバースロール法、ダイレクトロール法、ブレード法、ナイフ法、エクストルージョン法、カーテン法、グラビア法、バー法、ディップ法及びスクイーズ法を挙げることができる。そのなかでもブレード法、ナイフ法及びエクストルージョン法が好ましい。塗布は、0.1〜100m/分の速度で実施されることが好ましい。この際、合剤の溶液物性、乾燥性に合わせて、上記塗布方法を選定することにより、良好な塗布層の表面状態を得ることができる。塗布は、片面ずつ逐時でも両面同時でもよい。また、塗布は連続でも間欠でもストライプでもよい。その塗布層の厚み、長さや巾は、電池の大きさにより決められるが、片面の塗布層の厚みは、ドライ後の圧縮された状態で、1〜2000μmが特に好ましい。
【0056】
シートの乾燥又は脱水方法としては、一般に採用されている方法を利用することができる。特に、熱風、真空、赤外線、遠赤外線、電子線及び低湿風を単独あるいは組み合わせて用いることが好ましい。温度は80〜350℃の範囲が好ましく、特に100〜250℃の範囲が好ましい。含水量は、電池全体で2000ppm以下が好ましく、正極合剤、負極合剤や電解質ではそれぞれ500ppm以下にすることがサイクル性の点で好ましい。
シートのプレス法は、一般に採用されている方法を用いることができるが、特に金型プレス法やカレンダープレス法が好ましい。プレス圧は、特に限定されないが、0.2〜3t/cm2 が好ましい。カレンダープレス法のプレス速度は、0.1〜50m/分が好ましい。プレス温度は、室温〜200℃が好ましい。正極シートに対する負極シートとの幅の比率は、0.9〜1.1が好ましい。特に、0.95〜1.0が好ましい。正極活物質と負極材料の含有量比は、化合物種類や合剤処方により異なるため、限定できないが、容量、サイクル性、安全性の観点で最適な値に設定できる。
【0057】
該合剤シートとセパレーターを介して重ね合わせた後、それらのシートは、巻いたり、折ったりして缶に挿入し、缶とシートを電気的に接続し、電解液を注入し、封口板を用いて電池缶を形成する。このとき、安全弁を封口板として用いることができる。安全弁の他、従来から知られている種々の安全素子を備えつけても良い。例えば、過電流防止素子として、ヒューズ、バイメタル、PTC素子などが用いられる。また、安全弁のほかに電池缶の内圧上昇の対策として、電池缶に切込を入れる方法、ガスケット亀裂方法あるいは封口板亀裂方法あるいはリード板との切断方法を利用することができる。また、充電器に過充電や過放電対策を組み込んだ保護回路を具備させるか、あるいは、独立に接続させてもよい。また、過充電対策として、電池内圧の上昇により電流を遮断する方式を具備することができる。このとき、内圧を上げる化合物を合剤の中あるいは電解質の中に含ませることができる。内圧を上げる化合物としては、Li2 CO3 、LiHCO3 、Na2 CO3 、NaHCO3 、CaCO3 、MgCO3 などの炭酸塩などがあげられる。
缶やリード板は、電気伝導性をもつ金属や合金を用いることができる。例えば、鉄、ニッケル、チタン、クロム、モリブデン、銅、アルミニウムなどの金属あるいはそれらの合金が用いられる。キャップ、缶、シート、リード板の溶接法は、公知の方法(例、直流又は交流の電気溶接、レーザー溶接、超音波溶接)を用いることができる。封口用シール剤は、アスファルトなどの従来から知られている化合物や混合物を用いることができる。
【0058】
本発明の非水二次電池の用途には、特に限定されないが、例えば、電子機器に搭載する場合、カラーノートパソコン、白黒ノートパソコン、サブノートパソコンペン入力パソコン、ポケット(パームトップ)パソコン、ノート型ワープロ、ポケットワープロ、電子ブックプレーヤー、携帯電話、コードレスフォン子機、ページャー、ハンディーターミナル、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、電気シェーバー、電子翻訳機、自動車電話、トランシーバー、電動工具、電子手帳、電卓、メモリーカード、テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、メモリーカードなどが挙げられる。その他民生用として、自動車、電動車両、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、ロードコンディショナー、アイロン、時計、ストロボ、カメラ、医療機器(ペースメーカー、補聴器、肩もみ機など)などが挙げられる。更に、各種軍需用、宇宙用として用いることができる。また、他の二次電池や太陽電池あるいは一次電池と組み合わせることもできる。
【0059】
本発明の好ましい組合せは、上記の化学材料や電池構成部品の好ましいものを組み合わすことが好ましいが、特に正極活物質として、Lix CoO2 、Lix NiO2 、Lix MnO2 、Lix Mn2 4 (ここでx=0.05〜1.2)から選ばれる少なくとも1種の化合物を含み、導電剤としてアセチレンブラックも共に含む。正極集電体はステンレス鋼かアルミニウムから作られている、ネット、シート、箔、ラスなどの形状をしている。負極材料として、リチウム金属、リチウム合金(Li−Al)、炭素質化合物、酸化物(LiCoVO4 、SnO2 、SnO、SiO、GeO2 、GeO、SnSiO3 、SnSi0.3 Al0.1 0.2 0.3 3.2 )、硫化物(TiS2 、SnS2 、SnS、GeS2 、GeS)などを含む少なくとも1種の化合物を用いることが好ましい。負極集電体はステンレス鋼か銅から作られている、ネット、シート、箔、ラスなどの形状をしている。正極活物質あるいは負極材料とともに用いる合剤には、電子伝導剤としてアセチレンブラック、黒鉛などの炭素材料を混合してもよい。結着剤はポリフッ化ビニリデン、ポリフルオロエチレンなどの含フッ素熱可塑性化合物、アクリル酸を含むポリマー、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンターポリマーなどのエラストマーを単独あるいは混合して用いることができる。また、電解液として、エチレンカーボネート、さらに、ジエチルカーボネート、ジメチルカルボネートなどの環状、非環状カーボネートあるいは酢酸エチルなどのエステル化合物の組合せ、支持電解質として、LiPF6 を含み、さらに、LIBF4 、LiCF3 SO3 などのリチウム塩を混合して用いることが好ましい。さらに、セパレーターとして、ポリプロピレンあるいはポリエチレンの単独またはそれらの組合せが好ましい。電池の形態は、シリンダー、偏平、角型のいづれでもよい。電池には、誤動作にも安全を確保できる手段(例、内圧開放型安全弁、電流遮断型安全弁、高温で抵抗を上げるセパレーター)を備えることが好ましい。
【0060】
【実施例】
以下に具体例をあげ、本発明をさらに詳しく説明するが、発明の主旨を越えない限り、本発明は実施例に限定されるものではない。
実施例−1
負極活物質としてSnB0.2 0.5 0.1 Mg0.1 Ge0.1 2.8 を86重量部、導電剤としてアセチレンブラック3重量部とグラファイト6重量部の割合で混合し、さらに結着剤としてポリ弗化ビニリデンを4重量部及びカルボキシメチルセルロース1重量部を加え、水を媒体として混練して負極合剤スラリーを得た。該スラリーを厚さ10μmの銅箔の両面にエクストルージョン式塗布機を使って塗設し、乾燥後カレンダープレス機により圧縮成形して厚さ82μm、幅55mm長さ490mmの帯状の負極シート(2)を作成した。
正極活物質としてLiCoO2 を87重量部、導電剤としてアセチレンブラック3重量部とグラファイト6重量部の割合で混合し、さらに結着剤としてNipol820B(日本ゼオン製)3重量部とカルボキシメチルセルロース1重量部を加え、水を媒体として混練して正極合剤スラリーを得た。また、表1に示す割合で電子伝導性粒子と非電子伝導性粒子を混合した粉体混合物94重量部とポリ弗化ビニリデン4重量部とカルボキシメチルセルロース2重量部を水を媒体として混練して活物質非含有層のスラリーを得た。該スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔の両面にエクストルージョン式塗布機を使って表1に示す層構成で塗設し、乾燥後カレンダープレス機により圧縮成形して厚さ260μm、幅53mm、長さ445mmの帯状の正極シート(1)を作成した。
【0061】
上記負極シート(2)及び正極シート(1)のそれぞれも端部にニッケル及びアルミニウム製のリード板をそれぞれ溶接した後、露点−40℃以下の乾燥空気中で230℃で1時間熱処理した。熱処理は遠赤外線ヒーターを用いて行った。さらに、熱処理済みの正極シート(1)、微多孔性ポリエチレン/ポリプロピレンフィルム製セパレータ(3)、熱処理済みの負極シート(2)及びセパレータ(3)の順で積層し、これを渦巻状に巻回した。巻回時に正極シートの割れと合剤脱落の様子を観察した。
この巻回体を負極端子を兼ねる、ニッケルめっきを施した鉄製の有底円筒型電池缶(4)に収納した。さらに、電解質として1mol/リットルLiPF6 (エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの2対8重量比混合液)を電池缶内に注入した。正極端子を有する電池蓋(5)をガスケット(6)を介してかしめて高さ65mm、外径18mmの円筒型電池を作成した。なお、正極端子(5)正極シート(1)と、電池缶(4)は負極シートと予めリード端子により接続した。なお、(7)は安全弁である。1mA/cm2 で4.2Vまで充電し、その後2.8Vまで放電した。放電電流は1mA/cm2 、5mA/cm2 の二種類について行い両者の比をとって放電電流依存性を算出した。正極シートの割れと放電電流依存性の結果を表1に示す。
【0062】
【表1】

Figure 0003692656
【0063】
【発明の効果】
表1の結果からあきらかな様に、正極に活物質非含有層を設けた本発明の電池は、巻回時の正極割れが改良され放電電流依存性も最上層に活物質非含有層を設けた場合より優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的な円筒型電池の縦断面図である。
【符号の説明】
1.正極シート
2.負極シート
3.セパレータ
4.電池缶
5.電池蓋
6.ガスケット
7.安全弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-aqueous secondary battery in which the flexibility of a positive electrode sheet is improved to prevent the mixture from falling off during winding.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the demand for high-capacity secondary batteries as power sources for electronic devices such as mobile phones, video cameras and laptop computers, especially non-aqueous secondary batteries using lithium ion insertion / release reaction, has increased. It is desired to increase the capacity of the secondary battery along with the improvement of the function of the electronic device. Therefore, the present inventors have achieved a high capacity by using a specific metal oxide having a high lithium ion storage capacity as the negative electrode active material. However, since the capacity of the positive electrode active material remains the same as before, the proportion of the positive electrode active material must be increased as compared with the conventional amount as the amount to be filled in the battery, and for this purpose, the mixture layer thickness of the positive electrode sheet must be increased. become.
As a form of the non-aqueous secondary battery, it is common to place a winding group in which a stack of sheet-like positive electrode, negative electrode and separator is wound in a spiral shape into a cylindrical battery. The positive and negative electrode sheets must be flexible so that the sheet can be wound in a correct circular shape without cracking, but in order to obtain a high capacity, it is necessary to increase the active material content in the mixture as much as possible. As a result, the flexibility becomes insufficient. If the flexibility is insufficient, the thicker the mixture layer, the easier the sheet breaks, and the active material tends to fall off. Therefore, in the system using the metal oxide negative electrode active material of the present invention, it is necessary to improve the flexibility of the positive electrode sheet.
In order to prevent the active material from falling off the sheet, Japanese Patent Laid-Open No. 63-121265 discloses that a metal current collector is coated with a conductive coating film. In this patent, the conductive coating film is composed of a conductive filler such as carbon black or metal powder and a binder, but such a configuration is insufficient to satisfy the above flexibility.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a non-aqueous secondary battery that improves the flexibility of the positive electrode sheet , prevents the mixture from falling off during winding, and has high discharge current dependency .
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The subject of the present invention is
A positive electrode sheet formed by applying a mixture containing a positive electrode active material which is a lithium-containing transition metal oxide; a negative electrode sheet formed by applying a mixture containing a negative electrode material capable of occluding and releasing lithium; and lithium metal In an electrolyte comprising a non-aqueous electrolyte containing a salt, the positive electrode sheet comprises an electron conductive particle, a non-electron conductive particle, and a positive electrode active material-free layer containing a binder as a lithium-containing transition metal oxide. Between the electron-containing particles and the non-electron-conductive particles contained in the mixture containing a certain positive electrode active material or in the lowermost layer of the mixture, and contained in the positive electrode active material non-containing layer This was achieved by a non-aqueous secondary battery characterized in that a ratio of 1:99 to 50: 50% by weight was used.
[0005]
Although the preferable aspect of this invention is as follows, these are examples and it is not necessary to limit to these.
(1) A positive electrode sheet formed by applying a mixture containing a positive electrode active material that is a lithium-containing transition metal oxide; and a negative electrode sheet formed by applying a mixture containing a negative electrode material capable of occluding and releasing lithium. In the electrolyte comprising a non-aqueous electrolyte containing a lithium metal salt, the positive electrode sheet comprises the positive electrode active material-free layer containing electron conductive particles, non-electron conductive particles, and a binder. Electron conductive particles and non-electron conduction which are present in the mixture containing the positive electrode active material which is an oxide or in the lowermost layer of the mixture and contained in the positive electrode active material non-containing layer What is used is a non-aqueous secondary battery in which the ratio of the conductive particles is 1:99 to 50: 50% by weight .
(2) The ratio of the coating amount of the mixture layer above the positive electrode active material non-containing layer and the mixture layer below is 10: 0 to 1: 9, Non-aqueous secondary battery.
(3) The nonaqueous secondary battery according to item 1, wherein the electron conductive particles are at least one compound selected from carbon blacks, graphites and metal powders.
(4) Item 1 wherein the non-conductive particles are at least one compound selected from the group consisting of aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, silicon dioxide, zirconium silicate, mica, kaolinite, smectite, and pyrophyllite. Non-aqueous secondary battery.
(5) The nonaqueous secondary battery according to item 1 , wherein the binder is at least one polymer selected from the group consisting of a polysaccharide having a decomposition temperature of 300 ° C. or higher, a thermoplastic resin, and a polymer having rubber elasticity .
(6) The nonaqueous secondary battery according to any one of items 1 to 5, wherein the positive electrode active material contains at least one lithium-containing transition metal composite oxide .
(7) In any one of Items 1 to 6, wherein the electrolytic solution constituting the electrolyte comprising the non-aqueous electrolyte containing the lithium metal salt is a solvent containing a cyclic carbonate and / or a non-cyclic carbonate. The non-aqueous secondary battery as described.
(8) The nonaqueous secondary battery according to any one of items 1 to 7, wherein the lithium metal salt constituting the electrolyte comprising the nonaqueous electrolyte containing the lithium metal salt includes LiPF 6 .
(9) The nonaqueous secondary battery according to any one of items 1 to 8, wherein the negative electrode material is a metal or a metalloid oxide .
(10) to claim the layer mainly composed of a metal or metalloid oxide of the negative electrode material, a metal from the Periodic Table 13 Group 15, characterized in that the oxide of the metalloid elements is at least one comprising a layer 9. The nonaqueous secondary battery according to 9 .
(11) A nonaqueous secondary battery, wherein the negative electrode material according to item 10 is a composite oxide of the following general formula (1).
SnM 1 aOt general formula (1)
In the formula, M 1 represents two or more elements selected from Al, B, P, Si, Ge, Group 1 element, Group 2 element, Group 3 element, and halogen element in the periodic table, and a is 0 .2 represents a number of 2 or less, and t represents a number of 1 or more and 6 or less.
(12) The non-aqueous secondary battery according to item 11, wherein the composite oxide containing tin is a composite oxide of the following general formula (4).
SnM 3 cM 4 dOt general formula (4)
In the formula, M 3 represents at least one of Al, B, P, and Ge, M 4 represents at least one of Group 1 element, Group 2 element, Group 3 element, and halogen element in the periodic table, c Is a number of 0.2 or more and 2 or less, d is a number of 0.01 or more and 1 or less, 0.2 <c + d <2, and t is a number of 1 or more and 6 or less.
[0006]
In the present invention, the positive electrode sheet includes a positive electrode active material-free layer containing electron conductive particles, non-electron conductive particles, and a binder, and a mixture containing a positive electrode active material that is a lithium-containing transition metal oxide. Or it exists in the lowest layer of this mixture.
The ratio of the coating amount of the mixture layer in the upper layer and the mixture layer in the lower layer is preferably 10: 0 to 1: 9, and more preferably 10: 0 to 2: 8. The thickness of the active material non-containing layer is preferably 0.8% to 50%, more preferably 1.5% to 40% of the mixture layer. The material constituting the active material non-containing layer contains electron conductive particles, non-electron conductive particles, and a binder. The electron conductive particles are preferably carbon blacks such as acetylene black, ketjen black and furnace black, graphites such as natural graphite and artificial graphite, or metal powder. As the non-electron conductive particles, aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, silicon dioxide, zirconium silicate, mica, kaolinite, smectite, pyrophyllite and the like are preferable. The binder may be anything as long as it can be used in the mixture layer, and may be the same as or different from the binder contained in the mixture layer. Specific binder will be described later. The use ratio of the electron conductive particles and the non-electron conductive particles constituting the active material-free layer is preferably 1:99 to 50:50 wt%, and more preferably 5:95 to 50:50 wt%.
[0007]
The positive and negative electrodes used in the non-aqueous secondary battery of the present invention can be prepared by coating a positive electrode mixture or a negative electrode mixture on a current collector. The positive and negative electrodes may have a protective layer or the like introduced for the purpose of mechanical protection or chemical protection of the mixture layer in addition to the mixture layer containing the positive electrode active material or the negative electrode material.
In addition to the positive electrode active material or the negative electrode material, the positive electrode or the negative electrode mixture can contain a conductive agent, a binder, a dispersant, a filler, an ionic conductive agent, a pressure enhancer, and various additives, respectively.
[0008]
The positive electrode active material used in the present invention may be any compound that can occlude / release light metal ions, and is particularly selected from transition metal oxides and transition metal chalcogenides. A transition metal oxide is particularly preferable, and a transition metal oxide containing lithium is particularly preferable.
[0009]
Preferred transition metals used in the present invention include Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Mo, and W. Among these transition metal compounds, manganese dioxide, five Vanadium oxide, iron oxide, molybdenum oxide, molybdenum sulfide, cobalt oxide, iron sulfide, titanium sulfide, and the like are preferable. These compounds can be used alone or in combination of two or more. Moreover, it can also be used as a transition metal oxide containing lithium.
[0010]
In addition to lithium compounds and transition metal compounds, generally, compounds that increase ionic conductivity, such as Ca 2+ , or amorphous network formers such as P, B, and Si (for example, P 2 O 5 , Li 3 PO 4 , H 3 BO 3 , B 2 O 3 , SiO 2, etc.) may be mixed and fired. Alternatively, alkali metal ions such as Na, K, and Mg and / or a compound containing Si, Sn, Al, Ga, Ge, Ce, In, Bi, or the like may be mixed and fired. The transition metal oxide containing lithium can be synthesized, for example, by firing a mixture of a lithium compound and a transition metal compound.
[0011]
Specific examples of preferable positive electrode active materials used in the present invention include JP-A No. 61-5262, US Pat. No. 4,302,518, JP-A No. 63-299056, JP-A No. 1-294364, JP-B-4-30146, US Pat. Nos. 5,240,794, 5,153,081, JP-A-4-328,258, JP-A-5-54,889 and the like. Representative compounds are shown below, but the present invention is not limited thereto.
[0012]
Li x CoO 2, Li x NiO 2, Li x Co a Ni 1-a O 2, Li x Co b V 1-b O z, Li x Co b Fe 1-b O z, Li x Mn 2 O 4, Li x MnO 2, Li x Mn 2 O 3, Li x Mn b Co 2-b O z, Li x Mn b Ni 2-b O z, Li x Mn b V 2-b O z, Li x Mn b Fe 1-b O z , Li x Co c B 1-c O 2 (where x = 0.05 to 1.2, a = 0.1 to 0.9, b = 0.8 to 0.98, c = 0.85-0.99, z = 1.5-5).
[0013]
The positive electrode active material used in the present invention can be synthesized by a method in which a lithium compound and a transition metal compound are mixed and fired, or by a solution reaction, and the firing method is particularly preferable.
Details for firing are described in paragraphs [0035] of JP-A-6-60,867, JP-A-7-14,579, and the like, and these methods can be used. The positive electrode active material obtained by firing may be used after being washed with water, an acidic aqueous solution, an alkaline aqueous solution, or an organic solvent.
Furthermore, as a method of chemically inserting lithium ions into the transition metal oxide, a method of synthesis by reacting lithium metal, a lithium alloy or butyl lithium with a transition metal oxide may be used.
[0014]
The average particle size of the positive electrode active material used in the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 50 μm. The volume of particles of 0.5 to 30 μm is preferably 95% or more. More preferably, the volume occupied by a particle group having a particle size of 3 μm or less is 18% or less of the total volume, and the volume occupied by a particle group of 15 μm or more and 25 μm or less is 18% or less of the total volume. No particular limitation is imposed on the specific surface area is preferably 0.01 to 50 m 2 / g by the BET method, particularly preferably 0.2m 2 / g~1m 2 / g. The pH of the supernatant when 5 g of the positive electrode active material is dissolved in 100 ml of distilled water is preferably 7 or more and 12 or less.
[0015]
When the positive electrode active material of the present invention is obtained by firing, the firing temperature is preferably 500 to 1500 ° C, more preferably 700 to 1200 ° C, and particularly preferably 750 to 1000 ° C. The firing time is preferably 4 to 30 hours, more preferably 6 to 20 hours, and particularly preferably 6 to 15 hours.
[0016]
The negative electrode material used in the present invention may be any compound that can occlude / release light metal ions. In particular, light metals, light metal alloys, carbonaceous compounds, inorganic oxides, inorganic chalcogenides, metal complexes, and organic polymer compounds are preferable. These may be used alone or in combination. Examples include light metals and carbonaceous compounds, light metals and inorganic oxides, and combinations of light metals, carbonaceous compounds, and inorganic oxides. These negative electrode materials are preferable because they provide high capacity, high discharge potential, high safety, and high cycle effect.
[0017]
Lithium is preferred as the light metal. Examples of the light metal alloy include a metal that forms an alloy with lithium or an alloy containing lithium. Al, Al—Mn, Al—Mg, Al—Sn, Al—In, and Al—Cd are particularly preferable.
The carbonaceous compound is preferably selected from natural graphite, artificial graphite, vapor-grown carbon, baked carbon of an organic substance, and the like, and includes a graphite structure. In addition to carbon, the carbonaceous compound may contain 0 to 10% by weight of a heterogeneous compound, for example, B, P, N, S, SiC, B 4 C.
[0018]
As an element forming oxide or chalcogenide, a transition metal, a metal of group 13 to 15 of the periodic table, or a metalloid element is preferable.
[0019]
As the transition metal compound, V, Ti, Fe, Mn, Co, Ni, Zn, W, Mo alone or a composite oxide or chalcogenide is particularly preferable. More preferred compounds, Li p of JP-A 6-44,972 No. claimed Co q V 1-q O r ( wherein p = 0.1~2.5, q = 0~1, z = 1.3~ 4.5).
[0020]
As a compound of a metal other than a transition metal or a semimetal, a group 13-15 element of the periodic table, Al, Ga, Si, Sn, Ge, Pb, Sb, Bi alone or a combination of two or more thereof An oxide consisting of chalcogenide is selected.
For example, Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , SiO, SiO 2 , GeO, GeO 2 , SnO, SnO 2 , SnSiO 3 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 2 O 4 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , Bi 2 O 5 , SnSiO 3 , GeS, GeS 2 , SnS, SnS 2 , PbS, PbS 2 , Sb 2 S 3 , Sb 2 S 5 , SnSiS 3 and the like are preferable. These may be composite oxides with lithium oxide, such as Li 2 GeO 3 and Li 2 SnO 2 .
[0021]
The complex chalcogen compound and complex oxide are preferably mainly amorphous when assembled into a battery. The term “amorphous” as used herein refers to an X-ray diffraction method using CuKα rays, which has a broad scattering band having a peak at 20 ° to 40 ° with a 2θ value, and has a crystalline diffraction line. Also good. Preferably, the strongest intensity of the crystalline diffraction lines seen at 2θ values of 40 ° or more and 70 ° or less is 500 of diffraction line intensities at the apexes of broad scattering bands seen at 2θ values of 20 ° or more and 40 ° or less. It is preferably not more than twice, more preferably not more than 100 times, particularly preferably not more than 5 times, and most preferably not having a crystalline diffraction line.
[0022]
The above-mentioned composite chalcogen compound and composite oxide are composite compounds composed of transition metals and Group 15 elements from Periodic Table 13, B, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, P, As. , Sb, Bi are more preferably a complex chalcogen compound or complex oxide mainly composed of two or more elements. More preferred are complex oxides.
Particularly preferred are composite oxides mainly composed of two or more elements of B, Al, Si, Ge, Sn, and P.
These composite chalcogen compounds and composite oxides may contain elements from Group 1 to Group 3 of the periodic table or halogen elements mainly to modify the amorphous structure. Transition metals may also be included.
[0023]
Among the above negative electrode materials, an amorphous composite oxide mainly composed of tin is preferable, and is represented by the following general formula (1) or (2).
SnM 1 a O t general formula (1)
In the formula, M 1 represents two or more elements selected from Al, B, P, Si, Ge, Group 1 elements, Group 2 elements, Group 3 elements, and halogen elements in the periodic table, and a is 0. .2 represents a number of 2 or less, and t represents a number of 1 or more and 6 or less.
[0024]
Sn x T 1-x M 1 a O t General formula (2)
In the formula, T represents a transition metal metal and represents V, Ti, Fe, Mn, Co, Ni, Zn, W, or Mo. x represents a number of 0.1 or more and 0.9 or less. M 1 , a, and t are the same as those in the general formula (1).
[0025]
Among the compounds of the general formula (1), the following compounds of the general formula (3) are more preferable.
SnM 2 b O t general formula (3)
In the formula, M 2 represents two or more elements selected from Al, B, P, Ge, Group 1 elements, Group 2 elements, Group 3 elements, and halogen elements in the periodic table, and b is 0.2. The number is 2 or less, and t is 1 or more and 6 or less.
[0026]
Among the compounds of the general formula (3), the following compounds of the general formula (4) are more preferable.
SnM 3 c M 4 d O t General formula (4)
In the formula, M 3 represents at least one of Al, B, P and Ge, M 4 represents at least one of Group 1 element, Group 2 element, Group 3 element and halogen element in the periodic table, c Is a number of 0.2 or more and 2 or less, d is a number of 0.01 or more and 1 or less, 0.2 <c + d <2, and t is a number of 1 or more and 6 or less.
[0027]
The amorphous composite oxide of the present invention can employ either a firing method or a solution method, but the firing method is more preferable. In the firing method, it is preferable to obtain an amorphous composite oxide by thoroughly mixing oxides or compounds of the elements described in the general formula (1) and then firing.
[0028]
As firing conditions, the temperature rise rate is preferably 5 ° C. or more and 200 ° C. or less per minute, the firing temperature is preferably 500 ° C. or more and 1500 ° C. or less, and the firing time is 1 hour. It is preferable that it is 100 hours or less. Further, the rate of temperature decrease is preferably 2 ° C. or more and 10 7 ° C. or less per minute.
The rate of temperature increase in the present invention is the average rate of temperature rise from “50% of the firing temperature (indicated in ° C.)” to “80% of the firing temperature (indicated in ° C.)”. It is the average rate of temperature drop from reaching “80% of the firing temperature (indicated by ° C.)” to “50% of the firing temperature (expressed in ° C)”
The temperature lowering may be cooled in a firing furnace, or taken out of the firing furnace and cooled, for example, in water. In addition, a super rapid cooling method such as the gun method, the Hammer-Anvil method, the slap method, the gas atomizing method, the plasma spray method, the centrifugal quenching method, and the melt drag method described on page 217 of ceramics processing (Gihodo Publishing 1987) can also be used. Moreover, you may cool using the single roller method of a new glass handbook (Maruzen 1991) 172 page, and the double roller method. In the case of a material that melts during firing, the fired product may be continuously taken out while supplying raw materials during firing. In the case of a material that melts during firing, it is preferable to stir the melt.
[0029]
The firing gas atmosphere is preferably an atmosphere having an oxygen content of 5% by volume or less, and more preferably an inert gas atmosphere. Examples of the inert gas include nitrogen, argon, helium, krypton, and xenon. The most preferred inert gas is pure argon.
[0030]
As for the average particle size of the compound shown by this invention, 0.1-60 micrometers is preferable. More specifically, it is preferable that the average particle diameter is 0.7 to 25 μm, and 60% or more of the total volume is 0.5 to 30 μm. The volume occupied by the particle group having a particle size of 1 μm or less of the negative electrode active material of the present invention is 30% or less of the total volume, and the volume occupied by the particle group having a particle size of 20 μm or more is 25% or less of the total volume. Is preferred. Needless to say, the particle size of the material used does not exceed the thickness of the mixture on one side of the negative electrode.
To obtain a predetermined particle size, a well-known pulverizer or classifier is used. For example, a mortar, a ball mill, a sand mill, a vibrating ball mill, a satellite ball mill, a planetary ball mill, a swirling air flow type jet mill, a sieve, or the like is used. When pulverizing, wet pulverization in the presence of water or an organic solvent such as methanol can be performed as necessary. In order to obtain a desired particle size, classification is preferably performed. The classification method is not particularly limited, and a sieve, an air classifier, or the like can be used as necessary. Classification can be used both dry and wet.
The average particle diameter is a median diameter of primary particles, and is measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus.
[0031]
Although the example of the negative electrode material of this invention is shown below, this invention is not limited to these.
SnAl 0.4 B 0.5 P 0.5 K 0.1 O 3.65 , SnAl 0.4 B 0.5 P 0.5 Na 0.2 O 3.7 ,
SnAl 0.4 B 0.3 P 0.5 Rb 0.2 O 3.4, SnAl 0.4 B 0.5 P 0.5 Cs 0.1 O 3.65,
SnAl 0.4 B 0.5 P 0.5 K 0.1 Ge 0.05 O 3.85 , SnAl 0.4 B 0.5 P 0.5 K 0.1 Mg 0.1 Ge 0.02 O 3.83, SnAl 0.4 B 0.4 P 0.4 O 3.2 , SnAl 0.3 B 0.5 P 0.2 O 2.7 ,
SnAl 0.3 B 0.5 P 0.2 O 2.7 , SnAl 0.4 B 0.5 P 0.3 Ba 0.08 Mg 0.08 O 3.26 , SnAl 0.4 B 0.4 P 0.4 Ba 0.08 O 3.28 , SnAl 0.4 B 0.5 P 0.5 O 3.6 , SnAl 0.4 B 0.5 P 0.5 Mg 0.1 O 3.7
[0032]
SnAl 0.5 B 0.4 P 0.5 Mg 0.1 F 0.2 O 3.65 , SnB 0.5 P 0.5 Li 0.1 Mg 0.1 F 0.2 O 3.05 , SnB 0.5 P 0.5 K 0.1 Mg 0.1 F 0.2 O 3.05 , SnB 0.5 P 0.5 K 0.05 Mg 0.05 F 0.1 O 3.03 , SnB 0.5 P 0.5 K 0.05 Mg 0.1 F 0.2 O 3.03 , SnAl 0.4 B 0.5 P 0.5 Cs 0.1 Mg 0.1 F 0.2 O 3.65 , SnB 0.5 P 0.5 Cs 0.05 Mg 0.05 F 0.1 O 3.03 , SnB 0.5 P 0.5 Mg 0.1 F 0.1 O 3.05 , SnB 0.5 P 0.5 Mg 0.1 F 0.2 O 3 , SnB 0.5 P 0.5 Mg 0.1 F 0.06 O 3.07 , SnB 0.5 P 0.5 Mg 0.1 F 0.14 O 3.03 , SnPBa 0.08 O 3.58 , SnPK 0.1 O 3.55 , SnPK 0.05 Mg 0.05 O 3.58, SnPCs 0.1 O 3.55 , SnPBa 0.08 F 0.08 O 3.54, SnPK 0.1 Mg 0.1 F 0.2 O 3.55, SnPK 0.05 Mg 0.05 F 0.1 O 3.53, SnPCs 0.1 Mg 0.1 F 0.2 O 3.55, Sn Cs 0.05 Mg 0.05 F 0.1 O 3.53 ,
[0033]
Sn 1.1 Al 0.4 B 0.2 P 0.6 Ba 0.08 F 0.08 O 3.54 , Sn 1.1 Al 0.4 B 0.2 P 0.6 Li 0.1 K 0.1 Ba 0.1 F 0.1 O 3.65 , Sn 1.1 Al 0.4 B 0.4 P 0.4 Ba 0.08 O 3.34
Sn 1.1 Al 0.4 PCs 0.05 O 4.23 , Sn 1.1 Al 0.4 PK 0.05 O 4.23 , Sn 1.2 Al 0.5 B 0.3 P 0.4 Cs 0.2 O 3.5 , Sn 1.2 Al 0.4 B 0.2 P 0.6 Ba 0.08 O 3.68 , Sn 1.2 Al 0.4 B 0.2 P 0.6 Ba 0.08 F 0.08 O 3.64 , Sn 1.2 Al 0.4 B 0.2 P 0.6 Mg 0.04 Ba 0.04 O 3.68 , Sn 1.2 Al 0.4 B 0.3 P 0.5 Ba 0.08 O 3.58 , Sn 1.3 Al 0.3 B 0.3 P 0.4 Na 0.2 O 3.3 , Sn 1.3 Al 0.2 B 0.4 P 0.4 Ca 0.2 O 3.4 , Sn 1.3 Al 0.4 B 0.4 P 0.4 Ba 0.2 O 3.6 , Sn 1.4 Al 0.4 PK 0.2 O 4.6 , Sn 1.4 Al 0.2 Ba 0.1 PK 0.2 O 4.45 , Sn 1.4 Al 0.2 Ba 0.2 PK 0.2 O 4.6 , Sn 1.4 Al 0.4 Ba 0.2 PK 0.2 Ba 0.1 F 0.2 O 4.9 , Sn 1.4 Al 0.4 PK 0.3 O 4.65 , Sn 1.5 Al 0.2 PK 0.2 O 4.4 , Sn 1.5 Al 0.4 PK 0.1 O 4.65 , Sn 1.5 Al 0.4 PCs 0 .05 O 4.63 , Sn 1.5 Al 0.4 PCs 0.05 Mg 0.1 F 0.2 O 4.63
[0034]
SnSi 0.5 Al 0.1 B 0.2 P 0.1 Ca 0.4 O 3.1 , SnSi 0.4 Al 0.2 B 0.4 O 2.7 ,
SnSi 0.5 Al 0.2 B 0.1 P 0.1 Mg 0.1 O 2.8 , SnSi 0.6 Al 0.2 B 0.2 O 2.8 ,
SnSi 0.5 Al 0.3 B 0.4 P 0.2 O 3.55 , SnSi 0.5 Al 0.3 B 0.4 P 0.5 O 4.30 ,
SnSi 0.6 Al 0.1 B 0.1 P 0.3 O 3.25, SnSi 0.6 Al 0.1 B 0.1 P 0.1 Ba 0.2 O 2.95. SnSi 0.6 Al 0.1 B 0.1 P 0.1 Ca 0.2 O 2.95 , SnSi 0.6 Al 0.4 B 0.2 Mg 0.1 O 3.2 , SnSi 0.6 Al 0.1 B 0.3 P 0.1 O 3.05 , SnSi 0.6 Al 0.2 Mg 0.2 O 2.7 , SnSi 0.6 Al 0.2 Ca 0.2 O 2.7 , SnSi 0.6 Al 0.2 P 0.2 O 3 ,
SnSi 0.6 B 0.2 P 0.2 O 3 , SnSi 0.8 Al 0.2 O 2.9 , SnSi 0.8 Al 0.3 B 0.2 P 0.2 O 3.85 , SnSi 0.8 B 0.2 O 2.9 , SnSi 0.8 Ba 0.2 O 2.8 , SnSi 0.8 Mg 0.2 O 2.8 , SnSi 0.8 Ca 0.2 O 2.8 , SnSi 0.8 P 0.2 O 3.1
[0035]
Sn 0.9 Mn 0.3 B 0.4 P 0.4 Ca 0.1 Rb 0.1 O 2.95 , Sn 0.9 Fe 0.3 B 0.4 P 0.4 Ca 0.1 Rb 0.1 O 2.95 , Sn 0.8 Pb 0.2 Ca 0.1 P 0.9 O 3.35 , Sn 0.3 Ge 0.7 Ba 0.1 P 0.9 O 3.35, Sn 0.9 Mn 0.1 Mg 0.1 P 0.9 O 3.35, Sn 0.2 Mn 0.8 Mg 0.1 P 0.9 O 3.35, Sn 0.7 Pb 0.3 Ca 0.1 P 0.9 O 3.35, Sn 0.2 Ge 0.8 Ba 0.1 P 0.9 O 3.35.
[0036]
The chemical formula of the compound obtained by firing can be calculated from the weight difference between the powders before and after firing as an inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopic analysis method as a measurement method.
[0037]
The amount of light metal inserted into the negative electrode material of the present invention may be close to the precipitation potential of the light metal, but for example, it is preferably 50 to 700 mol%, particularly preferably 100 to 600 mol% per negative electrode material. It is preferable that the release amount be larger than the insertion amount. The light metal insertion method is preferably an electrochemical, chemical or thermal method. The electrochemical method is preferably a method in which a light metal contained in the positive electrode active material is inserted electrochemically or a method in which the light metal or an alloy thereof is directly inserted electrochemically. Chemical methods include mixing with light metals, contact, or reacting with an organic metal such as butyllithium. Electrochemical methods and chemical methods are preferred. The light metal is particularly preferably lithium or lithium ion.
[0038]
Various elements can be included in the negative electrode material of the present invention. For example, it may contain a dopant of a lanthanoid metal (Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg) or various compounds that increase electron conductivity (for example, Sb, In, Nb compounds). . The amount of the compound to be added is preferably 0 to 5 mol%.
[0039]
The surface of the positive electrode active material or negative electrode material of the oxide used in the present invention can be coated with an oxide having a chemical formula different from that of the positive electrode active material or negative electrode material used. The surface oxide is preferably an oxide containing a compound that dissolves both acidic and alkaline. Furthermore, a metal oxide having high electron conductivity is preferable. For example, PbO 2 , Fe 2 O 3 , SnO 2 , In 2 O 3 , ZnO, or the like or a dopant (for example, a metal having a different valence in the oxide, a halogen element, or the like) is preferably included in these oxides. . Particularly preferred are SiO 2 , SnO 2 , Fe 2 O 3 , ZnO, and PbO 2 .
[0040]
The amount of the surface-treated metal oxide is preferably 0.1 to 10% by weight per the positive electrode active material or the negative electrode material. Moreover, 0.2 to 5 weight% is especially preferable, and 0.3 to 3 weight% is the most preferable.
[0041]
In addition, the surface of the positive electrode active material or the negative electrode material can be modified. For example, the surface of the metal oxide may be treated with an esterifying agent, treated with a chelating agent, treated with a conductive polymer, polyethylene oxide, or the like.
In addition, the surface of the negative electrode material can be modified. For example, the treatment may be performed by providing an ion conductive polymer or a polyacetylene layer. Further, the positive electrode active material and the negative electrode material may be subjected to a purification step such as washing with water.
[0042]
As the electrode mixture, a conductive agent, a binder, a filler, a dispersant, an ionic conductive agent, a pressure enhancer, and other various additives can be used.
The conductive agent may be anything as long as it is an electron conductive material that does not cause a chemical change in the constructed battery. Usually, graphite such as natural graphite (scale-like graphite, scale-like graphite, earth-like graphite), artificial graphite, carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers, metal powders such as copper, nickel, aluminum and silver, conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate, conductive metal oxides such as titanium oxide or polyphenylene derivatives An organic conductive material such as can be included alone or as a mixture thereof. Among these conductive agents, acetylene black and a combination of graphite and acetylene black are particularly preferable. When preparing an aqueous dispersion, it is preferable to use a conductive agent previously dispersed in water.
Although the addition amount of a electrically conductive agent is not specifically limited, 1 to 50 weight% is preferable and especially 1 to 30 weight% is preferable. In the case of carbon or graphite, 2 to 15% by weight is particularly preferable.
[0043]
As the binder used for the mixture layer and the active material-free layer, a polysaccharide, a thermoplastic resin, and a polymer having rubber elasticity, or a mixture thereof can be used. Preferred examples include starch, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, diacetyl cellulose, polyvinyl chloride, polyvinyl pyrrolidone, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, and ethylene-propylene-diene terpolymer. Mention may be made of (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, polybutadiene, fluororubber and polyethylene oxide. Moreover, when using the compound containing a functional group which reacts with lithium like a polysaccharide, it is preferable to add the compound like an isocyanate group and to deactivate the functional group, for example. The amount of the binder added is not particularly limited, but is preferably 1 to 50% by weight, and particularly preferably 2 to 30% by weight. The distribution of the binder in the mixture may be uniform or non-uniform. A preferable binder in the present invention is a polymer having a decomposition temperature of 300 ° C. or higher. For example, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) , Vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE resin), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), vinylidene fluoride- Pentafluoropropylene copolymer, propylene-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene Tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride - perfluoromethylvinylether - can be exemplified tetrafluoroethylene copolymer.
[0044]
Any filler can be used as long as it is a fibrous material that does not cause a chemical change in the constructed battery. Usually, olefin polymers such as polypropylene and polyethylene, fibers such as glass and carbon are used. Although the addition amount of a filler is not specifically limited, 0 to 30 weight% is preferable.
[0045]
As the ionic conductive agent, those known as inorganic and organic solid electrolytes can be used, and details are described in the section of the electrolytic solution. A pressure enhancer is a compound that increases the internal pressure described later, and carbonate is a typical example.
[0046]
The electrolyte is generally composed of a solvent and a lithium salt (anion and lithium cation) dissolved in the solvent. Examples of the solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, methyl formate, methyl acetate, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, ethyl monoglyme, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, sulfolane, 3-methyl-2-oxazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, And aprotic organic solvents such as ethyl ether and 1,3-propane sultone. Used in admixture et of one or two or more kinds. Examples of lithium salt cations dissolved in these solvents include ClO 4 , BF 4 , PF 6 , CF 3 SO 3 , CF 3 CO 2 , AsF 6 , SbF 6 , and (CF 3 SO 2 ) 2 N , B 10 Cl 10 2− , (1,2-dimethoxyethane) 2 ClO 4 , lower aliphatic carboxylate ion, AlCl 4 , Cl , Br , I , chloroborane compound Anions and tetraphenylborate ions can be mentioned, and one or more of these can be used. Among these, it is preferable to include a cyclic carbonate and / or an acyclic carbonate. For example, it is preferable to include diethyl carbonate, dimethyl carbonate, or methyl ethyl carbonate. Moreover, it is preferable to include ethylene carbonate and propylene carbonate. In addition to ethylene carbonate, an electrolytic solution in which propylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, dimethyl carbonate or diethyl carbonate is appropriately mixed contains LiCF 3 SO 3 , LiClO 4 , LiBF 4 and / or LiPF 6 . An electrolyte is preferred. In those supporting salts, it is particularly preferable to include LiPF 6 .
[0047]
The amount of these electrolytes added to the battery is not particularly limited, but a necessary amount can be used depending on the amount of the positive electrode active material and the negative electrode material and the size of the battery.
The concentration of the supporting electrolyte is not particularly limited, but is preferably 0.2 to 3 mol per liter of the electrolytic solution.
[0048]
In addition to the electrolytic solution, the following solid electrolyte can be used in combination. The solid electrolyte is classified into an inorganic solid electrolyte and an organic solid electrolyte. Well-known inorganic solid electrolytes include Li nitrides, halides, oxyacid salts, and the like. Among them, Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2, Li 3 N-LiI-LiOH, Li 4 SiO 4, Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, x Li 3 PO 4 - (1-x) Li 4 SiO 4 , Li 2 SiS 3 , phosphorus sulfide compounds and the like are effective.
[0049]
In the organic solid electrolyte, a polyethylene oxide derivative or a polymer containing the derivative, a polypropylene oxide derivative or a polymer containing the derivative, a polymer containing an ion dissociation group, a mixture of a polymer containing an ion dissociation group and the above aprotic electrolyte, phosphoric acid A polymer matrix material containing an ester polymer and an aprotic polar solvent is effective. Furthermore, there is a method of adding polyacrylonitrile to the electrolytic solution. A method of using an inorganic and organic solid electrolyte in combination is also known.
[0050]
Further, other compounds may be added to the electrolyte for the purpose of improving discharge and charge / discharge characteristics. For example, pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, n-glyme, hexaphosphoric acid triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinoneimine dye, N-substituted oxazolidinone and N, N'-substituted imidazolidinone, ethylene glycol dialkyl ether , Quaternary ammonium salt, polyethylene glycol, pyrrole, 2-methoxyethanol, AlCl 3 , monomer of conductive polymer electrode active material, triethylenephosphoramide, trialkylphosphine, morpholine, aryl compound having carbonyl group, Crown ethers such as 12-crown-4, hexamethylphosphoric triamide and 4-alkylmorpholine, bicyclic tertiary amine, oil, quaternary phosphonium salt, tertiary sulfoni Or the like can be mentioned a salt-free.
[0051]
In order to make the electrolyte nonflammable, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride chloride can be contained in the electrolyte. In addition, carbon dioxide gas can be included in the electrolyte in order to make it suitable for high-temperature storage.
[0052]
Further, the mixture of the positive electrode and the negative electrode can contain an electrolytic solution or an electrolyte. For example, a method in which the ion conductive polymer, nitromethane, or an electrolytic solution is included is known.
[0053]
As the separator, an insulating microporous thin film having a large ion permeability and a predetermined mechanical strength is used. Moreover, it is preferable to have a function of closing the hole at 80 ° C. or higher and increasing the resistance. Sheets and nonwoven fabrics made from olefin polymers such as polypropylene and / or polyethylene or glass fibers are used because of their organic solvent resistance and hydrophobicity. As the pore diameter of the separator, a range generally used as a battery separator is used. For example, 0.01 to 10 μm is used. The thickness of the separator is generally used within the range of battery separators. For example, 5 to 300 μm is used. In the production of the separator, after the synthesis of the polymer, the pores may be formed by a dry method, a stretching method, a solution, a solvent removing method, or a combination thereof.
[0054]
The current collector of the electrode active material may be anything as long as it is an electronic conductor that does not cause a chemical change in the constructed battery. For example, in addition to stainless steel, nickel, aluminum, titanium, carbon, and the like as materials for the positive electrode, a material obtained by treating the surface of aluminum or stainless steel with carbon, nickel, titanium, or silver is used. In particular, aluminum or an aluminum alloy is preferable. For the negative electrode, in addition to stainless steel, nickel, copper, titanium, aluminum, carbon, etc., the surface of copper or stainless steel treated with carbon, nickel, titanium, or silver, Al-Cd alloy, etc. are used. It is done. In particular, copper or a copper alloy is preferable. Oxidizing the surface of these materials is also used. Further, it is desirable to make the current collector surface uneven by surface treatment. As the shape, a film, a sheet, a net, a punched product, a lath body, a porous body, a foamed body, a molded body of a fiber group, and the like are used in addition to the foil. The thickness is not particularly limited, but a thickness of 1 to 500 μm is used.
[0055]
The shape of the battery can be applied to any of sheets, cylinders, flats and corners.
The positive electrode active material and the negative electrode material mixture are mainly used after being applied (coated), dried and compressed on the current collector. As a coating method, a general method can be used. Examples thereof include a reverse roll method, a direct roll method, a blade method, a knife method, an extrusion method, a curtain method, a gravure method, a bar method, a dip method, and a squeeze method. Of these, blade method, knife method and extrusion method are preferred. The application is preferably performed at a speed of 0.1 to 100 m / min. Under the present circumstances, the surface state of a favorable coating layer can be obtained by selecting the said application | coating method according to the solution physical property and dryness of a mixture. The application may be performed one side at a time or simultaneously on both sides. The application may be continuous, intermittent, or striped. Although the thickness, length, and width of the coating layer are determined by the size of the battery, the thickness of the coating layer on one side is particularly preferably 1 to 2000 μm in a compressed state after drying.
[0056]
As a method for drying or dehydrating the sheet, a generally adopted method can be used. In particular, it is preferable to use hot air, vacuum, infrared rays, far infrared rays, electron beams and low-humidity air alone or in combination. The temperature is preferably in the range of 80 to 350 ° C, particularly preferably in the range of 100 to 250 ° C. The water content is preferably 2000 ppm or less for the entire battery, and preferably 500 ppm or less for each of the positive electrode mixture, the negative electrode mixture and the electrolyte in terms of cycleability.
As a sheet pressing method, a generally adopted method can be used, and a mold pressing method and a calendar pressing method are particularly preferable. Although a press pressure is not specifically limited, 0.2-3 t / cm < 2 > is preferable. The press speed of the calendar press method is preferably 0.1 to 50 m / min. The pressing temperature is preferably room temperature to 200 ° C. The ratio of the width of the positive electrode sheet to the negative electrode sheet is preferably 0.9 to 1.1. In particular, 0.95-1.0 is preferable. The content ratio of the positive electrode active material and the negative electrode material varies depending on the compound type and the mixture formulation, and thus cannot be limited.
[0057]
After the mixture sheet and the separator are overlapped with each other, the sheets are rolled, folded, inserted into the can, the can and the sheet are electrically connected, the electrolyte is injected, and the sealing plate is attached. To form a battery can. At this time, the safety valve can be used as a sealing plate. In addition to the safety valve, various conventionally known safety elements may be provided. For example, a fuse, bimetal, PTC element, or the like is used as the overcurrent prevention element. In addition to the safety valve, as a countermeasure against the increase in internal pressure of the battery can, a method of cutting the battery can, a method of cracking the gasket, a method of cracking the sealing plate, or a method of cutting the lead plate can be used. Further, the charger may be provided with a protection circuit incorporating a countermeasure against overcharge or overdischarge, or may be connected independently. In addition, as a measure against overcharging, a method of cutting off current by increasing the battery internal pressure can be provided. At this time, a compound for increasing the internal pressure can be contained in the mixture or the electrolyte. Examples of the compound raising the internal pressure, and carbonates such as Li 2 CO 3, LiHCO 3, Na 2 CO 3, NaHCO 3, CaCO 3, MgCO 3 and the like.
For the can and lead plate, a metal or alloy having electrical conductivity can be used. For example, metals such as iron, nickel, titanium, chromium, molybdenum, copper, and aluminum, or alloys thereof are used. As a method for welding the cap, the can, the sheet, and the lead plate, a known method (eg, direct current or alternating current electric welding, laser welding, ultrasonic welding) can be used. As the sealing agent for sealing, a conventionally known compound or mixture such as asphalt can be used.
[0058]
The use of the non-aqueous secondary battery of the present invention is not particularly limited. For example, when mounted on an electronic device, a color notebook computer, a monochrome notebook computer, a sub-notebook computer pen input computer, a pocket (palmtop) computer, a notebook Type word processor, pocket word processor, electronic book player, mobile phone, cordless phone, pager, handy terminal, mobile fax, mobile copy, mobile printer, headphone stereo, video movie, LCD TV, handy cleaner, portable CD, mini-disc, Electric shaver, electronic translator, car phone, transceiver, power tool, electronic notebook, calculator, memory card, tape recorder, radio, backup power supply, memory card, etc. Others for consumer use include automobiles, electric vehicles, motors, lighting equipment, toys, game equipment, road conditioners, irons, watches, strobes, cameras, medical equipment (such as pacemakers, hearing aids, shoulder grinders). Furthermore, it can be used for various military use and space use. Moreover, it can also combine with another secondary battery, a solar cell, or a primary battery.
[0059]
The preferred combination of the present invention is preferably a combination of the above-mentioned chemical materials and preferred battery components, and in particular, as a positive electrode active material, Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x MnO 2 , Li x Mn It contains at least one compound selected from 2 O 4 (where x = 0.05 to 1.2) and also contains acetylene black as a conductive agent. The positive electrode current collector is made of stainless steel or aluminum and has a net, sheet, foil, or lath shape. As a negative electrode material, lithium metal, lithium alloy (Li—Al), carbonaceous compound, oxide (LiCoVO 4 , SnO 2 , SnO, SiO, GeO 2 , GeO, SnSiO 3 , SnSi 0.3 Al 0.1 B 0.2 P 0.3 O 3.2 ), Sulfide (TiS 2 , SnS 2 , SnS, GeS 2 , GeS) and the like are preferably used. The negative electrode current collector is made of stainless steel or copper and has the shape of a net, sheet, foil, lath or the like. In the mixture used together with the positive electrode active material or the negative electrode material, a carbon material such as acetylene black or graphite may be mixed as an electron conductive agent. As the binder, fluorine-containing thermoplastic compounds such as polyvinylidene fluoride and polyfluoroethylene, polymers containing acrylic acid, elastomers such as styrene butadiene rubber and ethylene propylene terpolymer can be used alone or in combination. The electrolyte includes ethylene carbonate, a combination of cyclic and non-cyclic carbonates such as diethyl carbonate and dimethyl carbonate, and ester compounds such as ethyl acetate. The supporting electrolyte includes LiPF 6 , and further includes LIBF 4 and LiCF 3. It is preferable to use a mixture of lithium salts such as SO 3 . Further, as the separator, polypropylene or polyethylene alone or a combination thereof is preferable. The form of the battery may be any of a cylinder, a flat shape, and a square shape. It is preferable that the battery is provided with means (eg, an internal pressure relief type safety valve, a current cutoff type safety valve, a separator that increases resistance at high temperatures) that can ensure safety against malfunction.
[0060]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to the examples unless it exceeds the gist of the invention.
Example-1
86 parts by weight of SnB 0.2 P 0.5 K 0.1 Mg 0.1 Ge 0.1 O 2.8 as a negative electrode active material, 3 parts by weight of acetylene black and 6 parts by weight of graphite are mixed as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride is further added as a binder. 4 parts by weight and 1 part by weight of carboxymethylcellulose were added and kneaded using water as a medium to obtain a negative electrode mixture slurry. The slurry was coated on both sides of a copper foil having a thickness of 10 μm using an extrusion type coating machine, dried and then compression-molded by a calendar press machine, and a strip-like negative electrode sheet (82 μm thick, 55 mm wide, 490 mm long) (2 )created.
87 parts by weight of LiCoO 2 as a positive electrode active material, 3 parts by weight of acetylene black and 6 parts by weight of graphite as a conductive agent are mixed, and 3 parts by weight of Nipol 820B (manufactured by Zeon Corporation) and 1 part by weight of carboxymethyl cellulose as a binder. And kneaded with water as a medium to obtain a positive electrode mixture slurry. Further, 94 parts by weight of a powder mixture obtained by mixing electron conductive particles and non-electron conductive particles at a ratio shown in Table 1, 4 parts by weight of polyvinylidene fluoride, and 2 parts by weight of carboxymethyl cellulose were kneaded using water as a medium. A slurry of a substance-free layer was obtained. The slurry was coated on both sides of an aluminum foil having a thickness of 20 μm in the layer configuration shown in Table 1 using an extrusion coater, dried, and then compression-molded by a calendar press to have a thickness of 260 μm, a width of 53 mm, and a length. A 445 mm strip-shaped positive electrode sheet (1) was prepared.
[0061]
Each of the negative electrode sheet (2) and the positive electrode sheet (1) was welded to a lead plate made of nickel and aluminum at each end, and then heat-treated at 230 ° C. for 1 hour in dry air having a dew point of −40 ° C. or less. The heat treatment was performed using a far infrared heater. Further, a heat-treated positive electrode sheet (1), a microporous polyethylene / polypropylene film separator (3), a heat-treated negative electrode sheet (2) and a separator (3) are laminated in this order, and this is wound in a spiral shape. did. The state of cracking of the positive electrode sheet and dropping of the mixture was observed during winding.
This wound body was stored in a nickel-plated iron-bottomed cylindrical battery can (4) that also served as a negative electrode terminal. Further, 1 mol / liter LiPF 6 (2: 8 weight ratio mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate) was injected into the battery can as an electrolyte. A battery lid (5) having a positive electrode terminal was caulked through a gasket (6) to produce a cylindrical battery having a height of 65 mm and an outer diameter of 18 mm. In addition, the positive electrode terminal (5) positive electrode sheet (1) and the battery can (4) were previously connected to the negative electrode sheet by a lead terminal. (7) is a safety valve. The battery was charged to 4.2 V at 1 mA / cm 2 and then discharged to 2.8 V. Discharge current was calculated discharge current dependency taking the ratio of the two is performed for two types of 1mA / cm 2, 5mA / cm 2. Table 1 shows the results of the cracking of the positive electrode sheet and the discharge current dependency.
[0062]
[Table 1]
Figure 0003692656
[0063]
【The invention's effect】
As is clear from the results in Table 1, the battery of the present invention in which the active material non-containing layer is provided on the positive electrode is improved in the cracking of the positive electrode at the time of winding and the active material non-containing layer is provided in the uppermost layer in terms of discharge current dependency. Better than that.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a general cylindrical battery.
[Explanation of symbols]
1. 1. Positive electrode sheet 2. negative electrode sheet Separator 4. Battery can 5. Battery lid 6. Gasket 7. safety valve

Claims (12)

リチウム含有遷移金属酸化物である正極活物質を含有する合剤を塗布してなる正極シートと、リチウムを吸蔵・放出可能な負極材料を含有する合剤を塗布してなる負極シートと、リチウム金属塩を含む非水電解質よりなる電解質に於いて、該正極シートが、電子伝導性粒子と非電子伝導性粒子および結着剤を含む該正極活物質非含有層を、リチウム含有遷移金属酸化物である正極活物質を含有する合剤の間または該合剤の最下層に存在させたものであり、且つ、該正極活物質非含有層に含有される電子伝導性粒子と非電子伝導性粒子の割合が、1:99〜50:50重量%であるものを使用することを特徴とする非水二次電池。A positive electrode sheet formed by applying a mixture containing a positive electrode active material which is a lithium-containing transition metal oxide; a negative electrode sheet formed by applying a mixture containing a negative electrode material capable of occluding and releasing lithium; and lithium metal In an electrolyte comprising a non-aqueous electrolyte containing a salt, the positive electrode sheet comprises an electron conductive particle, a non-electron conductive particle, and a positive electrode active material-free layer containing a binder as a lithium-containing transition metal oxide. Between the electron-containing particles and the non-electron-conductive particles contained in the mixture containing a certain positive electrode active material or in the lowermost layer of the mixture, and contained in the positive electrode active material non-containing layer A nonaqueous secondary battery using a battery having a ratio of 1:99 to 50: 50% by weight . 該正極活物質非含有層より上にある合剤層と、下にある合剤層の塗設量の比が10:0〜1:9であることを特徴とする請求項1に記載の非水二次電池。 The ratio of the coating amount of the mixture layer above the positive electrode active material non-containing layer and the mixture layer below is 10: 0 to 1: 9. Water secondary battery. 該電子伝導性粒子が、カーボンブラック類、グラファイト類および金属紛から選ばれる少なくとも1化合物である請求項1に記載の非水二次電池。The nonaqueous secondary battery according to claim 1 , wherein the electron conductive particles are at least one compound selected from carbon blacks, graphites, and metal powders . 該非導電性粒子が、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、ケイ酸ジルコニウム、雲母、カオリナイト、スメクナイト、パイロフィライトからなる群より選ばれる少なくとも1化合物である請求項1に記載の非水二次電池。 2. The non-conductive particle according to claim 1, wherein the non-conductive particles are at least one compound selected from the group consisting of aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, silicon dioxide, zirconium silicate, mica, kaolinite, smectite, and pyrophyllite. Water secondary battery. 該結着剤が、分解温度が300℃以上の多糖類、熱可塑性樹脂およびゴム弾性を有するポリマーからなる群より選ばれる少なくとも1ポリマーである請求項1に記載の非水二次電池。 2. The non-aqueous secondary battery according to claim 1 , wherein the binder is at least one polymer selected from the group consisting of a polysaccharide having a decomposition temperature of 300 ° C. or higher, a thermoplastic resin, and a polymer having rubber elasticity . 正極活物質として、リチウム含有遷移金属複合酸化物を少なくとも1種類含むことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の非水二次電池。 6. The non-aqueous secondary battery according to claim 1, comprising at least one lithium-containing transition metal composite oxide as the positive electrode active material . 該リチウム金属塩を含む非水電解質よりなる電解質を構成する電解液が、環状カーボネート及び/または非環状カーボネートを含む溶媒であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の非水二次電池。 The electrolyte solution which comprises the electrolyte which consists of this non-aqueous electrolyte containing this lithium metal salt is a solvent containing a cyclic carbonate and / or a non-cyclic carbonate, The any one of Claim 1 to 6 characterized by the above-mentioned. Non-aqueous secondary battery. 該リチウム金属塩を含む非水電解質よりなる電解質を構成するリチウム金属塩が、LiPF を含むことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の非水二次電池。 Nonaqueous consisting electrolyte lithium metal salt constituting the electrolyte is non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises a LiPF 6 containing the lithium metal salt. 負極材料が金属または半金属酸化物であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の非水二次電池。The nonaqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 8, wherein the negative electrode material is a metal or a metalloid oxide . 負極材料の金属または半金属酸化物を主体とした層が、周期律表13から15族の金属、半金属元素の酸化物を少なくとも1種類含む層であることを特徴とする請求項9に記載の非水二次電池。 A layer mainly composed of a metal or metalloid oxide of the negative electrode material, a metal from the Periodic Table 13 Group 15 of, in claim 9, characterized in that a layer comprising at least one oxide of a metalloid element The non-aqueous secondary battery as described. 請求項10の負極材料が次の一般式(1)の複合酸化物であることを特徴とする非水二次電池。The non-aqueous secondary battery, wherein the negative electrode material according to claim 10 is a composite oxide of the following general formula (1).
SnMSnM 1 aOtaOt 一般式(1)General formula (1)
式中、MWhere M 1 はAl、B、P、Si、Ge、周期律表第1族元素、第2族元素、第3族元素、ハロゲン元素から選ばれる2種以上の元素を表し、aは0.2以上、2以下の数を、tは1以上、6以下の数を表す。Represents two or more elements selected from Al, B, P, Si, Ge, Group 1 elements, Group 2 elements, Group 3 elements, and halogen elements in the periodic table, and a is 0.2 or more, 2 In the following numbers, t represents a number of 1 or more and 6 or less.
該錫を含む複合酸化物が次の一般式(4)の複合酸化物であることを特徴とする請求項1The composite oxide containing tin is a composite oxide represented by the following general formula (4): 1に記載の非水二次電池。The non-aqueous secondary battery according to 1.
SnMSnM 3 cMcM 4 dOtdOt 一般式(4)General formula (4)
式中、MWhere M 3 はAl、B、P、Geの少なくとも1種を、MIs at least one of Al, B, P, Ge, M 4 は周期律表第1族元素、第2族元素、第3族元素、ハロゲン元素の少なくとも1種を表し、cは0.2以上、2以下の数、dは0.01以上、1以下の数で、0.2<c+d<2、tは1以上、6以下の数を示す。Represents at least one of group 1 element, group 2 element, group 3 element and halogen element in the periodic table, c is a number of 0.2 or more and 2 or less, and d is 0.01 or more and 1 or less. In terms of numbers, 0.2 <c + d <2, t is a number from 1 to 6, inclusive.
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