JP3719312B2 - Positive electrode sheet and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same - Google Patents

Positive electrode sheet and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質としてリチウム塩を用いた非水電解液二次電池、すなわちリチウム二次電池における使用に適した正極シート、およびその正極シートを用いた非水電解液二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯用電子機器の電源として利用が広がっているリチウム二次電池は、負極にリチウムの吸蔵・放出が可能な炭素質材料等を用い、正極にLiCoO2 等の遷移金属とリチウムとの複合酸化物を活物質として用いており、これによって、高電位で高放電容量の二次電池を実現している。
しかしながら、上記の構成の電池においても充放電サイクルに伴う容量低下や自己放電による電池性能の劣化があり、改良が望まれていた。このため、複数の機能の異なる活物質を用いることが特開平2−297867号公開公報、同4−206267号公開公報、同5−151995号公開公報に記載されているが、充分な改良効果を得るには至っていない。
【0003】
他方では正極活物質の物性を制御することが試みられ、特開平4−249073号公報ではリチウム複合酸化物正極活物質粒子の比表面積を0.01〜3.0m2 /gの範囲とすることが提案され、また特開平6−103976号公報ではリチウム複合酸化物正極活物質粒子の比表面積を0.5〜10m2 /gとすることが提案されている。、更に、特開平6−275277号公報ではリンを加えてアモルファス化したリチウムコバルト複合酸化物粒子の比表面積を1〜1000m2 /gとすることが提案され、また、特開平7−122262号公報では電極の比表面積を4m2 /g以上とすることが提案されている。しかしながら、これらによっても未だ充分なサイクル特性を得るには至っていない。
【0004】
また、特開平9−102321号公報には、固体電解質を用いる二次電池の改良として、正極シートや負極シートなどの電極シートの電極層の電極材料を、粒径の小さい電極材料を含む塗布層と粒径が大きい電極材料を含む塗布層とを順次積層させるなどの方法により形成し、この方法により電極材料の粒径が電極層と固体電解質層との界面側で大きくするような勾配を設けることによって、固体電解質材料と電極シートとの界面での接触性を改良する方法が記載されている。
【0005】
一方、本発明の発明者の研究によると、リチウム二次電池は繰り返し使用するに従って正極表面の変質が起こり、サイクル寿命が低下することが判明した。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高容量で、かつサイクル特性に優れた非水電解液二次電池用の正極シートを提供することである。また、本発明は、該正極シートを用いた高容量でかつサイクル特性に優れた非水電解液二次電池を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アルミニウムからなる集電体シートと、その集電体シートの少なくとも一方の側の表面に形成された正極活物質粒子及び結着剤を含む正極合剤層とからなる正極シートであって、該正極合剤層が、比表面積が相対的に大きい正極活物質粒子と結着剤とを含む塗布液と、比表面積が相対的に小さい正極活物質粒子と結着剤とを含む塗布液とを、その比表面積が正極合剤層の表面側で小さく、そして集電体シート側で大きくなるような分布にて同時に塗布し、その後、それらの塗布層を同時に乾燥する方法により形成された層であり、それぞれの正極合剤層中の結着剤添加量が1〜30重量%であることを特徴とする非水電解液二次電池用正極シートにある。
【0009】
なお、本発明で云う正極活物質粒子の比表面積は平均比表面積(一般に二次粒子とよばれる粒子集合体の比表面積平均値)を意味し、比表面積の測定法として一般的に利用されているBET法で測定される数値を意味する。
上記の本発明の正極シートを用いることにより、高容量で、かつサイクル特性に優れた非水リチウム二次電池を得ることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
1)アルミニウムからなる集電体シートと、その集電体シートの少なくとも一方の側の表面に形成された正極活物質粒子及び結着剤を含む正極合剤層とからなる正極シートであって、該正極合剤層が、比表面積が相対的に大きい正極活物質粒子と結着剤とを含む塗布液と、比表面積が相対的に小さい正極活物質粒子と結着剤とを含む塗布液とを、その比表面積が正極合剤層の表面側で小さく、そして集電体シート側で大きくなるような分布にて同時に塗布し、その後、それらの塗布層を同時に乾燥する方法により形成された層であり、それぞれの正極合剤層中の結着剤添加量が1〜30重量%であることを特徴とする非水電解液二次電池用正極シート。
2)上記正極活物質粒子の化学組成が正極合剤層全体にわたって同一である項1に記載の非水電解液二次電池用正極シート。
【0011】
3)上記正極活物質粒子が、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiCoNi1−a、LiMn、およびLiCo1−b(但し、x=0.02〜1.2、a=0.1〜0.9、b=0.9〜0.98、z=2.01〜2.3)の内の少なくとも一つで表される化学組成を有する項1または2に記載の非水電解液二次電池用正極シート。
4)正極活物質粒子と結着剤とを含む塗布液の溶媒が水である、項1〜3の内のいずれかの項に記載の非水電解液二次電池用正極シート。
5)密閉容器中に正極シート、負極シート、及びリチウム塩含有電解質を収容してなり、該正極シートが、項1〜の内のいずれかの項に記載の正極シートであることを特徴とする非水電解液二次電池。
【0012】
本発明の正極シートは、集電体シートと、その集電体シートの少なくとも一方の側の表面に形成された正極活物質粒子及び結着剤を含む正極合剤層とからなる正極シートであって、該正極活物質粒子が、その比表面積が正極合剤層の表面側で小さく、そして集電体シート側で大きくなるような分布にて配置され、かつ結着剤が少なくとも正極合剤層の厚み方向に連続相を形成していることを特徴とする正極シートにある。この本発明の正極シートは、例えば、比表面積が相対的に大きい正極活物質粒子と結着剤とを含む塗布液と、比表面積が相対的に小さい正極活物質粒子と結着剤とを含む塗布液とを同時に塗布し、その後、それらの塗布層を同時に乾燥する方法(いわゆる同時重層塗布法)によって形成することができる。なお、同時重層塗布法の実施に際しては、塗布液は二種類のみに限られるものではなく、三種類以上の塗布液を用い、任意の数の塗布層を同時に形成して正極合剤層を得ることもできる。
【0013】
本発明の正極シートの正極合剤層では、正極活物質の比表面積が、正極合剤層の厚み(深さ)方向に勾配を持つように配置され、かつ厚み方向に連続相を形成する結着剤により層状態が形成維持されている。このため、層全体の物理的な強度が向上するのみでなく、その正極シートを用いた二次電池の繰返しの使用に際しても、正極シートの正極合剤層(すなわち、正極層)の内部でのリチウムイオンの移動が円滑に行なわれるため、過電圧の上昇や、それに伴う容量の低下などの弊害の発生を効果的に抑制することができる。
【0014】
本発明で用いられる正極シートの正極合剤は、粒子状の正極活物質と結着剤とを含み、所望により、更に導電剤、結着剤、分散剤、フィラー、イオン導電剤、圧力増強剤などの各種添加剤を含むことができる。正極シートは、円盤状、板状であってもよいが、柔軟性のあるシート状であると好ましい。
【0015】
以下に、本発明の正極シートに使用される正極合剤について説明する。
本発明の正極シートの製造に用いられる正極活物質はリチウム含有遷移金属酸化物であることが好ましい。リチウム含有遷移金属酸化物は、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Mo、Wから成る群より選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素とリチウムとを主として含有する酸化物であって、リチウムと遷移金属のモル比が0.3乃至2.2の化合物である。更に好ましいのは、V、Cr、Mn、Fe、Co、Niからなる群より選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素とリチウムとを主として含有する酸化物であって、リチウムと遷移金属のモル比が0.3乃至2.2の化合物である。なお主として存在する遷移金属元素に対し30モルパーセント未満の範囲でAl、Ga、In、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Si、P、Bなどを他の元素を含有していても良い。
【0016】
正極活物質として用いることが好ましいリチウム含有遷移金属酸化物の具体例として、Lix CoO2 、Lix NiO2 、Lix MnO2 、Lix Coa Ni1-a2 、Lix Cob1-bz 、Lix Cob Fe1-b2 、Lix Mn24 、Lix Mnc Co2-c4 、Lix Mnc Ni2-c4 、Lix Mnc2-c4 、及びLix Mnc Fe2-c4 (ここでx=0.02〜1.2、a=0.1〜0.9、b=0.8〜0.98、c=1.6〜1.96、z=2.01〜2.3)を挙げることができる。最も好ましいリチウム含有遷移金属酸化物の具体例としては、Lix CoO2 、Lix NiO2 、Lix MnO2 、Lix Coa Ni1-a2 、Lix Mn24 、Lix Cob1-bz (x=0.02〜1.2、a=0.1〜0.9、b=0.9〜0.98、z=2.01〜2.3)があげられる。xの値は充放電開始前の値であり、充放電により増減する。
【0017】
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。
正極活物質の製造の為の焼成工程の詳細は、特開平6ー60867号公報の段落[0035]、特開平7ー14579号公報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のちに使用してもよい。
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。
【0018】
本発明の正極活物質を焼成によって得る場合、焼成温度は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。
【0019】
本発明の正極シートに用いる正極活物質は、二種類以上の互いに比表面積が異なる正極活物質粒子の混合物からなり、それらの正極活物質の混合物が、比表面積が小さい方を上側(正極合剤層の表面側)に、そして比表面積が大きい方を下側(集電体シート側)となるように、比表面積を正極合剤層の深さ方向(厚み方向)に沿って勾配を設けている。なお、本発明の正極シートに用いる正極活物質は、正極合剤層全体にわたって均一な化学組成にあることが好ましい。すなわち、本発明で用いる正極活物質粒子は、化学組成が同一で、比表面積が互いに異なる二種類以上のものからなることが好ましい。
【0020】
正極活物質粒子の比表面積には特に限定はないが、BET法で0.01〜50m2 /gの範囲にあることが好ましく、特に0.2m2 /g〜1m2 /gが好ましい。そして、比表面積がこのような範囲に入る二種類以上の粒子を、正極合剤層の上側と下側とに本発明に従うような分布にて配置する。たとえば、正極合剤層の下側半分の領域にある正極活物質粒子の比表面積が、上側半分の領域にある正極活物質粒子の比表面積の1.2〜50倍の範囲にあるように配置することが好ましく、特に正極合剤層の下側半分の領域にある正極活物質粒子の比表面積が、正極合剤層の厚み方向における中心部を境界として、上側半分の領域にある正極活物質粒子の比表面積の1.4〜5倍の範囲にあるように配置することが好ましい。また、正極合剤層の下側半分の領域にある正極活物質粒子の比表面積が0.2〜10m2 /gの範囲にあり、上側半分の領域にある正極活物質粒子の比表面積が0.05〜5m2 /gの範囲にあることが好ましい。
【0021】
本発明の正極合剤層は、互いに異なる比表面積を有する正極活物質を含む二種類あるいは三種類以上の正極合剤形成塗布液を用意し、これらを集電体シート表面に同時重層塗布法によりほぼ同時に塗布し、乾燥させることにより、正極合剤層内の深さ方向の正極活物質粒子の比表面積分布の形成の際に、その深さ方向の分布の連続性を高めることができ、また結着剤が正極層の厚み方向に連続相として形成される。
【0022】
本発明の正極シートの正極合剤層を、二層もしくは三層の正極合剤単位層から構成する場合において、各々の単位層に導入する正極活物質粒子の比表面積の好ましい組合わせの例を次に記す。
【0023】
【表1】
(A)二層構成の場合(単位:m2 /g)
組合せ例 上層(表面側層) 下層(集電体側)
No.1 0.1〜0.5 0.5〜2.0
No.2 0.1〜0.5 1.0〜5.0
No.3 0.1〜0.3 0.3〜1.0
No.4 0.1〜1.0 1.0〜5.0
No.5 0.1〜0.5 0.5〜1.0
No.6 0.1〜0.3 0.5〜0.8
No.7 0.1〜0.3 0.5〜1.0
No.8 0.1〜0.5 1.0〜5.0
No.9 0.1〜0.5 0.8〜2.0
【0024】
【表2】
(B)三層構成の場合(単位:m2 /g)
組合せ例 上層(表面側層) 中 間 層 下層(集電体側)
No.1 0.1〜0.5 0.5〜2.0 2.0〜5.0
No.2 0.1〜0.5 2.0〜5.0 0.5〜2.0
No.3 0.5〜2.0 0.1〜0.5 2.0〜5.0
【0025】
本発明で用いる正極活物質の粒子サイズ(平均粒子サイズ)は特に限定されないが、0.1〜50μmの範囲にあることが好ましく、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以上で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。
【0026】
また正極活物質粒子5gを蒸留水100mLに溶かした時の上澄み液のpHが7以上かつ12以下であることが好ましい。
【0027】
正極シートの正極合剤には、活物質を保持するための結着剤が用いられる。結着剤の例としては、多糖類、熱可塑性樹脂及びゴム弾性を有するポリマー等が挙げられる。好ましい結着剤としては、でんぷん、カルボキシメチルセルロース、セルロース、ジアセチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、アルギン酸ナトリウム、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルフェノール、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリヒドロキシ(メタ)アクリレート、スチレンーマレイン酸共重合体等の水溶性ポリマー、ポリビニルクロリド、ポリテトラフルロロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、テトラフロロエチレン−ヘキサフロロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライド−テトラフロロエチレン−ヘキサフロロプロピレン共重合体、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、ポリビニルアセタール樹脂、メチルメタアクリレート、2ーエチルヘキシルアクリレート等の(メタ)アクリル酸エステルを含有する(メタ)アクリル酸エステル共重合体、(メタ)アクリル酸エステル−アクリロニトリル共重合体、ビニルアセテート等のビニルエステルを含有するポリビニルエステル共重合体、スチレンーブタジエン共重合体、アクリロニトリルーブタジエン共重合体、ポリブタジエン、ネオプレンゴム、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシド、ポリエステルポリウレタン樹脂、ポリエーテルポリウレタン樹脂、ポリカーボネートポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等のエマルジョン(ラテックス)あるいはサスペンジョンを挙げることが出来る。特にポリアクリル酸エステル系のラテックス、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンが挙げられる。これらの結着剤は、微小粉末を水に分散したものを用いるのが好ましく、分散液中の粒子の平均サイズが0.01〜5μmのものを用いるのがより好ましく、0.05〜1μmのものを用いるのが特に好ましい。
【0028】
これらの結着剤は単独または混合して用いることが出来る。結着剤の添加量が少ないと電極合剤の保持力・凝集力が弱い。多すぎると電極体積が増加し電極単位体積あるいは単位重量あたりの容量が減少する。このような理由で結着剤の添加量は1〜30重量%が好ましく、特に2〜10重量%が好ましい。
【0029】
次に、本発明の非水電解質二次電池で正極シートと共に用いられる負極シートについて記載する。本発明の非水電解質二次電池の負極合剤で用いられる負極材料は、リチウムイオンを吸蔵・放出できる化合物であればよい。このような負極材料の例としては金属リチウム、リチウム合金、炭素質化合物、無機酸化物、無機カルコゲン化合物、金属錯体、有機高分子化合物が挙げられる。これらは単独で用いても、あるいは複数の種類のものを組み合わせて用いてもよい。
【0030】
本発明においては負極材料として周期表1,2,13,14,15族原子から選ばれる三種以上の原子を含む主として非晶質カルコゲン化合物または非晶質酸化物が特に好ましく用いられる。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°以上で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°以上で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 結晶性の回折線を持たない。
【0031】
上記のカルコゲン化合物、酸化物は、B,Al,Ga,In,Tl,Si,Ge,Sn,Pb,P,As,Sb,Biの中の二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。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カルコゲン化合物もしくは酸化物である。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2族の元素から選ばれた少なくとも1種の元素を含む。
【0032】
上記の負極材料の中で、Snを主体とする非晶質の複合酸化物が好ましく、特に次の一般式(1)で表されるものが好ましい。
SnM3 c4 dt …(1)
上記の一般式(1)において、M3 はAl,B,P、Geのうちの少なくとも一種を、そしてM4 は周期律表第1族元素、第2族元素のうちの少なくとも一種を表し、cは0.2以上で2以下の数、dは0.01以上で1以下の数(但し、0.2<c+d<2)、そしてtは1以上で6以下の数を表わす。
【0033】
上記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。
【0034】
焼成条件としては、昇温速度として毎分5℃以上で200℃以下であることが好ましく、かつ焼成温度としては500℃以上で1500℃以下であることが好ましく、かつ焼成時間としては1時間以上で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℃以上で107 ℃以下であることが好ましい。この昇温速度は「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。
【0035】
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。また、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。
【0036】
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。
【0037】
負極合剤層における負極材料粒子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。本発明の負極材料の粒径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、負極材料層の厚みを越えないものであることはいうまでもない。
【0038】
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。
また、上記の負極材料粒子の比表面積は、BET比表面積測定法での測定値で0.1〜5.0m2 /gであることが好ましい。
【0039】
本発明の非水電解質二次電池で用いることのできる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。
SnAl0.40.50.50.13.65、SnAl0.40.50.5 Na0.23.7 、SnAl0.40.30.5 Rb0.23.4 、SnAl0.40.50.5 Cs0.13.65、SnAl0.40.50.50.1 Ge0.053.85、SnAl0.40.50.50.1 Mg0.1 Ge0.023.83、 SnAl0.40.40.43.2 、SnAl0.30.50.22.7 、SnAl0.30.50.22.7 、SnAl0.40.50.3 Ba0.08Mg0.083.26、SnAl0.40.40.4 Ba0.083.28、SnAl0.40.50.53.6 、SnAl0.40.50.5 Mg0.13.7
【0040】
SnAl0.50.40.5 Mg0.10.23.65、SnB0.50.5 Li0.1 Mg0.10.23.05、SnB0.50.50.1 Mg0.10.23.05、SnB0.50.50.05Mg0.050.13.03、SnB0.50.50.05Mg0.10.23.03、SnAl0.40.50.5 Cs0.1 Mg0.10.23.65、SnB0.50.5 Cs0.05Mg0.050.13.03、SnB0.50.5 Mg0.10.13.05、SnB0.50.5 Mg0.10.23 、SnB0.50.5 Mg0.10.063.07、SnB0.50.5 Mg0.10.143.03、SnPBa0.083.58、SnPK0.13.55、SnPK0.05Mg0.053.58、SnPCs0.13.55、SnPBa0.080.083.54、SnPK0.1 Mg0.10.23.55、SnPK0.05Mg0.050.13.53、SnPCs0.1 Mg0.10.23.55、SnPCs0.05Mg0.050.13.53
【0041】
Sn1.1 Al0.40.20.6 Ba0.080.083.54、Sn1.1 Al0.40.20.6 Li0.10.1 Ba0.10.13.65、Sn1.1 Al0.40.40.4 Ba0.083.34、Sn1.1 Al0.4 PCs0.054.23、Sn1.1 Al0.4 PK0.054.23、Sn1.2 Al0.50.30.4 Cs0.23.5 、Sn1.2 Al0.40.20.6 Ba0.083.68、Sn1.2 Al0.40.20.6 Ba0.080.083.64、Sn1.2 Al0.40.20.6 Mg0.04Ba0.043.68、Sn1.2 Al0.40.30.5 Ba0.083.58、Sn1.3 Al0.30.30.4 Na0.23.3 、Sn1.3 Al0.20.40.4 Ca0.23.4 、Sn1.3 Al0.40.40.4 Ba0.23.6 、Sn1.4 Al0.4 PK0.24.6 、Sn1.4 Al0.2 Ba0.1 PK0.24.45、Sn1.4 Al0.2 Ba0.2 PK0.24.6 、Sn1.4 Al0.4 Ba0.2 PK0.2 Ba0.10.24.9 、Sn1.4 Al0.4 PK0.34.65、Sn1.5 Al0.2 PK0.24.4 、Sn1.5 Al0.4 PK0.14.65、Sn1.5 Al0.4 PCs0.054.63、Sn1.5 Al0.4 PCs0.05Mg0.10.24.63
【0042】
SnSi0.5 Al0.10.20.1 Ca0.43.1 、SnSi0.4 Al0.20.42.7 、SnSi0.5 Al0.20.10.1 Mg0.12.8 、SnSi0.6 Al0.20.22.8 、SnSi0.5 Al0.30.40.23.55、SnSi0.5 Al0.30.40.54.30、SnSi0.6 Al0.10.10.33.25、SnSi0.6 Al0.10.10.1 Ba0.22.95。SnSi0.6 Al0.10.10.1 Ca0.22.95、SnSi0.6 Al0.40.2 Mg0.13.2 、SnSi0. 6 Al0.10.30.13.05、SnSi0.6 Al0.2 Mg0.22.7 、SnSi0.6 Al0.2 Ca0.22.7 、SnSi0.6 Al0.20.23 、SnSi0.60.20.23 、SnSi0.8 Al0.22.9 、SnSi0.8 Al0.30.20.23.85、SnSi0.80.22.9 、SnSi0.8 Ba0.22.8 、SnSi0.8 Mg0.22.8 、SnSi0.8 Ca0.22.8 、SnSi0.80.23.1
【0043】
Sn0.9 Mn0.30.40.4 Ca0.1 Rb0.12.95、Sn0.9 Fe0.30.40.4 Ca0.1 Rb0.12.95、Sn0.8 Pb0.2 Ca0.10.93.35、Sn0.3 Ge0.7 Ba0.10.93.35、Sn0.9 Mn0.1 Mg0.10.93.35、Sn0.2 Mn0.8 Mg0.10.93.35、Sn0.7 Pb0.3 Ca0.10.93.35、Sn0.2 Ge0.8 Ba0.10.93.35
【0044】
SnSi0.80.22.9 、SnSi0.70.32.85、SnSi0.70.3 Al0.13.0 、SnSi0.50.3 Al0.1 Mg0.12.7 、Sn0.8 Si0.60.2 Al0.1 Li0.12.5 、Sn0.8 Si0.60.2 Al0.1 Cs0.12.65、Sn0.8 Si0.70.10.1 Al0.12.75、Sn0.8 Si0.50.30.2 Al0.12.9 、Sn0.8 Si0.70.10.1 Al0.1 Li0.052.78、Sn0.8 Si0.50.30.1 Al0.1 Li0.12.7 、Sn0.8 Si0.50.30.2 Al0.1 Cs0.12.95、Sn0.8 Si0.70.32.95、Sn0.8 Si0.70.3 Al0.13.1 、SnSi0.50.3 Zr0.12.65、Sn0.8 Si0.60.2 Zr0.12.7 、Sn0.8 Si0.60.20.1 Zr0.12.75
【0045】
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。
【0046】
本発明の負極材料は、軽金属、特にリチウムを挿入して用いることができる。リチウムを用いる場合の挿入方法には、電気化学的方法、化学的方法、熱的方法等がある。特に好ましいのは電気化学的方法であり、例えば集電体の負極合剤の未塗布部や負極合剤層上にリチウムを主体とした金属の小片を貼り付け、電解液と接触させることによって挿入できる。特に電池内で電気化学的にリチウムを挿入する方法が好ましい。リチウムを主体とした金属の小片は、厚みが5〜200μmの箔を短冊状等の小片にして貼り付けるのが好ましい。
【0047】
リチウムの挿入は、リチウムを対極としたときに0.01Vまで挿入することができ、より好ましくは0.05Vまで挿入できる。特に好ましい方法は、負極材料の有する不可逆容量を補償するためにリチウムを部分的に挿入する方法であり、リチウムを対極としたときに0.3Vまで挿入する方法である。
【0048】
より具体的なリチウムの挿入量としては、負極材料1g当たり0.005g〜0.5g、より好ましくは0.03g〜0.2g、特に好ましくは0.06g〜0.15gである。負極材料が金属酸化物の場合は、金属酸化物1モル当たりの当量で0.5〜4.0当量であり、さらに好ましくは1〜3.5当量であり、特に好ましくは1.2〜3.2当量である。1.2当量よりも少ないリチウムを負極材料に予備挿入した場合には電池容量が低く、また3.2当量より多くのリチウムを予備挿入した場合にはサイクル性劣化があり、それぞれ好ましくない。
【0049】
リチウム挿入量は、負極シート上に重ね合せるリチウムの量によって任意に制御することが可能である。リチウムを主体とした金属としてはリチウム金属を用いることが好ましいが、純度90重量%以上のものが好ましく、98重量%以上のものが特に好ましい。負極シート上のリチウムの重ね合せパターンとしてはシート全面に重ね合わせることが好ましいが、負極材料に予備挿入されたリチウムはエージングによって徐々に負極材料中に拡散するため、シート全面ではなくストライプ、枠状、円板状のいずれかの部分的重ね合わせも好ましい。ここで言う重ね合せとは負極合剤および補助層を有するシート上に直接リチウムを主体とした金属箔を圧着することを意味する。
【0050】
負極シートにおける金属箔重ね合せの被覆率は10〜100%が好ましいが、15〜100%がより好ましく、20〜100%が特に好ましい。20%以下の場合は、リチウムの予備挿入が不均一となる場合もあり好ましくない。さらに、均一性の観点からリチウムを主体とした金属箔の厚さは5〜150μmであることが好ましく、5〜100μmがさらに好ましく、10〜75μmが特に好ましい。
【0051】
リチウムを主体とした金属箔の切断、貼り付け等のハンドリング雰囲気は露点−30℃以下で−80℃以上のドライエアー又はアルゴンガス雰囲気下が好ましい。ドライエアーの場合は−40℃以下−80℃以上がさらに好ましい。また、ハンドリング時には炭酸ガスを併用してもよい。特にアルゴンガス雰囲気の場合は炭酸ガスを併用することが好ましい。
【0052】
次に、本発明の正極シートおよび非水電解質二次電池において該正極シートと組合せて使用する負極シートのそれぞれの合剤層に任意に導入することのできる各種材料および添加剤について説明する。
【0053】
電極合剤に組合せて使用される導電剤は、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特に限定はない。その具体例としては、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛等の天然黒鉛、石油コークス、石炭コークス、セルロース類、糖類、メソフェーズピッチ等の高温焼成体、気相成長黒鉛等の人工黒鉛等のグラファイト類、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、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、アスファルトピッチ、コールタール、活性炭、メソフューズピッチ、ポリアセン等の炭素材料、金属繊維等の導電性繊維類、銅、ニッケル、アルミニウム、銀等の金属粉類、酸化亜鉛、チタン酸カリウム等の導電性ウィスカー類、酸化チタン等の導電性金属酸化物等を挙げる事ができる。これらの中では、グラファイトやカーボンブラックが好ましく、粒子の大きさは、0.01μm以上、20μm以下が好ましく、0.02μm以上、10μm以下の粒子がより好ましい。これらは単独で用いても良いし、混合物として用いても良い。
導電剤の合剤層への添加量は、負極材料または正極材料に対し6〜50重量%であることが好ましく、特に6〜30重量%であることが好ましい。カーボンブラックやグラファイトでは、6〜20重量%であることが特に好ましい。
【0054】
負極合剤にも、通常は、正極合剤と同様に、活物質を保持するための結着剤が用いられる。結着剤の例としては、正極合剤に関して記載したような各種の結着剤が任意に利用できる。
【0055】
充填剤は、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。
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質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、電池の内圧を上げる化合物であり、炭酸リチウム等の炭酸塩が代表例である。
【0056】
本発明の非水電解質二次電池の正極シート及び負極シートで使用できる集電体シートは、正極用にはアルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、またはこれらの合金が用いられ、負極用は銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、またはこれらの合金が用いられる。集電体の形態は箔、エキスパンドメタル、パンチングメタル、もしくは金網である。特に、正極用の集電体シートにはアルミニウム箔、そして負極用の集電体シートには銅箔が好ましい。
【0057】
次に、非水電解質二次電池における正負電極シートの構成について説明する。正負電極シートはいずれも、集電体シートの両面に電極合剤を塗布した形態であることが好ましい。この場合、片面あたりの層数は一層であっても二層以上から構成されていても良い。片面あたりの層の数が二以上である場合には、正極活物質(もしくは材料)含有層が二層以上であっても良い。特に好ましい構成は、正極活物質(もしくは負極材料)を含有する層と正極活物質(もしくは負極材料)を含有しない層から構成される場合である。
【0058】
正極活物質(もしくは負極材料)を含有しない層には、正極活物質(もしくは負極材料)を含有する層(電極合剤層)を保護するための保護層、分割された正極活物質(もしくは負極材料)含有層の間にある中間層、正極活物質(もしくは負極材料)含有層と集電体シートとの間にある下塗り層等があり、本発明においてはこれらを総称して補助層と言う。
【0059】
本発明において特に好ましい電極シートの構成は、表面に保護層を有する構成である。保護層は正負電極シートの両方または正負電極シートのいずれかにあることが好ましい。特に、負極シートにおいて、リチウムを電池内で負極合剤層に挿入する場合は負極シートは保護層を有する形態であることが望ましい。保護層は、少なくとも一層からなり、同種又は異種の複数層により構成されていても良い。また、集電体シートの両面の電極合剤層の内の片面にのみに保護層を有する形態であっても良い。これらの保護層は、水不溶性の粒子と結着剤等から構成される。結着剤は、前述の電極合剤層を形成する際に用いられる結着剤を用いることが出来る。水不溶性の粒子としては、種々の導電性粒子、実質的に導電性を持たない有機及び無機の粒子を用いることができる。水不溶性粒子の水への溶解度は、100ppm以下、好ましくは不溶性のものが好ましい。
【0060】
保護層に含まれる上記の粒子の割合は、2.5重量%以上、96重量%以下が好ましく、5重量%以上、95重量%以下がより好ましく、10重量%以上、93重量%以下が特に好ましい。
次に保護層の形成材料について説明する。
【0061】
水不溶性の導電性粒子としては、金属、金属酸化物、金属繊維、炭素繊維、カーボンブラックや黒鉛等の炭素粒子を挙げることが出来る。これらの水不溶導電性粒子の中で、アルカリ金属、特にリチウムとの反応性が低いものが好ましく、金属粉末、炭素粒子がより好ましい。粒子を構成する元素の20℃における電気抵抗率としては、5×109 Ω・m以下が好ましい。
【0062】
金属粉末としては、リチウムとの反応性が低い金属、即ちリチウム合金を作りにくい金属の粉末が好ましく、具体的には、銅、ニッケル、鉄、クロム、モリブデン、チタン、タングステン、タンタルの粉末が好ましい。これらの金属粉末の形は、針状、柱状、板状、塊状のいずれでもよく、そのサイズは最大径が0.02μm以上、20μm以下が好ましく、0.1μm以上、10μm以下がより好ましい。これらの金属粉末は、表面が過度に酸化されていないものが好ましく、酸化されているときには還元雰囲気で熱処理することが好ましい。
【0063】
炭素粒子としては、従来において電極活物質が導電性でない場合に併用する導電材料として用いられる公知の炭素材料を用いることが出来る。具体的には電極合剤を作る際に用いられる導電剤が用いられる。
【0064】
実質的に導電性を持たない水不溶性粒子としては、テトラフルオロエチレンの微粉末、SiC、窒化アルミニウム、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、ムライト、フォルステライト、ステアタイトなどの微粉末を挙げることが出来る。これらの粒子は、導電性粒子と併用してもよく、導電性粒子の0.01倍以上、10倍以下で使うと好ましい。
【0065】
正(負)の電極シートは正(負)極の合剤を集電体シートの上に塗布、乾燥、圧縮する事により作成する事ができる。
合剤の調製は、正極活物質(あるいは負極活物質)および導電剤を混合し、結着剤(樹脂粉体のサスペンジョンまたはエマルジョン状のもの)、および分散媒を加えて混練混合し、引続いて、ミキサー、ホモジナイザー、ディゾルバー、プラネタリミキサー、ペイントシェイカー、サンドミル等の攪拌混合機、分散機で分散して行うことが出来る。分散媒としては水もしくは有機溶媒が用いられるが、水が好ましい。この他適宜、充填剤、イオン導電剤、圧力増強剤等の各種の添加剤を添加しても良い。分散液のpHは負極では5〜10、正極では7〜12が好ましい。
【0066】
正極シートの製造のための正極合剤層の形成は、前述のように、同時重層塗布層を利用することが好ましい。
負極シートの負極合剤層の形成の為の、合剤塗布液(合剤ペースト)の塗布は種々の方法で行うことが出来る。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、スライド法、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出来る。エクストルージョンダイを用いる方法、スライドコーターを用いる方法が特に好ましい。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、合剤ペーストの液物性、乾燥性に合わせて、上記塗布方法を適宜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出来る。電極層が複数の層である場合にはそれらの複数層を同時に塗布することが、均一な電極の製造、製造コスト等の観点から好ましい。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。典型的な塗布層の厚みは乾燥後圧縮された状態で10〜1000μmである。
【0067】
塗布後の電極シートは、熱風、真空、赤外線、遠赤外線、電子線及び低湿風の作用により乾燥、脱水される。これらの方法は単独あるいは組み合わせて用いることが出来る。乾燥温度は80〜350℃の範囲が好ましく、特に100〜250℃の範囲が好ましい。乾燥後の含水量は2000ppm以下が好ましく、500ppm以下がより好ましい。
【0068】
電極シートの圧縮は、一般に採用されているプレス方法を用いることが出来るが、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、10kg/cm2 〜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。
【0069】
本発明の二次電池で使用できるセパレータは、イオン透過度が大きく、所定の機械的強度を持ち、絶縁性の薄膜であれば良く、材質として、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ナイロン、ガラス繊維、アルミナ繊維が用いられ、形態として、不織布、織布、微孔性フィルムが用いられる。特に、材質として、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリプロピレンとポリエチレンの混合体、ポリプロピレンとテトラフルオロエチレンの混合体、ポリエチレンとテフロンの混合体が好ましく、形態として微孔性フィルムであるものが好ましい。特に、孔径が0.01〜1μm、厚みが5〜50μmの微孔性フィルムが好ましい。これらの微孔性フィルムは単独の膜であっても、微孔の形状や密度等や材質等の性質の異なる二層以上からなる複合フィルムであっても良い。例えば、ポリエチレンフィルムとポリプロピレンフィルムを張り合わせた複合フィルムを挙げることができる。
【0070】
電解液は一般に支持塩と溶媒から構成される。リチウム二次電池における支持塩はリチウム塩が主として用いられる。
本発明で使用出来るリチウム塩としては、例えば、LiClO4 、LiBF4 、LiPF6 、LiCF3 SO3 、LiCF3 CO2 、LiAsF6 、LiSbF6 、LiB10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiAlCl4 、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランリチウム、四フェニルホウ酸リチウムなどのLi塩を挙げることが出来、これらの一種を単独で、あるいは二種以上を混合して使用することができる。なかでもLiBF4 及び/あるいはLiPF6 を溶解したものが好ましい。
電解液中の支持塩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。
【0071】
本発明で使用できる電解液の溶媒としては、プロピレンカ−ボネ−ト、エチレンカーボネ−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、ジオキサン、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。これらのなかでは、カーボネート系の溶媒が好ましく、環状カーボネートと非環状カーボネートを混合して用いるのが特に好ましい。環状カーボネート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が好ましい。また、非環状カーボネートとしては、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が好ましい。
【0072】
本発明で使用できる電解液としては、エチレンカーボネート、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 及び/又はLiPF6 を含む電解液が好ましい。特にプロピレンカーボネートもしくはエチレンカーボネートの少なくとも一方とジメチルカーボネートもしくはジエチルカーボネートの少なくとも一方の混合溶媒に、LiCF3 SO3 、LiClO4 もしくはLiBF4 の中から選ばれる少なくとも一種の塩とLiPF6 を含む電解液が好ましい。これら電解液を電池内に加える量は特に限定されず、正極合剤や負極合剤の量や電池のサイズに応じて用いることができる。
【0075】
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、ピロリン、ピロール、トリフェニルアミン、フェニルカルバゾール、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。特に好ましいのはトリフェニルアミン、フェニルカルバゾールを単独もしくは組み合わせて用いた場合である。
【0076】
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。
【0077】
電解液は、水分及び遊離酸分をできるだけ含有しないことが望ましい。このため、電解液の原料は充分な脱水と精製をしたものが好ましい。また、電解液の調製は、露点がマイナス30℃以下の乾燥空気中、もしくは不活性ガス中が好ましい。電解液中の水分及び遊離酸分の量は、0.1〜500ppm、より好ましくは0.2〜100ppmである。
【0078】
電解液は、全量を一回で注入してもよいが、二回以上に分けて注入することが好ましい。二回以上に分けて注入する場合、それぞれの液は同じ組成でも、違う組成(例えば、非水溶媒あるいは非水溶媒にリチウム塩を溶解した溶液を注入した後、前記溶媒より粘度の高い非水溶媒あるいは非水溶媒にリチウム塩を溶解した溶液を注入)でも良い。また、電解液の注入時間の短縮等のために、電池缶を減圧したり、電池缶に遠心力や超音波をかけることを行ってもよい。
【0079】
本発明で使用できる電池缶および電池蓋は材質としてニッケルメッキを施した鉄鋼板、ステンレス鋼板(SUS304、SUS304L,SUS304N、SUS316、SUS316L、SUS430、SUS444等)、ニッケルメッキを施したステンレス鋼板(同上)、アルミニウムまたはその合金、ニッケル、チタン、銅であり、形状として、真円形筒状、楕円形筒状、正方形筒状、長方形筒状である。特に、外装缶が負極端子を兼ねる場合は、ステンレス鋼板、ニッケルメッキを施した鉄鋼板が好ましく、外装缶が正極端子を兼ねる場合は、ステンレス鋼板、アルミニウムまたはその合金が好ましい。電池缶の形状はボタン、コイン、シート、シリンダー、角などのいずれでも良い。電池缶の内圧上昇の対策として、封口板に安全弁を付設することができる。この他、電池缶やガスケット等の部材に切り込みをいれる方法も利用することが出来る。この他、従来から知られている種々の安全素子(例えば、過電流防止素子として、ヒューズ、バイメタル、PTC素子等)を備えつけても良い。
【0080】
本発明で使用するリード板には、電気伝導性をもつ金属(例えば、鉄、ニッケル、チタン、クロム、モリブデン、銅、アルミニウム等)やそれらの合金を用いることが出来る。電池蓋、電池缶、電極シート、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)を用いることが出来る。封口用シール剤は、アスファルト等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出来る。
【0081】
本発明で使用できるガスケットは、材質として、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ポリアミドであり、耐有機溶媒性及び低水分透過性から、オレフィン系ポリマーが好ましく、特にプロピレン主体のポリマーが好ましい。さらに、プロピレンとエチレンのブロック共重合ポリマーであることが好ましい。
【0082】
以上のようにして組み立てられた二次電池は、エージング処理を施すのが好ましい。エージング処理には、前処理、活性化処理及び後処理などがあり、これにより高い充放電容量とサイクル性に優れた電池を製造することができる。前処理は、電極内のリチウムの分布を均一化するための処理で、例えば、リチウムの溶解制御、リチウムの分布を均一にするための温度制御、揺動及び/または回転処理、充放電の任意の組み合わせが行われる。活性化処理は電池本体の負極に対してリチウムを挿入させるための処理で、電池の実使用充電時のリチウム挿入量の50〜120%を挿入するのが好ましい。後処理は活性化処理を十分にさせるための処理であり、電池反応を均一にするための保存処理と、判定のための充放電処理当があり、任意に組み合わせることができる。
【0083】
本発明の電池は必要に応じて外装材で被覆される。外装材としては、熱収縮チューブ、粘着テープ、金属フィルム、紙、布、塗料、プラスチックケース等がある。また、外装の少なくとも一部に熱で変色する部分を設け、使用中の熱履歴がわかるようにしても良い。
【0084】
本発明の電池は必要に応じて複数本を直列及び/または並列に組み電池パックに収納される。電池パックには正温度係数抵抗体、温度ヒューズ、ヒューズ及び/または電流遮断素子等の安全素子の他、安全回路(各電池及び/または組電池全体の電圧、温度、電流等をモニターし、必要なら電流を遮断する機能を有す回路)を設けても良い。また電池パックには、組電池全体の正極及び負極端子以外に、各電池の正極及び負極端子、組電池全体及び各電池の温度検出端子、組電池全体の電流検出端子等を外部端子として設けることもできる。また電池パックには、電圧変換回路(DC−DCコンバータ等)を内蔵しても良い。また各電池の接続は、リード板を溶接することで固定しても良いし、ソケット等で容易に着脱できるように固定しても良い。さらには、電池パックに電池残存容量、充電の有無、使用回数等の表示機能を設けても良い。
【0085】
本発明の電池は様々な機器に使用される。特に、ビデオムービー、モニター内蔵携帯型ビデオデッキ、モニター内蔵ムービーカメラ、コンパクトカメラ、一眼レフカメラ、レンズ付きフィルム、ノート型パソコン、ノート型ワープロ、電子手帳、携帯電話、コードレス電話、ヒゲソリ、電動工具、電動ミキサー、自動車等に使用されることが好ましい。
【0086】
【実施例】
以下に実施例を挙げ、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。
【0087】
[実施例1]
1)正極合剤塗布液(ペースト)Aの作成
正極活物質;LiCoO2 (炭酸リチウムと四酸化三コバルトと3:2のモル比で混合したものをアルミナるつぼにいれ、空気中、毎分2℃で750℃に昇温し4時間仮焼した後、さらに毎分2℃の速度で900℃に昇温しその温度で8時間焼成し解砕したもの。中心粒子サイズ5μm、洗浄品50gを100mlの水に分散した時の分散液の電導度は0.6mS/m、pHは10.1、窒素吸着法による比表面積は0.42m2 /g)
上記正極活物質を200gとアセチレンブラック10gとを、ホモジナイザーで混合し、続いて結着剤として2−エチルヘキシルアクリレートとアクリル酸とアクリロニトリルの共重合体の水分散物(固形分濃度50重量%)を8g、濃度2重量%のカルボキシメチルセルロース水溶液を60gを加え混練混合し、さらに水を50gを加え、ホモジナイザーで攪拌混合し、正極合剤ペーストAを作成した。
【0088】
2)正極合剤塗布液(ペースト)Bの作成
上記と同様な方法により、窒素吸着法での比表面積が0.89m2 /gの正極活物質(LiCoO2 )を得て、同様にして正極合剤ペーストBを作成した。
【0089】
3)負極合剤塗布液(ペースト)の作成
負極材料;SnGe0.10.50.58Mg0.10.13.35(一酸化錫6.7g、ピロリン酸錫10.3g、三酸化二硼素1.7g、炭酸カリウム0.7g、酸化マグネシウム0.4g、二酸化ゲルマニウム1.0gを乾式混合し、アルミナ製るつぼに入れ、アルゴン雰囲気下15℃/分で1000℃まで昇温し、1100℃で12時間焼成した後、10℃/分で室温にまで降温し焼成炉より取り出したものを集め、ジェットミルで粉砕したもの、平均粒径4.5μm 、CuKα線を用いたX線回折法において2θ値で28°付近に頂点を有するブロードなピークを有する物であり、2θ値で40°以上70°以下には結晶性の回折線は見られなかった。)
上記負極材料を200g、導電剤(人造黒鉛)30gとホモジナイザーで混合し、さらに結着剤として濃度2重量%のカルボキシメチルセルロース水溶液50g、ポリフッ化ビニリデン10gとを加え混合したものと水を30g加えさらに混練混合し、負極合剤ペーストを作成した。
【0090】
4)正極シートの作成
上記で作成した正極合剤ペーストA及び正極合剤ペーストBをそれぞれ第1表に記載した順に同時重層塗布法を利用し、厚さ20μmのアルミニウム箔集電体の両面に、合計塗布量400g/m2 、圧縮後のシートの合計厚みが280μmになるように塗布し、乾燥した後、ローラープレス機で圧縮成型し所定の大きさに裁断し、帯状の正極シートを作成した。さらにドライボックス(露点;−50℃以下の乾燥空気)中で遠赤外線ヒーターにて充分脱水乾燥し、五種類の正極シート(No.1〜No.5)を作成した。また、まず厚さ20μmのアルミニウム箔集電体の両面に合剤ペーストBを塗布し、この塗布層を乾燥させた後、その乾燥塗布層表面に合剤ペーストAを塗布乾燥させる逐次塗布法を利用した点以外は、No.1と同じ塗布量比にて合剤Aと合剤Bとからなる合剤層を同様な方法で形成し、正極シート(No.6)を得た。
【0091】
【表3】
第1表
────────────────────────────────────
正極シート試料番号 下側層 上側層 塗布量比(上層/下層)
────────────────────────────────────
No.1(本発明品) 合剤B 合剤A 1/1(同時重層塗布)
No.2(本発明品) 合剤B 合剤A 1/3(同時重層塗布)
No.3(比較例) 合剤A 合剤A 1/1(同時重層塗布)
No.4(比較例) 合剤B 合剤B 1/1(同時重層塗布)
No.5(比較例) 合剤A 合剤B 1/1(同時重層塗布)
No.6(比較例) 合剤B 合剤A 1/1(逐次塗布)
────────────────────────────────────
【0092】
5)負極シートの作成
同様に、負極合剤ペーストを20μmの銅箔集電体に塗布し、上記正極シート作成と同様の方法で、塗布量70g/m2 、圧縮後のシートの厚みが90μmである負極シートを作成した。
【0093】
6)電解液の調製
アルゴン雰囲気で、200mLの細口のポリプロピレン容器に65.3gの炭酸ジエチルをいれ、これに液温が30℃を越えないように注意しながら、22.2gの炭酸エチレンを少量ずつ溶解した。次に、0.4gのLiBF4 ,12.1gのLiPF6 を、液温が30℃を越えないように注意しながら、それぞれ順に、上記ポリプロピレン容器に少量ずつ溶解した。得られた電解液は、比重1.135で無色透明の液体であった。水分含量は18ppm(京都電子製、商品名MKC−210型カールフィシャー水分測定装置で測定)、遊離酸分は24ppm(ブロムチモールブルーを指示薬とし、0.1規定NaOH水溶液を用いて中和滴定して測定)であった。
【0094】
7)シリンダ電池の作成
正極シート、微孔性ポリエチレン/ポリプロピレンフィルム製セパレータ、負極シートおよびセパレータの順に積層し、これを渦巻き状に巻き回した。この巻回体を負極端子を兼ねるニッケルメッキを施した鉄製の有底円筒型電池缶に収納し、次いで電池缶内に電解液を注入し、正極端子を有する電池蓋をガスケットを介してかしめて円筒型電池(シリンダ電池)を作成した。
【0095】
8)シリンダ電池の評価
シリンダ電池を各正極シート試料毎にそれぞれ10本づつ作成し、各電池について室温にて電流量1mA/cm2 で4.2Vまで充電し、その後2.6Vまで放電する操作を行なって放電容量を測定した。そして、各正極シートを用いたシリンダ電池10本の放電容量を平均して、平均放電容量(初期平均放電容量)を求めた。次いで、これらの電池について、上記の充電と放電のサイクルを300回繰返し、その繰返しが終了した時点で、同様にして平均放電容量(サイクル後平均放電容量)を求めた。そして、初期平均放電容量に対するサイクル後平均放電容量の割合を算出して、サイクル維持率を求めた。これらの試験で得られた結果を第2表に示す。
【0096】
【表4】

Figure 0003719312
【0097】
第2表の結果から、本発明の正極シートを用いたリチウム二次電池が高い放電容量を示し、かつ繰返しの使用においても高い放電容量を維持することが分る。
【0098】
【発明の効果】
本発明の正極シートは、放電容量が高く、かつ繰返しの使用においても高い放電容量を維持することのできる非水電解質二次電池の製造を可能にする。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery using a lithium salt as an electrolyte, that is, a positive electrode sheet suitable for use in a lithium secondary battery, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode sheet.
[0002]
[Prior art]
In recent years, lithium secondary batteries, which are widely used as power sources for portable electronic devices, use a carbonaceous material capable of occluding and releasing lithium for the negative electrode and LiCoO for the positive electrode.2 A composite oxide of a transition metal such as lithium and the like is used as an active material, thereby realizing a secondary battery having a high potential and a high discharge capacity.
However, even in the battery having the above-described configuration, there is a decrease in capacity due to charge / discharge cycles and deterioration in battery performance due to self-discharge, and improvement has been desired. For this reason, use of active materials having different functions is described in JP-A-2-297867, JP-A-4-206267, and JP-A-5-151995. I haven't got it.
[0003]
On the other hand, an attempt is made to control the physical properties of the positive electrode active material. In JP-A-4-249073, the specific surface area of the lithium composite oxide positive electrode active material particles is set to 0.01 to 3.0 m.2 It is proposed that the specific surface area of the lithium composite oxide positive electrode active material particles be 0.5 to 10 m.2 / G is proposed. Furthermore, in JP-A-6-275277, the specific surface area of lithium cobalt composite oxide particles made amorphous by adding phosphorus is 1-1000 m.2 / G, and in Japanese Patent Laid-Open No. 7-122262, the specific surface area of the electrode is 4 m.2 / G or more is proposed. However, these methods have not yet achieved sufficient cycle characteristics.
[0004]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-102321 discloses, as an improvement of a secondary battery using a solid electrolyte, an electrode layer of an electrode sheet such as a positive electrode sheet or a negative electrode sheet, a coating layer containing an electrode material having a small particle size. And a coating layer containing an electrode material having a large particle size are sequentially laminated, and by this method, a gradient is provided so that the particle size of the electrode material increases on the interface side between the electrode layer and the solid electrolyte layer. Thus, a method for improving the contact property at the interface between the solid electrolyte material and the electrode sheet is described.
[0005]
On the other hand, according to the research of the inventors of the present invention, it has been found that as the lithium secondary battery is repeatedly used, the positive electrode surface changes in quality and the cycle life decreases.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
  An object of the present invention is to provide a positive electrode sheet for a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high capacity and excellent cycle characteristics. Moreover, this invention is providing the high capacity | capacitance and the non-aqueous-electrolyte secondary battery which was excellent in cycling characteristics using this positive electrode sheet.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  The present inventionMade of aluminumA positive electrode sheet comprising a current collector sheet and a positive electrode mixture layer containing positive electrode active material particles and a binder formed on a surface of at least one side of the current collector sheet, the positive electrode mixture layer Is a coating liquid containing positive active material particles having a relatively large specific surface area and a binder, and a coating liquid containing positive active material particles having a relatively small specific surface area and a binder,In such a distribution that the specific surface area is small on the surface side of the positive electrode mixture layer and large on the current collector sheet side.It is a layer formed by the method of applying at the same time and then drying those applied layers at the same time.Yes, the binder addition amount in each positive electrode mixture layer is 1 to 30% by weightIt is characterized by beingFor non-aqueous electrolyte secondary batteriesLocated on the positive electrode sheet.
[0009]
The specific surface area of the positive electrode active material particles in the present invention means an average specific surface area (average surface area average value of a particle aggregate generally called secondary particles), and is generally used as a method for measuring the specific surface area. It means a numerical value measured by the BET method.
By using the positive electrode sheet of the present invention, a non-aqueous lithium secondary battery having a high capacity and excellent cycle characteristics can be obtained.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Although the preferable form of this invention is demonstrated below, this invention is not limited to these.
1)Made of aluminumA positive electrode sheet comprising a current collector sheet and a positive electrode mixture layer containing positive electrode active material particles and a binder formed on a surface of at least one side of the current collector sheet, the positive electrode mixture layer A coating liquid containing positive electrode active material particles having a relatively large specific surface area and a binder, and a coating liquid containing positive electrode active material particles having a relatively small specific surface area and a binder.The distribution is such that the specific surface area is small on the surface side of the positive electrode mixture layer and large on the current collector sheet side.It is a layer formed by the method of applying at the same time and then drying those applied layers at the same time.Yes, the binder addition amount in each positive electrode mixture layer is 1 to 30% by weightIt is characterized by beingFor non-aqueous electrolyte secondary batteriesPositive electrode sheet.
2) The chemical composition of the positive electrode active material particles is the same throughout the positive electrode mixture layer.In item 1DescribedFor non-aqueous electrolyte secondary batteriesPositive electrode sheet.
[0011]
  3) The positive electrode active material particles are LixCoO2, LixNiO2, LixMnO2, LixCoaNi1-aO2, LixMn2O4, And LixCobV1-bOz(However, at least one of x = 0.02 to 1.2, a = 0.1 to 0.9, b = 0.9 to 0.98, z = 2.01 to 2.3) Having the chemical composition representedIn item 1 or 2DescribedFor non-aqueous electrolyte secondary batteriesPositive electrode sheet.
4) The positive electrode sheet for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of Items 1 to 3, wherein the solvent of the coating solution containing the positive electrode active material particles and the binder is water.
5) A positive electrode sheet, a negative electrode sheet, and a lithium salt-containing electrolyte are accommodated in an airtight container, and the positive electrode sheet is4A non-aqueous electrolyte secondary battery, which is the positive electrode sheet according to any one of the above.
[0012]
The positive electrode sheet of the present invention is a positive electrode sheet comprising a current collector sheet and a positive electrode mixture layer containing positive electrode active material particles and a binder formed on the surface of at least one side of the current collector sheet. The positive electrode active material particles are arranged in such a distribution that the specific surface area is small on the surface side of the positive electrode mixture layer and large on the current collector sheet side, and the binder is at least the positive electrode mixture layer The positive electrode sheet is characterized in that a continuous phase is formed in the thickness direction. The positive electrode sheet of the present invention includes, for example, a coating liquid containing positive electrode active material particles having a relatively large specific surface area and a binder, and positive electrode active material particles and a binder having a relatively small specific surface area. It can form by the method (So-called simultaneous multilayer coating method) which apply | coats a coating liquid simultaneously and then drys those coating layers simultaneously. In carrying out the simultaneous multi-layer coating method, the coating liquid is not limited to two types, and three or more types of coating liquids are used, and an arbitrary number of coating layers are simultaneously formed to obtain a positive electrode mixture layer. You can also.
[0013]
In the positive electrode mixture layer of the positive electrode sheet of the present invention, the specific surface area of the positive electrode active material is arranged so as to have a gradient in the thickness (depth) direction of the positive electrode mixture layer and forms a continuous phase in the thickness direction. The layer state is formed and maintained by the adhesive. For this reason, not only the physical strength of the entire layer is improved, but also in the repeated use of the secondary battery using the positive electrode sheet, the positive electrode mixture layer (that is, the positive electrode layer) of the positive electrode sheet Since lithium ions move smoothly, it is possible to effectively suppress the occurrence of adverse effects such as an increase in overvoltage and a decrease in capacity associated therewith.
[0014]
The positive electrode mixture of the positive electrode sheet used in the present invention contains a particulate positive electrode active material and a binder, and if necessary, a conductive agent, a binder, a dispersant, a filler, an ionic conductive agent, and a pressure enhancer. Various additives such as can be included. The positive electrode sheet may be disk-shaped or plate-shaped, but is preferably a flexible sheet.
[0015]
Below, the positive mix used for the positive electrode sheet of this invention is demonstrated.
It is preferable that the positive electrode active material used for manufacture of the positive electrode sheet of this invention is a lithium containing transition metal oxide. The lithium-containing transition metal oxide is an oxide mainly containing at least one transition metal element selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Mo, and W and lithium. A compound having a molar ratio of lithium to transition metal of 0.3 to 2.2. More preferable is an oxide mainly containing at least one transition metal element selected from the group consisting of V, Cr, Mn, Fe, Co, and Ni, and a molar ratio of lithium to transition metal. It is a compound of 0.3 to 2.2. Note that Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Si, P, and B may contain other elements in a range of less than 30 mole percent with respect to the transition metal element that is mainly present.
[0016]
As a specific example of the lithium-containing transition metal oxide preferably used as the positive electrode active material, Lix CoO2 , Lix NiO2 , Lix MnO2 , Lix Coa Ni1-a O2 , Lix Cob V1-b Oz , Lix Cob Fe1-b O2 , Lix Mn2 OFour , Lix Mnc Co2-c OFour , Lix Mnc Ni2-c OFour , Lix Mnc V2-c OFour And Lix Mnc Fe2-c OFour (Where x = 0.02 to 1.2, a = 0.1 to 0.9, b = 0.8 to 0.98, c = 1.6 to 1.96, z = 2.1-2. .3). Specific examples of the most preferred lithium-containing transition metal oxide include Lix CoO2 , Lix NiO2 , Lix MnO2 , Lix Coa Ni1-a O2 , Lix Mn2 OFour , Lix Cob V1-b Oz (X = 0.02 to 1.2, a = 0.1 to 0.9, b = 0.9 to 0.98, z = 2.01 to 2.3). The value of x is a value before the start of charging / discharging and increases / decreases due to charging / discharging.
[0017]
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 a firing method is particularly preferable.
Details of the firing step for producing the positive electrode active material are described in paragraph [0035] of JP-A-6-60867, JP-A-7-14579, and the like, and these methods can be used. The positive electrode active material obtained by firing may be used after washing with water, an acidic aqueous solution, an alkaline aqueous solution, or an organic solvent.
Further, 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.
[0018]
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.
[0019]
The positive electrode active material used for the positive electrode sheet of the present invention is composed of a mixture of two or more kinds of positive electrode active material particles having different specific surface areas, and the mixture of these positive electrode active materials has a smaller specific surface area on the upper side (positive electrode mixture). The specific surface area is inclined along the depth direction (thickness direction) of the positive electrode mixture layer so that the larger specific surface area is on the lower side (current collector sheet side) Yes. In addition, it is preferable that the positive electrode active material used for the positive electrode sheet of this invention exists in a uniform chemical composition over the whole positive mix layer. That is, the positive electrode active material particles used in the present invention are preferably composed of two or more types having the same chemical composition and different specific surface areas.
[0020]
The specific surface area of the positive electrode active material particles is not particularly limited, but is 0.01 to 50 m by the BET method.2 / G is preferred, especially 0.2 m2 / G-1m2 / G is preferred. Then, two or more kinds of particles having a specific surface area in such a range are arranged in a distribution according to the present invention on the upper side and the lower side of the positive electrode mixture layer. For example, the positive electrode active material particles in the lower half region of the positive electrode mixture layer are arranged so that the specific surface area is in the range of 1.2 to 50 times the specific surface area of the positive electrode active material particles in the upper half region. In particular, the positive electrode active material in which the specific surface area of the positive electrode active material particles in the lower half region of the positive electrode mixture layer is in the upper half region with the central portion in the thickness direction of the positive electrode mixture layer as a boundary. It is preferable to arrange so as to be in the range of 1.4 to 5 times the specific surface area of the particles. The specific surface area of the positive electrode active material particles in the lower half region of the positive electrode mixture layer is 0.2 to 10 m.2 / G, and the specific surface area of the positive electrode active material particles in the upper half region is 0.05 to 5 m.2 / G is preferable.
[0021]
The positive electrode mixture layer of the present invention is prepared by preparing two or more kinds of positive electrode mixture forming coating liquids containing positive electrode active materials having different specific surface areas, and applying these to the collector sheet surface by a simultaneous multilayer coating method. By applying and drying almost simultaneously, when forming the specific surface area distribution of the positive electrode active material particles in the depth direction in the positive electrode mixture layer, the continuity of the distribution in the depth direction can be increased. The binder is formed as a continuous phase in the thickness direction of the positive electrode layer.
[0022]
In the case where the positive electrode mixture layer of the positive electrode sheet of the present invention is composed of two or three positive electrode mixture unit layers, examples of preferable combinations of specific surface areas of the positive electrode active material particles to be introduced into each unit layer The following.
[0023]
[Table 1]
(A) In the case of a two-layer structure (unit: m2 / G)
Example of combination          Upper layer (surface side layer)        Lower layer (current collector side)
No. 1 0.1-0.5 0.5-2.0
No. 2 0.1-0.5 1.0-5.0
No. 3 0.1-0.3 0.3-1.0
No. 4 0.1-1.0 1.0-5.0
No. 5 0.1-0.5 0.5-1.0
No. 6 0.1-0.3 0.5-0.8
No. 7 0.1-0.3 0.5-1.0
No. 8 0.1-0.5 1.0-5.0
No. 9 0.1-0.5 0.8-2.0
[0024]
[Table 2]
(B) In the case of a three-layer structure (unit: m2 / G)
Example of combination    Upper layer (surface side layer)    Middle class      Lower layer (current collector side)
No. 1 0.1-0.5 0.5-2.0 2.0-5.0
No. 2 0.1-0.5 2.0-5.0 0.5-2.0
No. 3 0.5-2.0 0.1-0.5 2.0-5.0
[0025]
The particle size (average particle size) of the positive electrode active material used in the present invention is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1 to 50 μm, and the volume of particles of 0.5 to 30 μm is 95% or more. Is preferred. 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.
[0026]
Moreover, it is preferable that the pH of the supernatant liquid when the positive electrode active material particles 5 g are dissolved in 100 mL of distilled water is 7 or more and 12 or less.
[0027]
For the positive electrode mixture of the positive electrode sheet, a binder for holding the active material is used. Examples of the binder include polysaccharides, thermoplastic resins, and polymers having rubber elasticity. Preferred binders include starch, carboxymethyl cellulose, cellulose, diacetyl cellulose, methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, sodium alginate, polyacrylic acid, sodium polyacrylate, polyvinyl phenol, polyvinyl methyl ether, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone. Water-soluble polymers such as polyacrylamide, polyhydroxy (meth) acrylate, styrene-maleic acid copolymer, polyvinyl chloride, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene furo Ride-tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, polyethylene, polypropylene, ethylene (Meth) acrylic acid ester copolymers containing (meth) acrylic acid esters such as ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, polyvinyl acetal resin, methyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, (meta ) Acrylic acid ester-acrylonitrile copolymer, polyvinyl ester copolymer containing vinyl ester such as vinyl acetate, styrene-butadiene copolymer, acrylonitrile-butadiene copolymer, polybutadiene, neoprene rubber, fluoro rubber, polyethylene oxide, Emulsion (latex) or support of polyester polyurethane resin, polyether polyurethane resin, polycarbonate polyurethane resin, polyester resin, phenol resin, epoxy resin, etc. Penjon can be mentioned. In particular, polyacrylate ester latex, carboxymethyl cellulose, polytetrafluoroethylene, and polyvinylidene fluoride are exemplified. These binders are preferably those obtained by dispersing fine powders in water, more preferably those having an average particle size of 0.01 to 5 μm in the dispersion, and 0.05 to 1 μm. It is particularly preferable to use one.
[0028]
These binders can be used alone or in combination. When the amount of the binder added is small, the holding power and cohesion of the electrode mixture is weak. If the amount is too large, the electrode volume increases and the capacity per electrode unit volume or unit weight decreases. For this reason, the addition amount of the binder is preferably 1 to 30% by weight, and particularly preferably 2 to 10% by weight.
[0029]
Next, the negative electrode sheet used with the positive electrode sheet in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described. The negative electrode material used in the negative electrode mixture of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be a compound that can occlude and release lithium ions. Examples of such negative electrode materials include metallic lithium, lithium alloys, carbonaceous compounds, inorganic oxides, inorganic chalcogen compounds, metal complexes, and organic polymer compounds. These may be used alone or in combination of a plurality of types.
[0030]
In the present invention, an amorphous chalcogen compound or an amorphous oxide mainly containing three or more kinds of atoms selected from Group 1, 2, 13, 14, and 15 atoms of the periodic table is particularly preferably used as the negative electrode material. 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 from 40 ° to 70 ° is the diffraction line intensity at the apex of the broad scattering band seen from 2 ° values to 20 ° to 40 °. It is preferably 500 times or less, more preferably 100 times or less, particularly preferably 5 times or less, and most preferably no crystalline diffraction line.
[0031]
The chalcogen compound and oxide are composite chalcogen compounds mainly composed of two or more elements of B, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, P, As, Sb, and Bi, A composite oxide is more preferable. Particularly preferred are complex chalcogen compounds or oxides mainly composed of two or more elements of B, Al, Si, Ge, Sn, and P. These composite chalcogen compounds and composite oxides mainly contain at least one element selected from elements of Groups 1 to 2 of the periodic table in order to modify the amorphous structure.
[0032]
Among the above negative electrode materials, amorphous composite oxides mainly composed of Sn are preferable, and those represented by the following general formula (1) are particularly preferable.
SnMThree cMFour dOt     ... (1)
In the above general formula (1), MThree Is at least one of Al, B, P, Ge, and MFour Represents at least one of Group 1 elements and Group 2 elements in the periodic table, c is a number of 0.2 or more and 2 or less, and d is a number of 0.01 or more and 1 or less (provided that 0.2 <C + d <2), and t represents a number of 1 or more and 6 or less.
[0033]
The amorphous composite oxide can employ either a firing method or a solution method, but a 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.
[0034]
The firing conditions are preferably 5 ° C. or more and 200 ° C. or less as the rate of temperature rise, the firing temperature is preferably 500 ° C. or more and 1500 ° C. or less, and the firing time is 1 hour or more. And preferably 100 hours or less. In addition, the decreasing temperature rate is 10 at 2 ° C. or more per minute.7 It is preferable that it is below ℃. This rate of temperature increase 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 (° C.)” to “50% of firing temperature (° C.)”.
[0035]
The temperature drop may be cooled in a firing furnace, or may be taken out of the firing furnace and cooled in, for example, water. In addition, a super rapid cooling method such as the gun method, the Hammer-Anvil method, the slap method, the gas atomization method, the plasma spray method, the centrifugal quenching method, or 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 pages, 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.
[0036]
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.
[0037]
The average particle size of the negative electrode material particles in the negative electrode mixture layer is preferably 0.1 to 60 μm. 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. In the negative electrode material of the present invention, the volume occupied by particle groups having a particle size of 1 μm or less is preferably 30% or less of the total volume, and the volume occupied by particle groups having a particle size of 20 μm or more is preferably 25% or less of the total volume. Needless to say, the particle size of the material used does not exceed the thickness of the negative electrode material layer.
[0038]
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.
The specific surface area of the negative electrode material particles is 0.1 to 5.0 m as measured by the BET specific surface area measurement method.2 / G is preferable.
[0039]
Although the example of the negative electrode material which can be used with the nonaqueous electrolyte secondary battery of this invention is shown below, this invention is not limited to these.
SnAl0.4 B0.5 P0.5 K0.1 O3.65, SnAl0.4 B0.5 P0.5 Na0.2 O3.7 , SnAl0.4 B0.3 P0.5 Rb0.2 O3.4 , SnAl0.4 B0.5 P0.5 Cs0.1 O3.65, SnAl0.4 B0.5 P0.5 K0.1 Ge0.05O3.85, SnAl0.4 B0.5 P0.5 K0.1 Mg0.1 Ge0.02O3.83, SnAl0.4 B0.4 P0.4 O3.2 , SnAl0.3 B0.5 P0.2 O2.7 , SnAl0.3 B0.5 P0.2 O2.7 , SnAl0.4 B0.5 P0.3 Ba0.08Mg0.08O3.26, SnAl0.4 B0.4 P0.4 Ba0.08O3.28, SnAl0.4 B0.5 P0.5 O3.6 , SnAl0.4 B0.5 P0.5 Mg0.1 O3.7 ,
[0040]
SnAl0.5 B0.4 P0.5 Mg0.1 F0.2 O3.65, SnB0.5 P0.5 Li0.1 Mg0.1 F0.2 O3.05, SnB0.5 P0.5 K0.1 Mg0.1 F0.2 O3.05, SnB0.5 P0.5 K0.05Mg0.05F0.1 O3.03, SnB0.5 P0.5 K0.05Mg0.1 F0.2 O3.03, SnAl0.4 B0.5 P0.5 Cs0.1 Mg0.1 F0.2 O3.65, SnB0.5 P0.5 Cs0.05Mg0.05F0.1 O3.03, SnB0.5 P0.5 Mg0.1 F0.1 O3.05, SnB0.5 P0.5 Mg0.1 F0.2 OThree , SnB0.5 P0.5 Mg0.1 F0.06O3.07, SnB0.5 P0.5 Mg0.1 F0.14O3.03, SnPBa0.08O3.58, SnPK0.1 O3.55, SnPK0.05Mg0.05O3.58, SnPCs0.1 O3.55, SnPBa0.08F0.08O3.54, SnPK0.1 Mg0.1 F0.2 O3.55, SnPK0.05Mg0.05F0.1 O3.53, SnPCs0.1 Mg0.1 F0.2 O3.55, SnPCs0.05Mg0.05F0.1 O3.53,
[0041]
Sn1.1 Al0.4 B0.2 P0.6 Ba0.08F0.08O3.54, Sn1.1 Al0.4 B0.2 P0.6 Li0.1 K0.1 Ba0.1 F0.1 O3.65, Sn1.1 Al0.4 B0.4 P0.4 Ba0.08O3.34, Sn1.1 Al0.4 PCs0.05O4.23, Sn1.1 Al0.4 PK0.05O4.23, Sn1.2 Al0.5 B0.3 P0.4 Cs0.2 O3.5 , Sn1.2 Al0.4 B0.2 P0.6 Ba0.08O3.68, Sn1.2 Al0.4 B0.2 P0.6 Ba0.08F0.08O3.64, Sn1.2 Al0.4 B0.2 P0.6 Mg0.04Ba0.04O3.68, Sn1.2 Al0.4 B0.3 P0.5 Ba0.08O3.58, Sn1.3 Al0.3 B0.3 P0.4 Na0.2 O3.3 , Sn1.3 Al0.2 B0.4 P0.4 Ca0.2 O3.4 , Sn1.3 Al0.4 B0.4 P0.4 Ba0.2 O3.6 , Sn1.4 Al0.4 PK0.2 O4.6 , Sn1.4 Al0.2 Ba0.1 PK0.2 O4.45, Sn1.4 Al0.2 Ba0.2 PK0.2 O4.6 , Sn1.4 Al0.4 Ba0.2 PK0.2 Ba0.1 F0.2 O4.9 , Sn1.4 Al0.4 PK0.3 O4.65, Sn1.5 Al0.2 PK0.2 O4.4 , Sn1.5 Al0.4 PK0.1 O4.65, Sn1.5 Al0.4 PCs0.05O4.63, Sn1.5 Al0.4 PCs0.05Mg0.1 F0.2 O4.63,
[0042]
SnSi0.5 Al0.1 B0.2 P0.1 Ca0.4 O3.1 , SnSi0.4 Al0.2 B0.4 O2.7 , SnSi0.5 Al0.2 B0.1 P0.1 Mg0.1 O2.8 , SnSi0.6 Al0.2 B0.2 O2.8 , SnSi0.5 Al0.3 B0.4 P0.2 O3.55, SnSi0.5 Al0.3 B0.4 P0.5 O4.30, SnSi0.6 Al0.1 B0.1 P0.3 O3.25, SnSi0.6 Al0.1 B0.1 P0.1 Ba0.2 O2.95. SnSi0.6 Al0.1 B0.1 P0.1 Ca0.2 O2.95, SnSi0.6 Al0.4 B0.2 Mg0.1 O3.2 , SnSi0. 6 Al0.1 B0.3 P0.1 O3.05, SnSi0.6 Al0.2 Mg0.2 O2.7 , SnSi0.6 Al0.2 Ca0.2 O2.7 , SnSi0.6 Al0.2 P0.2 OThree , SnSi0.6 B0.2 P0.2 OThree , SnSi0.8 Al0.2 O2.9 , SnSi0.8 Al0.3 B0.2 P0.2 O3.85, SnSi0.8 B0.2 O2.9 , SnSi0.8 Ba0.2 O2.8 , SnSi0.8 Mg0.2 O2.8 , SnSi0.8 Ca0.2 O2.8 , SnSi0.8 P0.2 O3.1
[0043]
Sn0.9 Mn0.3 B0.4 P0.4 Ca0.1 Rb0.1 O2.95, Sn0.9 Fe0.3 B0.4 P0.4 Ca0.1 Rb0.1 O2.95, Sn0.8 Pb0.2 Ca0.1 P0.9 O3.35, Sn0.3 Ge0.7 Ba0.1 P0.9 O3.35, Sn0.9 Mn0.1 Mg0.1 P0.9 O3.35, Sn0.2 Mn0.8 Mg0.1 P0.9 O3.35, Sn0.7 Pb0.3 Ca0.1 P0.9 O3.35, Sn0.2 Ge0.8 Ba0.1 P0.9 O3.35,
[0044]
SnSi0.8 B0.2 O2.9 , SnSi0.7 B0.3 O2.85, SnSi0.7 B0.3 Al0.1 O3.0 , SnSi0.5 B0.3 Al0.1 Mg0.1 O2.7 , Sn0.8 Si0.6 B0.2 Al0.1 Li0.1 O2.5 , Sn0.8 Si0.6 B0.2 Al0.1 Cs0.1 O2.65, Sn0.8 Si0.7 B0.1 P0.1 Al0.1 O2.75, Sn0.8 Si0.5 B0.3 P0.2 Al0.1 O2.9 , Sn0.8 Si0.7 B0.1 P0.1 Al0.1 Li0.05O2.78, Sn0.8 Si0.5 B0.3 P0.1 Al0.1 Li0.1 O2.7 , Sn0.8 Si0.5 B0.3 P0.2 Al0.1 Cs0.1 O2.95, Sn0.8 Si0.7 P0.3 O2.95, Sn0.8 Si0.7 P0.3 Al0.1 O3.1 , SnSi0.5 B0.3 Zr0.1 O2.65, Sn0.8 Si0.6 P0.2 Zr0.1 O2.7 , Sn0.8 Si0.6 B0.2 P0.1 Zr0.1 O2.75.
[0045]
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.
[0046]
The negative electrode material of the present invention can be used by inserting a light metal, particularly lithium. Examples of the insertion method in the case of using lithium include an electrochemical method, a chemical method, and a thermal method. Particularly preferred is an electrochemical method. For example, a small piece of lithium-based metal is pasted on the non-coated portion of the negative electrode mixture of the current collector or the negative electrode mixture layer, and inserted by contacting with an electrolytic solution. it can. In particular, a method of electrochemically inserting lithium in the battery is preferable. It is preferable that the metal piece mainly composed of lithium is pasted in the form of a strip having a thickness of 5 to 200 μm.
[0047]
Lithium can be inserted up to 0.01V, more preferably up to 0.05V when lithium is used as a counter electrode. A particularly preferable method is a method of partially inserting lithium in order to compensate for the irreversible capacity of the negative electrode material, and a method of inserting up to 0.3 V when lithium is used as a counter electrode.
[0048]
More specifically, the amount of lithium inserted is 0.005 g to 0.5 g, more preferably 0.03 g to 0.2 g, and particularly preferably 0.06 g to 0.15 g per 1 g of the negative electrode material. When the negative electrode material is a metal oxide, the equivalent per mole of metal oxide is 0.5 to 4.0 equivalent, more preferably 1 to 3.5 equivalent, and particularly preferably 1.2 to 3 .2 equivalents. When lithium less than 1.2 equivalents is preliminarily inserted into the negative electrode material, the battery capacity is low, and when more than 3.2 equivalents of lithium is preliminarily inserted, cycle performance is deteriorated.
[0049]
The amount of lithium inserted can be arbitrarily controlled by the amount of lithium superimposed on the negative electrode sheet. As the metal mainly composed of lithium, lithium metal is preferably used, but a metal having a purity of 90% by weight or more is preferable, and a metal having a purity of 98% by weight or more is particularly preferable. As the overlapping pattern of lithium on the negative electrode sheet, it is preferable to overlap the entire surface of the sheet, but since lithium preliminarily inserted into the negative electrode material gradually diffuses into the negative electrode material due to aging, it is not a full sheet, but a stripe, frame shape Also, any partial overlap of disk-like is preferable. The term “lamination” as used herein means that a metal foil mainly composed of lithium is directly bonded onto a sheet having a negative electrode mixture and an auxiliary layer.
[0050]
The coverage of the metal foil overlapping in the negative electrode sheet is preferably 10 to 100%, more preferably 15 to 100%, and particularly preferably 20 to 100%. When it is 20% or less, the preliminary insertion of lithium may become uneven, which is not preferable. Further, from the viewpoint of uniformity, the thickness of the metal foil mainly composed of lithium is preferably 5 to 150 μm, more preferably 5 to 100 μm, and particularly preferably 10 to 75 μm.
[0051]
The handling atmosphere such as cutting and sticking of the metal foil mainly composed of lithium is preferably a dry air or argon gas atmosphere having a dew point of −30 ° C. or lower and −80 ° C. or higher. In the case of dry air, −40 ° C. or lower and −80 ° C. or higher is more preferable. Carbon dioxide gas may be used in combination during handling. Particularly in the case of an argon gas atmosphere, it is preferable to use carbon dioxide in combination.
[0052]
Next, various materials and additives that can be arbitrarily introduced into each mixture layer of the negative electrode sheet used in combination with the positive electrode sheet in the positive electrode sheet and the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described.
[0053]
The conductive agent used in combination with the electrode mixture is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not cause a chemical change in the constituted battery. Specific examples thereof include natural graphite such as scaly graphite, scaly graphite, and earthy graphite, high-temperature fired bodies such as petroleum coke, coal coke, celluloses, saccharides, and mesophase pitch, and artificial graphite such as vapor-grown graphite. Graphite, carbon black such as acetylene black, furnace black, ketjen black, channel black, lamp black, thermal black, etc., carbon materials such as asphalt pitch, coal tar, activated carbon, mesofuse pitch, polyacene, etc. Examples thereof include conductive fibers, metal powders such as copper, nickel, aluminum and silver, conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate, and conductive metal oxides such as titanium oxide. Among these, graphite and carbon black are preferable, and the particle size is preferably 0.01 μm or more and 20 μm or less, and more preferably 0.02 μm or more and 10 μm or less. These may be used singly or as a mixture.
The amount of the conductive agent added to the mixture layer is preferably 6 to 50% by weight, particularly 6 to 30% by weight, based on the negative electrode material or the positive electrode material. In the case of carbon black or graphite, the content is particularly preferably 6 to 20% by weight.
[0054]
For the negative electrode mixture, a binder for holding the active material is usually used in the same manner as the positive electrode mixture. As examples of the binder, various binders as described regarding the positive electrode mixture can be arbitrarily used.
[0055]
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.
As the ionic conductive agent, materials 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 of a battery, and carbonates such as lithium carbonate are typical examples.
[0056]
The collector sheet that can be used in the positive electrode sheet and the negative electrode sheet of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is aluminum, stainless steel, nickel, titanium, or an alloy thereof for the positive electrode, copper for the negative electrode, Stainless steel, nickel, titanium, or an alloy thereof is used. The form of the current collector is foil, expanded metal, punching metal, or wire mesh. In particular, an aluminum foil is preferable for the current collector sheet for the positive electrode, and a copper foil is preferable for the current collector sheet for the negative electrode.
[0057]
Next, the structure of the positive / negative electrode sheet in a nonaqueous electrolyte secondary battery is demonstrated. The positive and negative electrode sheets are preferably in a form in which an electrode mixture is applied to both surfaces of the current collector sheet. In this case, the number of layers per side may be one or may be composed of two or more layers. When the number of layers per side is two or more, the positive electrode active material (or material) -containing layer may be two or more layers. A particularly preferable configuration is a case where the layer is composed of a layer containing a positive electrode active material (or negative electrode material) and a layer not containing a positive electrode active material (or negative electrode material).
[0058]
The layer not containing the positive electrode active material (or negative electrode material) includes a protective layer for protecting the layer (electrode mixture layer) containing the positive electrode active material (or negative electrode material), a divided positive electrode active material (or negative electrode) Material) an intermediate layer between the containing layers, an undercoat layer between the positive electrode active material (or negative electrode material) containing layer and the current collector sheet. In the present invention, these are collectively referred to as an auxiliary layer. .
[0059]
In the present invention, a particularly preferable configuration of the electrode sheet is a configuration having a protective layer on the surface. It is preferable that a protective layer exists in either the positive / negative electrode sheet or either positive / negative electrode sheet. In particular, in the negative electrode sheet, when lithium is inserted into the negative electrode mixture layer in the battery, the negative electrode sheet desirably has a protective layer. The protective layer is composed of at least one layer, and may be composed of multiple layers of the same type or different types. Moreover, the form which has a protective layer only in the single side | surface of the electrode mixture layers of both surfaces of a collector sheet may be sufficient. These protective layers are composed of water-insoluble particles and a binder. The binder used when forming the above-mentioned electrode mixture layer can be used as the binder. As the water-insoluble particles, various conductive particles and organic and inorganic particles having substantially no conductivity can be used. The solubility of water-insoluble particles in water is 100 ppm or less, preferably insoluble.
[0060]
The proportion of the particles contained in the protective layer is preferably 2.5% by weight or more and 96% by weight or less, more preferably 5% by weight or more and 95% by weight or less, and particularly preferably 10% by weight or more and 93% by weight or less. preferable.
Next, a material for forming the protective layer will be described.
[0061]
Examples of water-insoluble conductive particles include carbon particles such as metals, metal oxides, metal fibers, carbon fibers, carbon black, and graphite. Among these water-insoluble conductive particles, those having low reactivity with alkali metals, particularly lithium, are preferred, and metal powders and carbon particles are more preferred. The electrical resistivity at 20 ° C. of the elements constituting the particles is 5 × 109 Ω · m or less is preferable.
[0062]
The metal powder is preferably a metal that has low reactivity with lithium, that is, a metal powder that is difficult to form a lithium alloy, and specifically, copper, nickel, iron, chromium, molybdenum, titanium, tungsten, and tantalum powders are preferred. . The shape of these metal powders may be any of acicular, columnar, plate-like, and massive shapes, and the maximum diameter is preferably 0.02 μm or more and 20 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 10 μm or less. These metal powders are preferably those whose surfaces are not excessively oxidized, and when oxidized, heat treatment is preferably performed in a reducing atmosphere.
[0063]
As the carbon particles, known carbon materials that are conventionally used as conductive materials that are used in combination when the electrode active material is not conductive can be used. Specifically, a conductive agent used for making an electrode mixture is used.
[0064]
Examples of water-insoluble particles having substantially no electrical conductivity include fine powders of tetrafluoroethylene, SiC, aluminum nitride, alumina, zirconia, magnesia, mullite, forsterite, steatite and the like. These particles may be used in combination with conductive particles, and are preferably used in an amount of 0.01 to 10 times that of the conductive particles.
[0065]
The positive (negative) electrode sheet can be prepared by applying a positive (negative) electrode mixture onto a current collector sheet, drying, and compressing.
The mixture is prepared by mixing a positive electrode active material (or negative electrode active material) and a conductive agent, adding a binder (suspension or emulsion of resin powder), and a dispersion medium, and kneading and mixing. In addition, it can be carried out by dispersing with a mixer / disperser such as a mixer, homogenizer, dissolver, planetary mixer, paint shaker or sand mill. As the dispersion medium, water or an organic solvent is used, but water is preferable. In addition, various additives such as a filler, an ionic conductive agent, and a pressure enhancer may be added as appropriate. The pH of the dispersion is preferably 5 to 10 for the negative electrode and 7 to 12 for the positive electrode.
[0066]
As described above, the formation of the positive electrode mixture layer for the production of the positive electrode sheet preferably uses a simultaneous multilayer coating layer.
Application of the mixture coating solution (mixture paste) for forming the negative electrode mixture layer of the negative electrode sheet can be performed by various methods. Examples thereof include a reverse roll method, a direct roll method, a blade method, a knife method, an extrusion method, a slide method, a curtain method, a gravure method, a bar method, a dip method, and a squeeze method. A method using an extrusion die and a method using a slide coater are particularly 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 application layer can be obtained by selecting the said application | coating method suitably according to the liquid physical property and dryness of a mixture paste. When the electrode layer is a plurality of layers, it is preferable to apply the plurality of layers at the same time from the viewpoint of uniform electrode production, production cost, and the like. The thickness, length and width of the coating layer are determined by the size of the battery. The thickness of a typical coating layer is 10 to 1000 μm in a compressed state after drying.
[0067]
The electrode sheet after application is dried and dehydrated by the action of hot air, vacuum, infrared rays, far infrared rays, electron beams and low-humidity air. These methods can be used alone or in combination. The drying temperature is preferably in the range of 80 to 350 ° C, particularly preferably in the range of 100 to 250 ° C. The water content after drying is preferably 2000 ppm or less, and more preferably 500 ppm or less.
[0068]
For the compression of the electrode sheet, a generally employed pressing method can be used, but a die pressing method and a calendar pressing method are particularly preferable. The press pressure is not particularly limited, but is 10 kg / cm.2 ~ 3t / cm2 Is preferred. 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.
[0069]
The separator that can be used in the secondary battery of the present invention only needs to have a large ion permeability, a predetermined mechanical strength, and an insulating thin film. As a material, an olefin polymer, a fluorine polymer, a cellulose polymer, Polyimide, nylon, glass fiber, and alumina fiber are used, and as a form, a nonwoven fabric, a woven fabric, and a microporous film are used. In particular, polypropylene, polyethylene, a mixture of polypropylene and polyethylene, a mixture of polypropylene and tetrafluoroethylene, and a mixture of polyethylene and Teflon are preferred as the material, and a form of a microporous film is preferred. In particular, a microporous film having a pore diameter of 0.01 to 1 μm and a thickness of 5 to 50 μm is preferable. These microporous films may be a single film or a composite film composed of two or more layers having different properties such as the shape, density, and material of the micropores. For example, the composite film which bonded the polyethylene film and the polypropylene film can be mentioned.
[0070]
The electrolytic solution is generally composed of a supporting salt and a solvent. Lithium salt is mainly used as the supporting salt in the lithium secondary battery.
Examples of lithium salts that can be used in the present invention include LiClO.Four , LiBFFour , LiPF6 , LiCFThree SOThree , LiCFThree CO2 , LiAsF6 , LiSbF6 , LiBTenClTen, Lower aliphatic lithium carboxylate, LiAlClFour Li salts such as LiCl, LiBr, LiI, chloroborane lithium and lithium tetraphenylborate can be used, and one of these can be used alone, or two or more can be used in combination. Above all, LiBFFour And / or LiPF6 What melt | dissolved is preferable.
The concentration of the supporting salt in the electrolytic solution is not particularly limited, but is preferably 0.2 to 3 mol per liter of the electrolytic solution.
[0071]
Solvents of the electrolytic solution that can be used in the present invention 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, dioxane, acetonitrile, nitromethane, ethyl monoglyme, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, Such as sulfolane, 3-methyl-2-oxazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, ethyl ether, 1,3-propane sultone, etc. Can be exemplified ton organic solvent, mixed and used alone or in combination. Among these, carbonate-based solvents are preferable, and it is particularly preferable to use a mixture of a cyclic carbonate and an acyclic carbonate. As the cyclic carbonate, ethylene carbonate and propylene carbonate are preferable. Moreover, as an acyclic carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate are preferable.
[0072]
As an electrolytic solution that can be used in the present invention, LiCF is added to an electrolytic solution in which ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, dimethyl carbonate or diethyl carbonate is appropriately mixed.Three SOThree LiClOFour , LiBFFour And / or LiPF6 An electrolytic solution containing is preferable. In particular, in a mixed solvent of at least one of propylene carbonate or ethylene carbonate and at least one of dimethyl carbonate or diethyl carbonate, LiCFThree SOThree LiClOFour Or LiBFFour At least one salt selected from LiPF and LiPF6 An electrolytic solution containing is preferable. The amount of the electrolyte added to the battery is not particularly limited, and can be used according to the amount of the positive electrode mixture or the negative electrode mixture and the size of the battery.
[0075]
Further, other compounds may be added to the electrolyte for the purpose of improving discharge and charge / discharge characteristics. For example, pyridine, pyrroline, pyrrole, triphenylamine, phenylcarbazole, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, n-glyme, hexaphosphoric 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, AlClThree , Conductive polymer electrode active material monomers, triethylene phosphoramide, trialkylphosphine, morpholine, aryl compounds having a carbonyl group, crown ethers such as 12-crown-4, hexamethylphosphoric triamide and 4-alkyl Examples thereof include morpholine, bicyclic tertiary amine, oil, quaternary phosphonium salt, and tertiary sulfonium salt. Particularly preferred is a case where triphenylamine and phenylcarbazole are used alone or in combination.
[0076]
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.
[0077]
It is desirable that the electrolytic solution contains as little water and free acid as possible. For this reason, the raw material of the electrolytic solution is preferably one that has been sufficiently dehydrated and purified. The electrolyte solution is preferably prepared in dry air having a dew point of -30 ° C or lower, or in an inert gas. The amount of water and free acid content in the electrolyte is 0.1 to 500 ppm, more preferably 0.2 to 100 ppm.
[0078]
The entire amount of the electrolytic solution may be injected at one time, but it is preferable to inject it in two or more times. When injecting in two or more times, each solution may have the same composition but a different composition (for example, a non-aqueous solvent or a non-aqueous solvent having a higher viscosity than the solvent after injecting a solution of a lithium salt dissolved in the non-aqueous solvent). Or a solution in which a lithium salt is dissolved in a solvent or a non-aqueous solvent may be injected). In order to shorten the time for injecting the electrolyte, etc., the battery can may be decompressed, or centrifugal force or ultrasonic waves may be applied to the battery can.
[0079]
Battery cans and battery lids that can be used in the present invention are nickel-plated steel plates, stainless steel plates (SUS304, SUS304L, SUS304N, SUS316, SUS316L, SUS430, SUS444, etc.), nickel-plated stainless steel plates (same as above) , Aluminum or an alloy thereof, nickel, titanium, and copper, and the shapes are a true circular cylinder, an elliptical cylinder, a square cylinder, and a rectangular cylinder. In particular, when the outer can also serves as the negative electrode terminal, a stainless steel plate and a nickel-plated steel plate are preferable, and when the outer can also serves as the positive electrode terminal, a stainless steel plate, aluminum, or an alloy thereof is preferable. The shape of the battery can may be any of buttons, coins, sheets, cylinders, and corners. As a countermeasure against an increase in the internal pressure of the battery can, a safety valve can be attached to the sealing plate. In addition, a method of cutting a member such as a battery can or a gasket can be used. In addition, various conventionally known safety elements (for example, fuses, bimetals, PTC elements, etc. as overcurrent prevention elements) may be provided.
[0080]
For the lead plate used in the present invention, a metal having electrical conductivity (for example, iron, nickel, titanium, chromium, molybdenum, copper, aluminum, etc.) or an alloy thereof can be used. As a welding method for the battery lid, battery can, electrode sheet, and 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.
[0081]
Gaskets that can be used in the present invention are olefin polymers, fluoropolymers, cellulosic polymers, polyimides, and polyamides as materials. Olefin polymers are preferred from the viewpoint of organic solvent resistance and low moisture permeability, and are mainly composed of propylene. Polymers are preferred. Furthermore, a block copolymer of propylene and ethylene is preferable.
[0082]
The secondary battery assembled as described above is preferably subjected to an aging treatment. The aging treatment includes pre-treatment, activation treatment, post-treatment, and the like, whereby a battery with high charge / discharge capacity and excellent cycleability can be produced. The pretreatment is a treatment for homogenizing the distribution of lithium in the electrode. For example, control of lithium dissolution, temperature control to make the lithium distribution uniform, oscillation and / or rotation treatment, optional charging / discharging A combination is made. The activation process is a process for inserting lithium into the negative electrode of the battery body, and it is preferable to insert 50 to 120% of the amount of lithium inserted during actual use charging of the battery. The post-processing is processing for sufficient activation processing, and includes storage processing for uniform battery reaction and charge / discharge processing for determination, which can be arbitrarily combined.
[0083]
The battery of the present invention is covered with an exterior material as necessary. Examples of the exterior material include a heat-shrinkable tube, an adhesive tape, a metal film, paper, cloth, paint, and a plastic case. Further, at least a part of the exterior may be provided with a portion that changes color by heat so that the heat history during use can be known.
[0084]
A plurality of the batteries of the present invention are assembled in series and / or in parallel as needed, and stored in a battery pack. In addition to safety elements such as positive temperature coefficient resistors, temperature fuses, fuses and / or current interrupting elements, the battery pack also requires safety circuits (monitoring the voltage, temperature, current, etc. of each battery and / or the entire battery pack) In this case, a circuit having a function of interrupting current may be provided. In addition to the positive and negative terminals of the entire assembled battery, the battery pack should be provided with the positive and negative terminals of each battery, the entire assembled battery, the temperature detection terminal of each battery, the current detection terminal of the entire assembled battery, etc. as external terminals. You can also. The battery pack may incorporate a voltage conversion circuit (such as a DC-DC converter). The connection of each battery may be fixed by welding a lead plate, or may be fixed so that it can be easily attached and detached with a socket or the like. Further, the battery pack may be provided with display functions such as the remaining battery capacity, the presence / absence of charging, and the number of uses.
[0085]
The battery of the present invention is used in various devices. In particular, video movies, portable video decks with built-in monitors, movie cameras with built-in monitors, compact cameras, single-lens reflex cameras, film with lenses, notebook computers, notebook word processors, electronic notebooks, mobile phones, cordless phones, whiskers, electric tools, It is preferably used for electric mixers, automobiles and the like.
[0086]
【Example】
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the examples unless it exceeds the gist of the invention.
[0087]
[Example 1]
1) Preparation of positive electrode mixture coating liquid (paste) A
Cathode active material; LiCoO2 (A mixture of lithium carbonate and tricobalt tetroxide in a molar ratio of 3: 2 is placed in an alumina crucible, heated to 750 ° C. at 2 ° C./min in the air, calcined for 4 hours, and then 2 min / min. The temperature was raised to 900 ° C. at a rate of 0 ° C., baked and pulverized at that temperature for 8 hours, and the electrical conductivity of the dispersion liquid was 0.6 mS / m when the center particle size was 5 μm and the washing product was dispersed in 100 ml of water. , PH is 10.1, specific surface area by nitrogen adsorption method is 0.42m2 / G)
200 g of the positive electrode active material and 10 g of acetylene black were mixed with a homogenizer, and then an aqueous dispersion of a copolymer of 2-ethylhexyl acrylate, acrylic acid and acrylonitrile (solid content concentration 50% by weight) was used as a binder. 60 g of a carboxymethyl cellulose aqueous solution having a concentration of 8 g and 2 wt% was added and kneaded and mixed, 50 g of water was further added, and the mixture was stirred and mixed with a homogenizer to prepare a positive electrode mixture paste A.
[0088]
2) Preparation of positive electrode mixture coating liquid (paste) B
By the same method as above, the specific surface area in the nitrogen adsorption method is 0.89 m.2 / G positive electrode active material (LiCoO2 The positive electrode mixture paste B was prepared in the same manner.
[0089]
3) Preparation of negative electrode mixture coating liquid (paste)
Negative electrode material; SnGe0.1 B0.5 P0.58Mg0.1 K0.1 O3.35(6.7 g of tin monoxide, 10.3 g of tin pyrophosphate, 1.7 g of diboron trioxide, 0.7 g of potassium carbonate, 0.4 g of magnesium oxide, and 1.0 g of germanium dioxide were dry-mixed and placed in an alumina crucible. The temperature was raised to 1000 ° C. at 15 ° C./min in an argon atmosphere, baked at 1100 ° C. for 12 hours, cooled to room temperature at 10 ° C./min, collected from the baking furnace, and pulverized with a jet mill In the X-ray diffraction method using an average particle diameter of 4.5 μm and CuKα ray, the material has a broad peak having a peak at around 28 ° with a 2θ value, and the crystallinity at a 2θ value of 40 ° to 70 ° No diffraction line was seen.)
200 g of the negative electrode material, 30 g of a conductive agent (artificial graphite) and a homogenizer are mixed, and 50 g of a 2% by weight carboxymethylcellulose aqueous solution and 10 g of polyvinylidene fluoride are mixed as a binder, and 30 g of water is added. The mixture was kneaded and mixed to prepare a negative electrode mixture paste.
[0090]
4) Preparation of positive electrode sheet
The positive electrode mixture paste A and the positive electrode mixture paste B prepared above were each applied in the order described in Table 1 using the simultaneous multilayer coating method, and the total coating amount was 400 g / g on both surfaces of the 20 μm thick aluminum foil current collector. m2 The film was applied so that the total thickness of the compressed sheet was 280 μm, dried, and then compression-molded with a roller press and cut into a predetermined size to prepare a belt-like positive electrode sheet. Further, it was sufficiently dehydrated and dried with a far-infrared heater in a dry box (dew point: dry air of −50 ° C. or lower) to prepare five types of positive electrode sheets (No. 1 to No. 5). In addition, a sequential coating method in which the mixture paste B is first applied to both surfaces of an aluminum foil current collector having a thickness of 20 μm, the coating layer is dried, and then the mixture paste A is coated and dried on the surface of the dried coating layer. Except for the points used, no. A mixture layer composed of the mixture A and the mixture B was formed in the same manner at the same coating amount ratio as in Example 1 to obtain a positive electrode sheet (No. 6).
[0091]
[Table 3]
Table 1
────────────────────────────────────
Positive electrode sheet sample number Lower layer Upper layer Coating amount ratio (upper layer / lower layer)
────────────────────────────────────
No. 1 (Product of the present invention) Mixture B Mixture A 1/1 (Simultaneous multilayer coating)
No. 2 (Invention product) Mixture B Mixture A 1/3 (simultaneous multilayer coating)
No. 3 (Comparative Example) Mixture A Mixture A 1/1 (simultaneous multilayer coating)
No. 4 (Comparative example) Mixture B Mixture B 1/1 (simultaneous multilayer coating)
No. 5 (Comparative Example) Mixture A Mixture B 1/1 (simultaneous multilayer coating)
No. 6 (Comparative Example) Mixture B Mixture A 1/1 (Sequential application)
────────────────────────────────────
[0092]
5) Preparation of negative electrode sheet
Similarly, the negative electrode mixture paste was applied to a 20 μm copper foil current collector, and the coating amount was 70 g / m in the same manner as in the preparation of the positive electrode sheet.2 A negative electrode sheet having a thickness of 90 μm after compression was prepared.
[0093]
6) Preparation of electrolyte
In an argon atmosphere, 65.3 g of diethyl carbonate was placed in a 200 mL narrow-neck polypropylene container, and 22.2 g of ethylene carbonate was dissolved little by little while taking care that the liquid temperature did not exceed 30 ° C. Next, 0.4 g of LiBFFour , 12.1 g LiPF6 Were dissolved in small amounts in the polypropylene container in order, taking care that the liquid temperature did not exceed 30 ° C. The obtained electrolyte was a colorless and transparent liquid with a specific gravity of 1.135. Moisture content is 18ppm (Kyoto Electronics, trade name MKC-210 model Karl Fischer moisture measuring device), free acid content is 24ppm (bromthymol blue is used as an indicator, neutralized titration with 0.1N NaOH aqueous solution. Measured).
[0094]
7) Creation of cylinder battery
A positive electrode sheet, a microporous polyethylene / polypropylene film separator, a negative electrode sheet and a separator were laminated in this order, and this was wound in a spiral shape. This wound body is housed in a nickel-plated iron-bottomed cylindrical battery can that also serves as a negative electrode terminal, then an electrolyte is injected into the battery can, and the battery lid having the positive electrode terminal is caulked through a gasket. A cylindrical battery (cylinder battery) was prepared.
[0095]
8) Evaluation of cylinder battery
Ten cylinder batteries were prepared for each positive electrode sheet sample, and each battery had a current of 1 mA / cm at room temperature.2 The battery was charged to 4.2 V and then discharged to 2.6 V, and the discharge capacity was measured. Then, the average discharge capacity (initial average discharge capacity) was determined by averaging the discharge capacity of 10 cylinder batteries using each positive electrode sheet. Then, for these batteries, the above charge and discharge cycle was repeated 300 times, and when the repetition was completed, the average discharge capacity (average discharge capacity after cycle) was determined in the same manner. Then, the ratio of the average post-cycle discharge capacity to the initial average discharge capacity was calculated to obtain the cycle maintenance ratio. The results obtained in these tests are shown in Table 2.
[0096]
[Table 4]
Figure 0003719312
[0097]
From the results in Table 2, it can be seen that the lithium secondary battery using the positive electrode sheet of the present invention exhibits a high discharge capacity and maintains a high discharge capacity even after repeated use.
[0098]
【The invention's effect】
The positive electrode sheet of the present invention makes it possible to produce a nonaqueous electrolyte secondary battery that has a high discharge capacity and can maintain a high discharge capacity even during repeated use.

Claims (5)

アルミニウムからなる集電体シートと、その集電体シートの少なくとも一方の側の表面に形成された正極活物質粒子及び結着剤を含む正極合剤層とからなる正極シートであって、該正極合剤層が、比表面積が相対的に大きい正極活物質粒子と結着剤とを含む塗布液と、比表面積が相対的に小さい正極活物質粒子と結着剤とを含む塗布液とを、その比表面積が正極合剤層の表面側で小さく、そして集電体シート側で大きくなるような分布にて同時に塗布し、その後、それらの塗布層を同時に乾燥する方法により形成された層であり、それぞれの正極合剤層中の結着剤添加量が1〜30重量%であることを特徴とする非水電解液二次電池用正極シート。A positive electrode sheet comprising a current collector sheet made of aluminum and a positive electrode mixture layer containing positive electrode active material particles and a binder formed on the surface of at least one side of the current collector sheet, the positive electrode The mixture layer includes a coating liquid containing positive active material particles having a relatively large specific surface area and a binder, and a coating liquid containing positive active material particles having a relatively small specific surface area and a binder , It is a layer formed by a method in which the specific surface area is simultaneously applied in such a distribution that it is small on the surface side of the positive electrode mixture layer and large on the side of the current collector sheet , and then the applied layers are simultaneously dried . A positive electrode sheet for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the amount of binder added in each positive electrode mixture layer is 1 to 30% by weight . 上記正極活物質粒子の化学組成が正極合剤層全体にわたって同一である請求項1に記載の非水電解液二次電池用正極シート。The positive electrode sheet for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the chemical composition of the positive electrode active material particles is the same throughout the positive electrode mixture layer. 上記正極活物質粒子が、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiCoNi1−a、LiMn、およびLiCo1−b(但し、x=0.02〜1.2、a=0.1〜0.9、b=0.9〜0.98、z=2.01〜2.3)の内の少なくとも一つで表される化学組成を有する請求項1または2に記載の非水電解液二次電池用正極シート。The positive electrode active material particles, Li x CoO 2, Li x NiO 2, Li x MnO 2, Li x Co a Ni 1-a O 2, Li x Mn 2 O 4, and Li x Co b V 1-b O z (where x = 0.02 to 1.2, a = 0.1 to 0.9, b = 0.9 to 0.98, z = 2.01 to 2.3) The positive electrode sheet for non-aqueous electrolyte secondary batteries according to claim 1 or 2, which has a chemical composition represented by : 正極活物質粒子と結着剤とを含む塗布液の溶媒が水である、請求項1〜3の内のいずれかの項に記載の非水電解液二次電池用正極シート。  The positive electrode sheet for nonaqueous electrolyte secondary batteries according to any one of claims 1 to 3, wherein the solvent of the coating liquid containing the positive electrode active material particles and the binder is water. 密閉容器中に正極シート、負極シート、及びリチウム塩含有電解質を収容してなり、該正極シートが、請求項1〜の内のいずれかの項に記載の正極シートであることを特徴とする非水電解液二次電池。A positive electrode sheet, a negative electrode sheet, and a lithium salt-containing electrolyte are accommodated in an airtight container, and the positive electrode sheet is the positive electrode sheet according to any one of claims 1 to 4. Non-aqueous electrolyte secondary battery.
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