JP4029266B2 - Nonaqueous electrolyte battery and method for producing nonaqueous electrolyte battery - Google Patents

Nonaqueous electrolyte battery and method for producing nonaqueous electrolyte battery Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は非水電解質電池および非水電解質電池の製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯用無線電話、携帯用パソコン、携帯用ビデオカメラ等の電子機器が開発され、各種電子機器が携帯可能な程度に小型化されている。それに伴って、内蔵される電池としても、高エネルギー密度を有し、且つ軽量なものが採用されている。
【0003】
そのような要求を満たす典型的な電池は、金属リチウム、リチウム合金またはリチウムを可逆的に吸蔵および放出可能な炭素を負極活物質とし、リチウムを可逆的に吸蔵および放出可能な正極活物質を用い、LiClO、LiPF等のリチウム塩を溶解した非プロトン性の有機溶媒を電解液とする非水電解質二次電池である。
【0004】
特に、負極活物質として炭素を用い、正極活物質としてLiCoO、LiNiOまたはLiMnなどを用いたリチウムイオン電池は、充放電サイクル寿命に優れることから実用に適している。LiCoO、LiNiOおよびLiMn正極活物質の平均放電電位は、Li/Li基準でいずれも4V以下である。
【0005】
電池をさらに高エネルギー密度化するために、Li/Li基準で4.7Vの放電電位を有するLiNi0.5Mn1.5正極活物質をリチウム電池に適用することが試みられている(特表2000−515672、第41回電池討論会要旨集p450、452、454、456(平成12年)など)。
【0006】
上記非水電解質の正極及び負極は、いずれも薄いシートないし箔状に成形されたものを、セパレータを介して順に積層又は渦巻き状に巻回する。そしてこの積層体または巻回体を、ステンレス、ニッケルメッキを施した鉄、又はアルミニウム製等の金属缶からなる電池容器に収納して、電解液を注液後、蓋板で密封固着して、電池が組み立てられる。
【0007】
また、電池容器の材質に金属箔を樹脂フィルムでラミネートしたものを用いる方法も適用されている。この方法によって、電解液の漏液や電池外部からの水分等の侵入がなく、かつ電池の軽量化を図ることができる。
【0008】
このような非水電解質電池には通常液体の電解液が用いられるが、電解液の漏液の防止、電池の安全性の向上などを目的として、電解液の代わりにリチウムイオン伝導性ガラスを用いることが試みられている(DENKI KAGAKU 65(1997)p914)。また、ゾル−ゲル法によってリチウムイオン伝導性薄膜を製作することも試みられている(日本化学会誌(1987)No.11,p1958)。
【0009】
さらに、電極中の結着材を不要とすることを目的として、ゾル−ゲル法を用いて活物質粒子をリチウムイオン伝導性ガラスで被覆することも試みられている(特開2000−311692)。また、電解液を全く使用しない、全固体のガラス電解質リチウム二次電池の製作も試みられている(最新二次電池材料の技術、監修:小久見善八、シーエムシー、p138〜151)。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
リチウムイオン電池などの非水電解質電池は、正極の電位が非常に貴であり、負極の電位が非常に卑であるために、高電圧となる。したがって、電解液が正極で酸化分解、負極で還元分解されて、自己放電が生じやすい、電解液の分解によって生じる気体によって電池が膨れやすいことが問題となっていた。これらの問題は、高温で電池を放置した場合に特に顕著であった。
【0011】
従来の、活物質粒子をリチウムイオン伝導性ガラスで被覆した電池においては、その活物質粒子間に電子伝導性を与える導電材はリチウムイオン伝導性ガラスで被覆されていなかった。したがって、導電材と電解液との界面での電解液の酸化、あるいは還元分解を抑制することができなかった。
【0012】
ガラス電解質は、非水電解液よりもそのイオン伝導率が小さい。また、全固体のガラス電解質リチウム二次電池では、正・負極間のリチウムイオン伝導はすべてガラス電解質によって担われなければならない。したがって、全固体のガラス電解質電池は、IRドロップが大きくなるため、高率での充放電がおこなえないという問題点があった。
【0013】
本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、正極または負極での電解液の分解が抑制されることによって自己放電、および高温放置時の電池の膨れが抑制され、あわせて高率での充放電性能にすぐれる非水電解質電池を提供するものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、正極活物質としての一般式がLi Ni Mn 2−y (0≦x≦1、0.45≦y≦0.6)であるリチウム含有複合酸化物と導電材とを備えた正極負極および非水電解液を備えた非水電解質電池であって、正極活物質粒子間の電子伝導が導電材によって保たれた状態で、前記正極活物質粒子および前記導電材の表面の少なくとも一部が、リチウムイオン伝導性ガラスで被覆されたことを特徴とする。
【0015】
請求項1の発明によれば、正極または負極での電解液の分解が抑制されることによって自己放電、および高温放置時の電池の膨れが抑制され、あわせて高率での充放電性能にすぐれる非水電解質電池が得られる。
【0016】
本発明においては、上記非水電解質電池において、前記リチウムイオン伝導性ガラスが酸化物であることが好ましい
【0017】
本発明において、リチウムイオン伝導性ガラスが酸化物の場合に、硫化物の場合と異なって、リチウムイオン伝導性ガラスが大気中の水分に対して安定となるために、電極製造を低露点雰囲気でおこなう必要がなくなり、電池の製造コストを安くすることができる。
【0018】
本発明においては、上記非水電解質電池において、正極活物質として、一般式がLiNiMn2−y(0≦x≦1、0.45≦y≦0.6)であるリチウム含有複合酸化物を用いることを特徴とする
【0019】
本発明において、正極活物質として一般式がLiNiMn2−y(0≦x≦1、0.45≦y≦0.6)であるリチウム含有複合酸化物を用いることにより、正極の電位が貴であるために電池電圧が高くなり、エネルギー密度の高い電池が得られる。本発明は、リチウムイオン伝導性ガラスでの被覆によって電解液の分解が抑制できるので、このように正極の電位が貴であるために電解液の分解が生じやすい場合において、特に効果的である。
【0020】
本発明においては、上記非水電解質電池において、前記リチウムイオン伝導性ガラスで被覆された前記活物質粒子間に高分子電解質を備えることが好ましい活物質粒子間に高分子電解質を備えることにより、前記活物質粒子が充放電によって体積膨張収縮した場合においても、前記リチウムイオン伝導性ガラスの剥離が生じにくくなる。
【0021】
本発明においては、前記高分子電解質が、多孔性高分子電解質であることが好ましい
【0022】
前記高分子電解質が、多孔性高分子電解質とすることにより、高分子電解質孔中の電解液を通ってイオンが速やかに拡散することができるため、高率充放電性能に優れた電池となる。
【0023】
請求項2の発明は、正極活物質としての一般式がLi Ni Mn 2−y (0≦x≦1、0.45≦y≦0.6)であるリチウム含有複合酸化物と導電材とを備えた正極負極および非水電解液を備えた非水電解質電池の製造法であって、前記正極活物質粒子と前記導電材とを備えた極を作製した後に、前記正極活物質粒子および前記導電材をリチウムイオン伝導性ガラスで被覆することを特徴とする。
【0024】
請求項の発明によれば、活物質粒子間の電子伝導が導電材によって良好に保たれたまま、活物質粒子および導電材の両方をリチウムイオン伝導性ガラスで被覆することができる。
【0025】
本発明においては、上記非水電解質電池の製造法において、前記活物質粒子および前記導電材を前記リチウムイオン伝導性ガラスで被覆する過程において、ゾル−ゲル法を用いることが好ましい
【0026】
ゾル−ゲル法を用いることにより、電極の活物質層の内部まで十分に、そして電極全体を均一に、活物質粒子および導電材のリチウムイオン伝導性ガラスでの被覆をおこなうことができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明は、正極活物質としての一般式がLi Ni Mn 2−y (0≦x≦1、0.45≦y≦0.6)であるリチウム含有複合酸化物と導電材とを備えた正極負極および非水電解液を備えた非水電解質電池であって、正極活物質粒子間の電子伝導が導電材によって保たれた状態で、前記正極活物質粒子および前記導電材の表面の少なくとも一部が、リチウムイオン伝導性ガラスで被覆されたことを特徴とする。
【0028】
リチウムイオン電池などの非水電解質電池は、正極の電位が非常に貴であり、負極の電位が非常に卑であるために、高電圧となる。したがって、電解液が正極で酸化分解、負極で還元分解されて、自己放電が生じやすい、電解液の分解によって生じる気体によって電池が膨れやすいことが問題となっていた。これらの問題は、高温で電池を放置した場合に特に顕著であった。
【0029】
いっぽう、従来の、活物質粒子をリチウムイオン伝導性ガラスで被覆した電池においては、その活物質粒子間に電子伝導性を与える導電材はリチウムイオン伝導性ガラスで被覆されていなかった。したがって、導電材と電解液との界面での電解液の酸化、あるいは還元分解を抑制することができなかった。
【0030】
本発明では、活物質粒子と導電材の両方の、表面の少なくとも一部をリチウムイオン伝導性ガラスで被覆することによって、正極または負極の電位に電解液がさらされなくなる。したがって、電解液の正極による酸化分解、または負極による還元分解が抑制されるために、電解液の分解によって生じる気体による電池の膨れ、および自己放電が抑制される。
【0031】
したがって、本発明においては、活物質粒子と導電材の表面の少なくとも一部がリチウムイオン伝導性ガラスで被覆されていればよいが、活物質粒子と導電材との電解液と接触する表面積の100%がリチウムイオン伝導性ガラスで被覆されていることが好ましい。
【0032】
ガラス電解質は、非水電解液よりもそのイオン伝導率が小さい。また、全固体のガラス電解質リチウム二次電池では、正・負極間のリチウムイオン伝導はすべてガラス電解質によって担われなければならない。したがって、全固体のガラス電解質電池は、IRドロップが大きくなるため、高率での充放電がおこなえないという問題点があった。
【0033】
本発明では、非水電解液を備えるために、全固体電池よりも正・負極間の電解質の抵抗を小さくすることができる。したがって、高率での充放電においてもIRドロップが大きくならず、高率充放電性能にすぐれた電池となる。本発明における電池においては、電極の孔中に非水電解液が浸透している場合に特に有効である。このようにすることによって、正・負極間のリチウムイオン伝導の大半が非水電解液によって担われ、高率充放電性能にすぐれた電池が得られる。
【0034】
本発明においては、電極表面のみでなく、活物質層の内部においても、活物質粒子と導電材とがリチウムイオン伝導性ガラスで被覆されていることが重要であり、活物質層の最深部においても活物質粒子と導電材とがリチウムイオン伝導性ガラスで被覆されていることが重要である。
【0035】
リチウムイオン伝導性ガラスには、おもに酸化物系のものと硫化物系のものとがある。後者は前者よりも高いイオン伝導性を示す傾向があることから盛んに研究がおこなわれているが、空気中の微量水分と反応して毒性のある硫化水素ガスを放出することから、これを工業的に利用することは困難である。
【0036】
本発明の一つは、活物質粒子および導電材を被覆するリチウムイオン伝導性ガラスとして、酸化物系のものをもちいる。この酸化物系ガラスは、水分に対して安定であるために、工業的に利用することが容易である。また、電解質の抵抗値は、その厚さに比例して大きくなる。
【0037】
本発明においては、リチウムイオン伝導性ガラスは、活物質粒子および導電材を被覆する薄膜として用いられるために、硫化物系ガラスほどの高いイオン伝導率は必要ない。したがって、本発明による電池は、酸化物系ガラスをもちいた場合においても十分な性能が得られる。
【0038】
ただし、本発明にもちいるリチウムイオン伝導性ガラスは、酸化物系のものに限定されることはなく、つぎに記す材質を単独で、あるいは2種以上の化合物を混合して、または固溶させてもちいてもよい。Li1+xZrSi3−x12またはLi1+xZr2−x/3Si3−x12−2x/3(1.5<x<2.2)、Li1+xTi2−x(PO(M=Al、Sc、Y、またはLa、0≦x<2)、Li0.5−3x0.5+xTiO(M=La、Pr、Nd、またはSm、0≦x≦1/6)、LiSO、LiSiO、LiPO、LiGeO、LiVO、LiMoO、LiZrO、LiCO、LiO、SiO、ZrO、V、P、B、Al、TiO、ZnGeO、LiS、SiS、LiSe、SiSe、B、P、GeS、LiI、LiW、LiNbO。これらのなかにおいて、LiOと、SiO、B、またはPとを含む非晶質ガラスが、本発明において特に好ましい。
【0039】
ゾル−ゲル法をもちいてリチウムイオン伝導性ガラスを製作した場合には、製膜後の加熱温度によっては、ガラス中に有機物が残存することが報告されている(日本化学会誌(1987)No.11、p1958)。本明細書に記載のリチウムイオン伝導性ガラスとは、このような有機物を含むものを含むものとする。
【0040】
また、本発明にもちいるリチウムイオン伝導性ガラスは、結晶性ガラスであっても、非晶質のガラスであってもよい。ただし、粒界が存在しないために膜全体のイオン伝導にすぐれ、あわせてイオン伝導に方向性がないことから、本発明においては非晶質ガラスをもちいることが好ましい。
【0041】
本発明において、活物質粒子および導電材を被覆するリチウムイオン伝導性ガラスは、厚すぎると電池の内部抵抗が大きくなり、薄すぎると電解液の正極または負極による酸化または還元分解を十分に抑制できない。したがって、本発明におけるリチウムイオン伝導性ガラスの厚さは、5nm以上5μm以下であることが望ましい。その厚さが20nm以上1μm以下である場合には、さらに好ましい。
【0042】
本発明において、活物質粒子および導電材を被覆するリチウムイオン伝導性ガラスは、その電子伝導率がなるべく低く、リチウムイオン伝導率がなるべく高いことが好ましい。特に、電子伝導率が1×10−10S/cm以下、リチウムイオン伝導率が1×10−10S/cm以上であることが好ましい。さらに、そのリチウムイオン伝導率が、電子伝導率よりも100倍以上高いことが好ましい。
【0043】
リチウム塩を溶解したポリエーテルなどのポリマー電解質は、リチウムイオン伝導率が不十分であるために、実用電池に適用することが困難である。したがって、高分子を電解液で膨潤させたゲル状の高分子電解質の電池への適用が試みられている。このようなゲル状の高分子電解質で活物質粒子および導電材を被覆した場合においても、活物質および導電材と遊離の電解液との接触面積が減少するために、電解液の正極による酸化分解、または負極による還元分解が抑制される。しかし、この場合、高分子電解質中に電解液が浸透しているために、活物質および導電材と電解液との接触を完全に遮断することができない。
【0044】
それに対して、本発明においては、電解液が浸透しないリチウムイオン伝導性ガラスをもちいて活物質粒子および導電材を被覆する。したがって、本発明においては、活物質粒子および導電材と電解液との接触の完全な遮断が可能となる。結果として、本発明は、電解液の正極による酸化分解、または負極による還元分解を、より確実に抑制することができる。
【0045】
本発明においては、リチウムイオン伝導性ガラスで被覆される正極活物質粒子が、一般式がLiNiMn2−y(0≦x≦1、0.45≦y≦0.6)であるリチウム含有複合酸化物であることを特徴とする。このリチウム含有複合酸化物は、4.7V vs.Li/Liという非常に貴な充放電電位のために、本発明を適用しない場合には非常に電解液が酸化分解されやすい。本発明では、正極活物質粒子と導電材との両方をリチウムイオン伝導性ガラスで被覆することによって、正極の電位に電解液がさらされなくなる。したがって、4.7V vs.Li/Liという非常に貴な充放電電位を有する活物質を正極にもちいた場合においても、電解液の酸化分解が抑制される。つまり、本発明は、リチウムイオン伝導性ガラスで被覆される正極活物質粒子が、一般式がLiNiMn2−y(0≦x≦1、0.45≦y≦0.6)であるリチウム含有複合酸化物である場合に、特に効果的であるといえる。
【0046】
さらに、一般式がLiNiMn2−y(0≦x≦1、0.45≦y≦0.6)であるリチウム含有複合酸化物は、電解液中へのマンガンの溶出が問題となることが報告されている(第41回電池討論会要旨集p450(平成12年))。本発明においては、このリチウム含有複合酸化物をリチウムイオン伝導性ガラスで被覆する。マンガンイオンはリチウムイオンよりも大きいために、リチウムイオン伝導性ガラスを通過することができない。したがって、活物質粒子からのマンガンの溶出が抑制される。結果として、本発明によって、充放電サイクル性能および高温放置性能にすぐれた電池が得られる。
【0047】
また、正極から溶出したマンガンは、負極に析出して負極を劣化させる。したがって、正極活物質として一般式がLiNiMn2−y(0≦x≦1、0.45≦y≦0.6)であるリチウム含有複合酸化物をもちいた場合には、正極のみでなく、負極活物質粒子もリチウムイオン伝導性ガラスで被覆することが効果的である。このようにすることによって、正極から溶出したマンガンの負極への析出が抑制され、充放電サイクル性能および高温放置性能にすぐれた電池が得られる。
【0048】
本発明において、正極活物質に使用するLiNiMn2−y(0≦x≦1、0.45≦y≦0.6)とは、ニッケルとマンガンとのモル数の和と酸素のモル数との比が厳密に2:4に限定されるものではなく、酸素原子が過剰であるまたは不足しているものも含むものとする。また、ニッケルまたはマンガンの一部がコバルト、鉄、クローム、亜鉛、アルミニウム、バナジウムなどの他の元素で置換されたものも含むものとする。
【0049】
また、正極活物質のyの値が0.45≦y≦0.6の範囲内にあれば、4.7V vs.Li/Li領域を充放電に使用した場合に、実用的な放電容量が得られる。
【0050】
さらに、正極活物質のxの値は、実際に電池を充放電する過程で0≦x≦1の範囲を利用するものである。したがって、電池組立時にはxの値が1よりも大きくてもよく、また、xが1よりも大きい範囲まで放電してもよいが、電圧が低くて実用的意味はなくなる。
【0051】
また、本発明に用いる一般式がLiNiMn2−y(0≦x≦1、0.45≦y≦0.6)である正極活物質の代表例としては、特表2000−515672に記載されているような、充放電反応によって結晶構造が変化せず、充放電を繰り返した場合の体積変化が少なくかつ容量の減少が少ない、格子定数が8.190オングストローム以下のスピネル構造を有するものが挙げられる。
【0052】
本発明においては、リチウムイオン伝導性ガラスで被覆された正極活物質粒子間に高分子電解質を備えことが好ましい。通常、正極活物質粒子は充放電によって体積膨張・収縮するために、その粒子を被覆したリチウムイオン伝導性ガラスが剥離するという問題が生じることがある。本発明では、正極活物質粒子間に高分子電解質を備えることによって、リチウムイオン伝導性ガラスが活物質粒子に押し付けられて、剥離が生じにくくなる。したがって、充放電サイクル後においても、正極での電解液の分解が抑制されて、自己放電、および高温放置時の電池の膨れが抑制される。
【0054】
本発明においてもちいる高分子電解質の高分子としては、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリエチレンオキシドやポリプロピレンオキシド等のポリエーテル、ポリアクリロニトリル、ポリビニリデンフルオライド、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリビニルアルコール、ポリメタクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリブタジエン、ポリスチレン、ポリイソプレン、もしくはこれらの誘導体を、単独で、あるいは混合して用いてもよい。また、上記有機高分子を構成する各種モノマーを共重合させた高分子を用いてもよい。ただし、耐酸化性に優れることから、ポリビニリデンフルオライド、P(VdF/HFP)などのフッ素樹脂が本発明に特に適している。
【0055】
本発明で用いる多孔性高分子電解質とは、高分子の多孔体であって、孔以外の高分子の部分がリチウムイオン伝導性を有する電解質となっているものである。この孔中に有機電解液を保持させることによって高いリチウムイオン拡散係数が得られるため、多孔性高分子電解質をもちいた電池は、孔のない高分子電解質をもちいた場合と比較して非常にすぐれた高率放電性能を示す。
【0056】
この場合においても、孔のない高分子電解質をもちいた場合と同様に、リチウムイオン伝導性ガラスが活物質粒子に押し付けられて、剥離が生じにくくなる。したがって、充放電サイクル後においても、正極または負極での電解液の分解が抑制されて、自己放電、および高温放置時の電池の膨れが抑制される。
【0057】
また、電極が備える多孔性高分子電解質の多孔化法は、延伸法、溶媒抽出法、発泡剤を用いる方法、粉末を接着する方法、膜中に固体を析出させる方法のいずれであってもよい。ただし、高分子を簡便に3次元連通多孔体とすることができることから、特に溶媒抽出法が優れている。
【0058】
溶媒抽出法とは、固体高分子を溶解する第1の溶媒と、固体高分子溶液から第1の溶媒を抽出する抽出用の第2の溶媒とを用いて有孔性固体高分子を得る方法であって、固体高分子を第1の溶媒に溶解した固体高分子溶液を、第1の溶媒と相溶性のある第2の溶媒中に浸漬することによって、固体高分子溶液から第1の溶媒を抽出し、固体高分子の第1の溶媒が除去された部分が孔となって、有孔性固体高分子が形成されるものである。そして、この湿式法により、固体高分子に開口部が円形の貫通孔を形成することができる。
【0059】
本発明における多孔性高分子の多孔度は25%から90%が望ましく、その孔径は0.003μm以上10μm以下であることが好ましい。高分子が高多孔度である場合、電極を電子顕微鏡などで観察すると、高分子は多孔性というよりはむしろ網状のように観察されるが、この場合も本明細書記載の多孔性高分子に含まれるものとする。
【0060】
従来の、予め活物質粒子をリチウムイオン伝導性ガラスで被覆した後に電極を作製する方法においては、リチウムイオン伝導性ガラスの電子伝導性が乏しいために、活物質粒子間の電子伝導ネットワークを十分に形成することができなかった。さらに、導電材をリチウムイオン伝導性ガラスで被覆することができなかった。
【0061】
請求項2の発明は正極活物質としての一般式がLi Ni Mn 2−y (0≦x≦1、0.45≦y≦0.6)であるリチウム含有複合酸化物と導電材とを備えた正極負極および非水電解液を備えた非水電解質電池の製造法であって、前記正極活物質粒子と前記導電材とを備えた正極を作製した後に、前記正極活物質粒子および前記導電材をリチウムイオン伝導性ガラスで被覆することを特徴とする。この製造法においては、導電材と正極活物質粒子との間の直接の接触が保たれたままリチウムイオン伝導性ガラスによる被覆がおこなわれるために、十分な正極活物質粒子間の電子伝導ネットワークが得られる。さらに、正極活物質粒子と導電材とを同時にリチウムイオン伝導性ガラスで被覆することができる。
【0062】
本発明による非水電解質電池の製造法としては、ゾル−ゲル法がすぐれている。ゾル−ゲル法とは、金属の有機または無機化合物を溶液とし、溶液中での化合物の加水分解・重縮合反応を進ませてゾルをゲルとして固化し、ゲルの加熱によって酸化物固体を作製する方法である。この方法をもちいた場合には、金属アルコキシドなどの溶液中に電極を浸漬して、電極の孔中に溶液を染み込ませた後に、電極を溶液から引き上げて加熱することによって、活物質層の深部まで均一に、活物質粒子と導電材とをリチウムイオン伝導性ガラスによって被覆することができる。
【0063】
また、本発明における非水電解質電池においては、正・負極間に用いる短絡防止膜として、ポリビニリデンフルオライド、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンとポリプロピレンとの積層体などを使用することができる。また、正極又は負極の少なくとも一方に塗布した高分子膜によって正・負極間の短絡が防止される場合には、これとは別に短絡防止膜を用いなくともよい。
【0064】
本発明における非水電解質電池の電解液溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、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、スルホラン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、メチルアセテート等の極性溶媒を単独で、もしくはこれらの混合物を使用してもよい。
【0065】
さらに、非水電解液に含有させる塩としては、LiPF、LiBF、LiAsF、LiClO、LiSCN、LiI、LiCFSO、LiCl、LiBr、LiCFCO、LiPF(CまたはLiN(CSOなどのリチウム塩、もしくはこれらの混合物を用いてもよい。これらの塩のなかでは、耐酸化性にすぐれ、かつガラスを溶解しないことから、LiBFおよび有機リチウム塩がすぐれている。
【0066】
さらに、本発明においては、電解液中にビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートまたはピリジンを含む場合に、特に高温での充放電サイクル寿命性能がすぐれる。
【0068】
さらに、本発明における非水電解質電池の負極材料としては、球状グラファイトであるMCMB、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛、難黒鉛化性炭素、低結晶性炭素、低温焼成炭素などを使用することができる。また、Al、Si、Pb、Sn、Zn、Cd、Ge等とリチウムとの合金、SnとCoとLiとの合金、LiFe等の遷移金属複合酸化物、MoO、スズ酸化物等の遷移金属酸化物、SiOなどの珪素酸化物、Li(LiN)等の窒化リチウム、もしくは金属リチウム箔、又はこれらの混合物を用いてもよい。
【0069】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例を用いて説明する。
【0070】
[実施例1]
LiNi0.5Mn1.5を70wt%、導電材としてのアセチレンブラック6wt%、結着材としてのポリビニリデンフルオライド(PVdF)9wt%、および結着材を溶解する溶剤としてのNMP15wt%を混合したものを幅120mm、長さ500mm、厚さ20μmのアルミニウム箔上に塗布し、150℃で乾燥してNMPを蒸発させた。以上の操作をアルミニウム箔の両面におこなったのちにプレスをおこない、両面に活物質を含む合剤層を備えた正極板を製作した。
【0071】
このようにして製作した正極の活物質粒子および導電材を、ゾル−ゲル法をもちいてリチウムイオン伝導性ガラスで被覆した。その方法を具体的につぎに示す。金属リチウムと化学量論量で20倍の無水メタノールとを、乾燥窒素を充填したフラスコ中で還流によって反応させ、LiOCHを合成した。
【0072】
ここで、LiとPとSiとのモル比が77:14:9となるように計算した量のP(OCHとSi(OCとを加えて、十分かきまぜながら約1時間反応させた。このようにして調製した溶液の中に正極板を浸漬して、0.1Torrまでの減圧と、大気圧までの加圧とを5回繰り返して、正極の孔中に溶液を浸透させた。その後、正極板を溶液中から引き上げ、ドライボックス中で12時間放置することによって乾燥した。このようにすることによって、正極中の活物質粒子および導電材は、ゲル薄膜で被覆された。
【0073】
さらに、正極板を300℃で10時間加熱することによって、活物質粒子および導電材を被覆したゲル薄膜を、LiPOとLiSiOとが6:4のモル比で固溶した、リチウムイオン伝導性の非晶質ガラス薄膜とした。
【0074】
球状黒鉛であるMCMB81wt%、PVdF9wt%、NMP10wt%を混合した活物質ペーストを幅120mm、長さ500mm、厚さ10μmの銅箔上に塗布し、150℃で乾燥してNMPを蒸発させた。この作業を銅箔の両面に対しておこなったのちにプレスをおこない、両面に活物質を含む合剤層を備えた負極板を製作した。
【0075】
このようにして準備した正極板および負極板を、多孔度40%の連通多孔体であるポリエチレン膜を間に挟んで重ねて巻き、高さ47.0mm、幅22.2mm、厚さ6.4mmのアルミニウム容器中に挿入して、角形電池を組み立てた。この電池の内部に、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比率3:7で混合し、1.5mol/lのLiBFを加えた電解液を減圧注液によって加え、正極、負極およびセパレータの孔中に電解液を浸透させた。このようにして、設計容量が500mAhである本発明による電池(A)を作製した。
【0076】
つぎに、正極の活物質粒子および導電材を、リチウムイオン伝導性ガラスで被覆しなかったこと以外は、本発明による電池(A)と同様にして、従来から公知である比較電池(B)を製作した。
【0077】
上記のようにして製作した本発明による電池(A)および比較電池(B)を用いて、25℃において、0.5CmAの電流で4.9Vまで充電し、続いて4.9Vの定電圧で5時間充電した後、0.2CmAの電流で3.5Vまで放電することによって初期放電容量を測定した。さらに、25℃において、0.5CmAの電流で4.9Vまで充電し、続いて4.9Vの定電圧で5時間充電した後に、60℃で24時間放置し、その後25℃において0.2CmAの電流で3.5Vまで放電した。その際の、初期容量、60℃放置後容量、および60℃放置による電池厚さの増加量を表1に示す。
【0078】
【表1】
【0079】
表1から、本発明による電池(A)は、比較電池(B)と比較して、60℃放置による容量低下および電池厚さの増加が少ないことがわかった。これは、正極の活物質粒子および導電材をリチウムイオン伝導性ガラスで被覆したために、電解液が活物質粒子および導電材の電位にさらされなくなって、電解液の酸化分解が抑制された、つまり自己放電が抑制されたためであると考えられる。その結果として、電解液の分解によって生じる気体の量も減少して、電池厚さの増加が抑制されたものと考えられる。
【0080】
参考例
正極活物質粒子としてLiNi0.5Mn1.5の代わりにLiNi0.8Co0.2粉末をもちいたこと以外は、実施例1における本発明による電池(A)と同様にして正極板を製作した。なお、参考例においては、正極活物質粒子および導電材のリチウムイオン伝導性ガラスでの被覆はおこなわなかった。
【0081】
SiO粉末70wt%、アセチレンブラック6wt%、PVdF9wt%、NMP15wt%を混合した活物質ペーストを幅120mm、長さ500mm、厚さ10μmの銅箔上に塗布し、150℃で乾燥してNMPを蒸発させた。この作業を銅箔の両面に対しておこなったのちにプレスをおこない、両面に活物質を含む合剤層を備えた負極板を製作した。
【0082】
このようにして製作した負極板において、実施例1において正極の活物質粒子および導電材をリチウムイオン伝導性ガラスで被覆した際と同じ方法によって、SiO粉末およびアセチレンブラック導電材をリチウムイオン伝導性ガラスで被覆した。
【0083】
それ以後の製作工程は、実施例1における本発明による電池(A)の場合と同様にして、設計容量400mAhの参考例の電池(C)を製作した。
【0084】
つぎに、負極の活物質粒子および導電材を、リチウムイオン伝導性ガラスで被覆しなかったこと以外は、参考例の電池(C)と同様にして、従来から公知である比較電池(D)を製作した。
【0085】
上記のようにして製作した参考例の電池(C)および比較電池(D)を用いて、25℃において、0.5CmAの電流で4.2Vまで充電し、続いて4.2Vの定電圧で5時間充電した後、0.2CmAの電流で2.75Vまで放電することによって初期放電容量を測定した。さらに、25℃において、0.5CmAの電流で4.2Vまで充電し、続いて4.2Vの定電圧で5時間充電した後に、60℃で24時間放置し、その後25℃において0.2CmAの電流で2.75Vまで放電した。その際の、初期容量、60℃放置後容量、および60℃放置による電池厚さの増加量を表2に示す。
【0086】
【表2】
【0087】
表2から、参考例の電池(C)は、比較電池(D)と比較して、60℃放置による容量低下および電池厚さの増加が少ないことがわかった。これは、負極の活物質粒子および導電材をリチウムイオン伝導性ガラスで被覆したために、電解液が活物質粒子および導電材の電位にさらされなくなって、電解液の還元分解が抑制された、つまり自己放電が抑制されたためであると考えられる。その結果として、電解液の分解によって生じる気体の量も減少して、電池厚さの増加が抑制されたものと考えられる。
【0088】
実施例2
正極の活物質粒子および導電材をリチウムイオン伝導性ガラスで被覆した後に、正極の活物質粒子間にビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体(P(VdF/HFP))を充填したこと以外は、本発明による電池(A)と同様にして、本発明による電池(E)を製作した。
【0089】
活物質粒子間へのP(VdF/HFP)の充填はつぎのとおりおこなった。活物質粒子と導電材とをリチウムイオン伝導性ガラスで被覆した正極板を、P(VdF/HFP)を6wt%の濃度でNMPに溶解したペースト中に浸漬して、0.1Torrまでの減圧と、大気圧までの加圧とを5回繰り返して、活物質粒子間の隙間にP(VdF/HFP)ペーストを充填した。この正極板をペースト中から引き上げ、ローラーの間を通すことによって、電極内に浸透せず、電極上に付着している状態の高分子ペーストを除去した。
【0090】
その後、この正極板を100℃において30分間乾燥してNMPを除去して、リチウムイオン伝導性ガラスで被覆した正極活物質粒子をP(VdF/HFP)で被覆した。このP(VdF/HFP)は、電池ケース内に注液された電解液によって膨潤して、リチウムイオン伝導性の高分子電解質となった。
【0091】
さらに、リチウムイオン伝導性ガラスで被覆した正極活物質粒子を被覆したP(VdF/HFP)を多孔化したこと以外は、本発明による電池(E)と同様にして、本発明による電池(F)を製作した。
【0092】
P(VdF/HFP)の多孔化はつぎのとおりおこなった。正極活物質粒子間の隙間にP(VdF/HFP)ペーストを充填したのちに、この正極板をペースト中から引き上げ、ローラーの間を通すことによって、電極内に浸透せず、電極上に付着している状態の高分子ペーストを除去した。この正極板を、1×10−3mol/lのリン酸水溶液に5分間浸漬して、P(VdF/HFP)を溶解しているNMPを水で置換するという溶媒抽出法によって、活物質粒子間のP(VdF/HFP)を連通多孔化処理し、固化した。
【0093】
この電極を100℃において30分間乾燥して水を除去した。このようにして、リチウムイオン伝導性ガラスで被覆した正極活物質粒子を多孔性P(VdF/HFP)で被覆した。この多孔性P(VdF/HFP)は、電池ケース内に注液された電解液によって膨潤して、リチウムイオン伝導性の多孔性高分子電解質となった。
【0094】
上記のようにして製作した本発明による電池(E)および(F)と、実施例1において製作した本発明による電池(A)とをもちいて、25℃において、0.5CmAの電流で4.9Vまで充電し、続いて4.9Vの定電圧で5時間充電した後、0.2CmAの電流で3.5Vまで放電することを1サイクルとして、50サイクルの充放電試験をおこなった。
【0095】
その後、さらに、25℃において、0.5CmAの電流で4.9Vまで充電し、続いて4.9Vの定電圧で5時間充電した後に、60℃で24時間放置し、その後25℃において0.2CmAの電流で3.5Vまで放電した。その際の、サイクル試験における50サイクル目の放電容量、60℃放置後の放電容量、および60℃放置による電池厚さの増加量を表3に示す。
【0096】
【表3】
【0097】
表3から、本発明による電池(E)および(F)は、本発明による電池(A)と比較して、60℃放置による容量低下および電池厚さの増加が少ないことがわかった。これは、リチウムイオン伝導性ガラスで被覆した正極活物質粒子を、さらに高分子電解質で被覆したために、充放電サイクルによる正極活物質粒子の体積膨張・収縮によるリチウムイオン伝導性ガラスの活物質粒子からの剥離が生じにくくなったためであると考えられる。
【0098】
さらに、本発明による電池(E)および(F)をもちいて、25℃において1CmAの電流で4.9Vまで充電し、続いて4.9Vの定電圧で5時間充電した後に、0.2CmAの電流で3.5Vまで放電した。そののちに、再度1CmAの電流で4.9Vまで充電し、続いて4.9Vの定電圧で5時間充電した後に、今度は2CmAの電流で3.5Vまで放電した。これらの電池の0.2CmAに対する2CmA放電時の容量の比率を表5に示す。
【0099】
【表4】
【0100】
表4から、本発明による電池においては、活物質粒子間に備える高分子電解質を多孔性とすることによって、高分子電解質の適用による高率放電性能の低下が著しく抑制されることがわかった。これは、多孔性高分子電解質の孔中の電解液の部分をリチウムイオンが速やかに拡散することができるためであると考えられる。
【0101】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、正極活物質として一般式がLi Ni Mn 2−y (0≦x≦1、0.45≦y≦0.6)であるリチウム含有複合酸化物を用いた非水電解質電池において、正極活物質粒子間の電子伝導が導電材によって保たれた状態で、正極活物質粒子および導電材の表面の少なくとも一部が、リチウムイオン伝導性ガラスで被覆されたものとすることにより、正極での電解液の分解が抑制され、自己放電、および高温放置時の電池の膨れが抑制された非水電解質電池を提供するものである。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-aqueous electrolyte battery and a method for producing a non-aqueous electrolyte battery.
[0002]
[Prior art]
In recent years, electronic devices such as portable radio telephones, portable personal computers, and portable video cameras have been developed, and various electronic devices have been miniaturized to the extent that they can be carried. Accordingly, a battery having a high energy density and a light weight has been adopted as a built-in battery.
[0003]
A typical battery that satisfies such a requirement uses metallic lithium, a lithium alloy, or carbon capable of reversibly occluding and releasing lithium as a negative electrode active material and using a positive electrode active material capable of reversibly occluding and releasing lithium. LiClO4, LiPF6And a non-aqueous electrolyte secondary battery using an aprotic organic solvent in which a lithium salt is dissolved as an electrolyte.
[0004]
In particular, carbon is used as the negative electrode active material, and LiCoO as the positive electrode active material.2LiNiO2Or LiMn2O4Is suitable for practical use because of its excellent charge / discharge cycle life. LiCoO2LiNiO2And LiMn2O4The average discharge potential of the positive electrode active material is Li / Li+All are 4V or less by reference.
[0005]
In order to further increase the energy density of the battery, Li / Li+LiNi with a discharge potential of 4.7 V on the basis0.5Mn1.5O4Attempts have been made to apply a positive electrode active material to a lithium battery (Special Table 2000-515672, Summary of the 41st Battery Discussion Meeting p450, 452, 454, 456 (2000), etc.).
[0006]
The positive electrode and the negative electrode of the non-aqueous electrolyte are both formed into a thin sheet or foil, and are sequentially laminated or spirally wound through a separator. And this laminated body or wound body is housed in a battery container made of a metal can such as stainless steel, nickel-plated iron, or aluminum, and after injecting the electrolyte solution, hermetically sealed with a lid plate, The battery is assembled.
[0007]
In addition, a method using a battery container made of a metal foil laminated with a resin film is also applied. By this method, there is no leakage of the electrolyte solution or intrusion of moisture or the like from the outside of the battery, and the battery can be reduced in weight.
[0008]
A liquid electrolyte is usually used for such a non-aqueous electrolyte battery, but lithium ion conductive glass is used instead of the electrolyte for the purpose of preventing leakage of the electrolyte and improving the safety of the battery. It has been attempted (DENKI KAGAKU 65 (1997) p914). In addition, it has been attempted to produce a lithium ion conductive thin film by a sol-gel method (Journal of the Chemical Society of Japan (1987) No. 11, p1958).
[0009]
Furthermore, for the purpose of eliminating the need for a binder in the electrode, an attempt has been made to coat active material particles with lithium ion conductive glass using a sol-gel method (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-311692). In addition, production of an all-solid glass electrolyte lithium secondary battery that does not use any electrolytic solution has been attempted (technology of the latest secondary battery material, supervision: Zenkachi Okumi, CMC, p138-151).
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
A nonaqueous electrolyte battery such as a lithium ion battery has a high voltage because the potential of the positive electrode is very noble and the potential of the negative electrode is very base. Therefore, there has been a problem that the battery is easily swelled by a gas generated by the decomposition of the electrolytic solution because the electrolytic solution is oxidatively decomposed at the positive electrode and reductively decomposed at the negative electrode, and self-discharge tends to occur. These problems were particularly remarkable when the battery was left at high temperature.
[0011]
In a conventional battery in which active material particles are coated with lithium ion conductive glass, a conductive material that provides electronic conductivity between the active material particles is not covered with lithium ion conductive glass. Therefore, the oxidation or reductive decomposition of the electrolytic solution at the interface between the conductive material and the electrolytic solution could not be suppressed.
[0012]
The glass electrolyte has a lower ionic conductivity than the non-aqueous electrolyte. In an all-solid glass electrolyte lithium secondary battery, all lithium ion conduction between the positive and negative electrodes must be carried by the glass electrolyte. Therefore, the all-solid glass electrolyte battery has a problem in that charge and discharge at a high rate cannot be performed because of a large IR drop.
[0013]
The present invention has been made in view of the above problems, and by suppressing the decomposition of the electrolyte solution at the positive electrode or the negative electrode, the self-discharge and the swelling of the battery when left at high temperature are suppressed. The present invention provides a nonaqueous electrolyte battery having excellent charge / discharge performance.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  The invention of claim 1The general formula as the positive electrode active material is Li x Ni y Mn 2-y O 4 Lithium-containing composite oxide (0 ≦ x ≦ 1, 0.45 ≦ y ≦ 0.6)And conductive materialPositive electrode,Negative electrodeAnd a non-aqueous electrolyte battery comprising a non-aqueous electrolyte,Positive electrodeIn a state where electronic conduction between the active material particles is maintained by the conductive material,Positive electrodeAt least a part of the surface of the active material particles and the conductive material is covered with lithium ion conductive glass.
[0015]
According to the invention of claim 1, by suppressing the decomposition of the electrolyte solution at the positive electrode or the negative electrode, the self-discharge and the swelling of the battery when left at high temperature are suppressed, and at the same time, the charge / discharge performance at a high rate is immediately improved. A non-aqueous electrolyte battery is obtained.
[0016]
  In the present inventionIn the non-aqueous electrolyte battery, the lithium ion conductive glass is an oxide.Is preferred.
[0017]
  In the present invention, when the lithium ion conductive glass is an oxide,Unlike the case of sulfide, since lithium ion conductive glass is stable against moisture in the air, it is not necessary to manufacture electrodes in a low dew point atmosphere, and the manufacturing cost of the battery can be reduced.
[0018]
  In the present invention, in the non-aqueous electrolyte battery,As positive electrode active materialAnd the general formula is LixNiyMn2-yO4Lithium-containing composite oxide satisfying (0 ≦ x ≦ 1, 0.45 ≦ y ≦ 0.6)It is characterized by using.
[0019]
  In the present invention, the positive electrode active materialAsThe general formula is LixNiyMn2-yO4Lithium-containing composite oxide satisfying (0 ≦ x ≦ 1, 0.45 ≦ y ≦ 0.6)UseAs a result, since the potential of the positive electrode is noble, the battery voltage becomes high, and a battery with high energy density can be obtained. Since the present invention can suppress the decomposition of the electrolytic solution by covering with lithium ion conductive glass, it is particularly effective in the case where the electrolytic solution is likely to be decomposed because the potential of the positive electrode is noble.
[0020]
  In the present inventionIn the above non-aqueous electrolyte battery, a polymer electrolyte is provided between the active material particles coated with the lithium ion conductive glass.Preferably.By providing a polymer electrolyte between the active material particlesEven when the active material particles expand and contract by volume due to charge and discharge, the lithium ion conductive glass is less likely to be peeled off.
[0021]
  In the present inventionThe polymer electrolyte is a porous polymer electrolyteIs preferred.
[0022]
  When the polymer electrolyte is a porous polymer electrolyte,, Polymer electrolyteofSince ions can diffuse quickly through the electrolytic solution in the hole, the battery has excellent high rate charge / discharge performance.
[0023]
  The invention of claim 2The general formula as the positive electrode active material is Li x Ni y Mn 2-y O 4 Lithium-containing composite oxide (0 ≦ x ≦ 1, 0.45 ≦ y ≦ 0.6)And conductive materialPositive electrode,Negative electrodeAnd a method for producing a non-aqueous electrolyte battery comprising a non-aqueous electrolyte, comprising:Positive electrodeProvided with active material particles and the conductive materialPositiveAfter making the pole,Positive electrodeThe active material particles and the conductive material are covered with lithium ion conductive glass.
[0024]
  Claim2According to the invention, both the active material particles and the conductive material can be covered with the lithium ion conductive glass while the electronic conduction between the active material particles is maintained well by the conductive material.
[0025]
  In the present inventionUses a sol-gel method in the process of coating the active material particles and the conductive material with the lithium ion conductive glass in the method for manufacturing a non-aqueous electrolyte battery.Is preferred.
[0026]
  By using the sol-gel methodThe active material particles and the conductive material can be coated with the lithium ion conductive glass sufficiently and evenly within the active material layer of the electrode and uniformly throughout the electrode.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  The present inventionThe general formula as the positive electrode active material is Li x Ni y Mn 2-y O 4 Lithium-containing composite oxide (0 ≦ x ≦ 1, 0.45 ≦ y ≦ 0.6)And conductive materialPositive electrode,Negative electrodeAnd a non-aqueous electrolyte battery comprising a non-aqueous electrolyte,Positive electrodeIn a state where electronic conduction between the active material particles is maintained by the conductive material,Positive electrodeAt least a part of the surface of the active material particles and the conductive material is covered with lithium ion conductive glass.
[0028]
A nonaqueous electrolyte battery such as a lithium ion battery has a high voltage because the potential of the positive electrode is very noble and the potential of the negative electrode is very base. Therefore, there has been a problem that the battery is easily swelled by a gas generated by the decomposition of the electrolytic solution because the electrolytic solution is oxidatively decomposed at the positive electrode and reductively decomposed at the negative electrode, and self-discharge tends to occur. These problems were particularly remarkable when the battery was left at high temperature.
[0029]
On the other hand, in a conventional battery in which active material particles are coated with lithium ion conductive glass, a conductive material that provides electronic conductivity between the active material particles is not covered with lithium ion conductive glass. Therefore, the oxidation or reductive decomposition of the electrolytic solution at the interface between the conductive material and the electrolytic solution could not be suppressed.
[0030]
In the present invention, the electrolytic solution is not exposed to the potential of the positive electrode or the negative electrode by covering at least part of the surfaces of both the active material particles and the conductive material with lithium ion conductive glass. Therefore, since oxidative decomposition of the electrolytic solution by the positive electrode or reductive decomposition by the negative electrode is suppressed, battery swelling and self-discharge due to gas generated by the decomposition of the electrolytic solution are suppressed.
[0031]
Therefore, in the present invention, it is sufficient that at least a part of the surface of the active material particles and the conductive material is covered with lithium ion conductive glass, but the surface area of the active material particles and the conductive material that contacts the electrolyte solution is 100. % Is preferably coated with lithium ion conductive glass.
[0032]
The glass electrolyte has a lower ionic conductivity than the non-aqueous electrolyte. In an all-solid glass electrolyte lithium secondary battery, all lithium ion conduction between the positive and negative electrodes must be carried by the glass electrolyte. Therefore, the all-solid glass electrolyte battery has a problem in that charge and discharge at a high rate cannot be performed because of a large IR drop.
[0033]
In the present invention, since the non-aqueous electrolyte is provided, the resistance of the electrolyte between the positive electrode and the negative electrode can be made smaller than that of the all solid state battery. Therefore, the IR drop does not increase even in charge / discharge at a high rate, and the battery has excellent high rate charge / discharge performance. The battery according to the present invention is particularly effective when the non-aqueous electrolyte penetrates into the pores of the electrode. By doing so, most of the lithium ion conduction between the positive and negative electrodes is carried by the non-aqueous electrolyte, and a battery with excellent high rate charge / discharge performance can be obtained.
[0034]
In the present invention, it is important that the active material particles and the conductive material are covered with the lithium ion conductive glass not only on the electrode surface but also inside the active material layer, and in the deepest part of the active material layer. In addition, it is important that the active material particles and the conductive material are coated with lithium ion conductive glass.
[0035]
Lithium ion conductive glass mainly includes oxide type and sulfide type. The latter is intensively researched because it tends to exhibit higher ionic conductivity than the former, but it reacts with trace moisture in the air to release toxic hydrogen sulfide gas. It is difficult to use it.
[0036]
One aspect of the present invention uses an oxide-based lithium ion conductive glass covering the active material particles and the conductive material. Since this oxide-based glass is stable against moisture, it can be easily used industrially. Further, the resistance value of the electrolyte increases in proportion to its thickness.
[0037]
In the present invention, the lithium ion conductive glass is used as a thin film covering the active material particles and the conductive material, so that the ion conductivity as high as that of the sulfide glass is not necessary. Therefore, the battery according to the present invention can provide sufficient performance even when oxide-based glass is used.
[0038]
However, the lithium ion conductive glass used in the present invention is not limited to an oxide-based one, and the following materials are used alone, or two or more kinds of compounds are mixed or dissolved. May be used. Li1 + xZr2SixP3-xO12Or Li1 + xZr2-x / 3SixP3-xO12-2x / 3(1.5 <x <2.2), Li1 + xMxTi2-x(PO4)3(M = Al, Sc, Y, or La, 0 ≦ x <2), Li0.5-3xM0.5 + xTiO3(M = La, Pr, Nd, or Sm, 0 ≦ x ≦ 1/6), Li2SO4, Li4SiO4, Li3PO4, Li4GeO4, Li3VO4, Li2MoO4, Li4ZrO4, Li2CO3, Li2O, SiO2, ZrO2, V2O5, P2O5, B2O3, Al2O3TiO2, Zn2GeO4, Li2S, SiS2, Li2Se, SiSe2, B2S3, P2S5, GeS2, LiI, LiW2O7LiNbO3. Among these, Li2O and SiO2, B2O3Or P2O5An amorphous glass containing is particularly preferred in the present invention.
[0039]
It has been reported that when lithium ion conductive glass is manufactured using the sol-gel method, organic substances remain in the glass depending on the heating temperature after film formation (Journal of Chemical Society of Japan (1987) No. 11, p1958). The lithium ion conductive glass described in the present specification includes those containing such organic substances.
[0040]
Further, the lithium ion conductive glass used in the present invention may be crystalline glass or amorphous glass. However, since there is no grain boundary and the ionic conduction of the whole film is excellent, and there is no directionality in the ionic conduction, it is preferable to use amorphous glass in the present invention.
[0041]
In the present invention, if the lithium ion conductive glass covering the active material particles and the conductive material is too thick, the internal resistance of the battery is increased, and if it is too thin, oxidation or reductive decomposition of the electrolyte solution by the positive electrode or the negative electrode cannot be sufficiently suppressed. . Therefore, the thickness of the lithium ion conductive glass in the present invention is desirably 5 nm or more and 5 μm or less. More preferably, the thickness is 20 nm or more and 1 μm or less.
[0042]
In the present invention, the lithium ion conductive glass covering the active material particles and the conductive material preferably has as low an electronic conductivity as possible and as high a lithium ion conductivity as possible. In particular, the electronic conductivity is 1 × 10-10S / cm or less, lithium ion conductivity is 1 × 10-10S / cm or more is preferable. Furthermore, the lithium ion conductivity is preferably 100 times or more higher than the electronic conductivity.
[0043]
Polymer electrolytes such as polyethers in which lithium salts are dissolved are difficult to apply to practical batteries because of insufficient lithium ion conductivity. Therefore, an attempt has been made to apply a gel polymer electrolyte obtained by swelling a polymer with an electrolyte to a battery. Even when the active material particles and the conductive material are coated with such a gel-like polymer electrolyte, the contact area between the active material and the conductive material and the free electrolytic solution is reduced. Or reductive decomposition by the negative electrode is suppressed. However, in this case, since the electrolytic solution penetrates into the polymer electrolyte, the contact between the active material and the conductive material and the electrolytic solution cannot be completely blocked.
[0044]
In contrast, in the present invention, the active material particles and the conductive material are coated using lithium ion conductive glass into which the electrolyte does not penetrate. Therefore, in the present invention, it is possible to completely block the contact between the active material particles and the conductive material and the electrolytic solution. As a result, the present invention can more reliably suppress oxidative decomposition of the electrolytic solution by the positive electrode or reductive decomposition by the negative electrode.
[0045]
  In the present invention, it is coated with lithium ion conductive glass.Positive electrodeThe active material particles have the general formula LixNiyMn2-yO4Lithium-containing composite oxide (0 ≦ x ≦ 1, 0.45 ≦ y ≦ 0.6)It is characterized by. This lithium-containing composite oxide has 4.7 V vs. Li / Li+Because of this very noble charge / discharge potential, the electrolyte solution is very susceptible to oxidative decomposition when the present invention is not applied. In the present invention,Positive electrodeBy coating both the active material particles and the conductive material with lithium ion conductive glass, the electrolytic solution is not exposed to the potential of the positive electrode. Therefore, 4.7V vs. Li / Li+Even when an active material having a very noble charge / discharge potential is used for the positive electrode, oxidative decomposition of the electrolytic solution is suppressed. That is, the present invention is coated with lithium ion conductive glass.Positive electrodeThe active material particles have the general formula LixNiyMn2-yO4Lithium-containing composite oxide (0 ≦ x ≦ 1, 0.45 ≦ y ≦ 0.6)IsIn some cases, it is particularly effective.
[0046]
Furthermore, the general formula is LixNiyMn2-yO4It has been reported that the lithium-containing composite oxide satisfying (0 ≦ x ≦ 1, 0.45 ≦ y ≦ 0.6) has a problem of elution of manganese into the electrolyte (41st Battery Discussion) Meeting summary p450 (2000). In the present invention, this lithium-containing composite oxide is coated with lithium ion conductive glass. Since manganese ions are larger than lithium ions, they cannot pass through lithium ion conductive glass. Therefore, elution of manganese from the active material particles is suppressed. As a result, the present invention provides a battery having excellent charge / discharge cycle performance and high-temperature storage performance.
[0047]
Further, manganese eluted from the positive electrode is deposited on the negative electrode and degrades the negative electrode. Therefore, the general formula is Li as a positive electrode active material.xNiyMn2-yO4When a lithium-containing composite oxide satisfying (0 ≦ x ≦ 1, 0.45 ≦ y ≦ 0.6) is used, not only the positive electrode but also the negative electrode active material particles should be covered with lithium ion conductive glass. Is effective. By doing so, precipitation of manganese eluted from the positive electrode to the negative electrode is suppressed, and a battery having excellent charge / discharge cycle performance and high-temperature storage performance can be obtained.
[0048]
In the present invention, Li used for the positive electrode active materialxNiyMn2-yO4(0 ≦ x ≦ 1, 0.45 ≦ y ≦ 0.6) does not mean that the ratio of the sum of the number of moles of nickel and manganese and the number of moles of oxygen is strictly limited to 2: 4. , Including oxygen atoms that are excessive or deficient. In addition, nickel or manganese partially substituted with other elements such as cobalt, iron, chromium, zinc, aluminum, vanadium, and the like are also included.
[0049]
If the value of y of the positive electrode active material is within the range of 0.45 ≦ y ≦ 0.6, 4.7 V vs. Li / Li+When the region is used for charging and discharging, a practical discharge capacity can be obtained.
[0050]
Further, the value of x of the positive electrode active material uses a range of 0 ≦ x ≦ 1 in the process of actually charging and discharging the battery. Accordingly, when the battery is assembled, the value of x may be larger than 1 and discharge may be performed to a range where x is larger than 1, but the voltage is low and the practical meaning is lost.
[0051]
The general formula used in the present invention is LixNiyMn2-yO4As a typical example of the positive electrode active material satisfying (0 ≦ x ≦ 1, 0.45 ≦ y ≦ 0.6), the crystal structure is changed by charge / discharge reaction as described in JP-T-2000-515672. In other words, those having a spinel structure having a small volume change and a small decrease in capacity when charging and discharging are repeated and having a lattice constant of 8.190 angstroms or less are mentioned.
[0052]
  In the present invention, it is coated with lithium ion conductive glass.Positive electrodeA polymer electrolyte is provided between the active material particlesRuIt is preferable. Normal,Positive electrodeSince the active material particles expand and contract by volume due to charge and discharge, there may be a problem that the lithium ion conductive glass covering the particles peels off. In the present invention,Positive electrodeBy providing the polymer electrolyte between the active material particles, the lithium ion conductive glass is pressed against the active material particles, and peeling is less likely to occur. Therefore, even after the charge / discharge cycle,At the positive electrodeThe decomposition of the electrolytic solution is suppressed, and the self-discharge and the swelling of the battery when left at high temperature are suppressed.
[0054]
Polymers used in the present invention include polymers of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, polyethers such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, poly Use vinylidene chloride, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyvinyl alcohol, polymethacrylonitrile, polyvinyl acetate, polyvinyl pyrrolidone, polyethyleneimine, polybutadiene, polystyrene, polyisoprene, or derivatives thereof alone or in combination. Also good. Moreover, you may use the polymer which copolymerized the various monomers which comprise the said organic polymer. However, since it is excellent in oxidation resistance, fluororesins such as polyvinylidene fluoride and P (VdF / HFP) are particularly suitable for the present invention.
[0055]
  The present inventionUsed inThe porous polymer electrolyte is a polymer porous body in which a polymer portion other than pores is an electrolyte having lithium ion conductivity. Since a high lithium ion diffusion coefficient can be obtained by retaining the organic electrolyte in these pores, batteries using porous polymer electrolytes are much better than those using pore-free polymer electrolytes. High rate discharge performance.
[0056]
In this case as well, as in the case of using a polymer electrolyte without pores, the lithium ion conductive glass is pressed against the active material particles, and peeling does not easily occur. Therefore, even after the charge / discharge cycle, the decomposition of the electrolyte solution at the positive electrode or the negative electrode is suppressed, and the self-discharge and swelling of the battery when left at high temperature are suppressed.
[0057]
In addition, the method for making the porous polymer electrolyte provided in the electrode may be any of a stretching method, a solvent extraction method, a method using a foaming agent, a method of adhering powder, and a method of depositing a solid in a film. . However, since the polymer can be easily made into a three-dimensional continuous porous body, the solvent extraction method is particularly excellent.
[0058]
The solvent extraction method is a method for obtaining a porous solid polymer by using a first solvent that dissolves the solid polymer and a second solvent for extraction that extracts the first solvent from the solid polymer solution. A solid polymer solution in which a solid polymer is dissolved in a first solvent is immersed in a second solvent compatible with the first solvent, whereby the first solvent is removed from the solid polymer solution. The portion of the solid polymer from which the first solvent has been removed becomes pores to form a porous solid polymer. And by this wet method, a through-hole having a circular opening can be formed in the solid polymer.
[0059]
The porosity of the porous polymer in the present invention is desirably 25% to 90%, and the pore diameter is preferably 0.003 μm or more and 10 μm or less. When the polymer is highly porous, when the electrode is observed with an electron microscope or the like, the polymer is observed as a network rather than porous. In this case as well, the porous polymer described in this specification Shall be included.
[0060]
In the conventional method of preparing an electrode after previously coating active material particles with lithium ion conductive glass, the electron conductivity of lithium ion conductive glass is poor, so that the electron conduction network between the active material particles is sufficient. Could not be formed. Furthermore, the conductive material could not be covered with lithium ion conductive glass.
[0061]
  The invention of claim 2,The general formula as the positive electrode active material is Li x Ni y Mn 2-y O 4 Lithium-containing composite oxide (0 ≦ x ≦ 1, 0.45 ≦ y ≦ 0.6)And conductive materialPositive electrode,Negative electrodeAnd a method for producing a non-aqueous electrolyte battery comprising a non-aqueous electrolyte, comprising:Positive electrodeProvided with active material particles and the conductive materialPositive electrodeAfter producingPositive electrodeThe active material particles and the conductive material are covered with lithium ion conductive glass. In this manufacturing method, conductive material andPositive electrodeSince the coating with lithium ion conductive glass is performed while maintaining direct contact with the active material particles, sufficientPositive electrodeAn electron conduction network between the active material particles is obtained. further,Positive electrodeThe active material particles and the conductive material can be simultaneously coated with lithium ion conductive glass.
[0062]
As a method for producing the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention, the sol-gel method is excellent. The sol-gel method uses a metal organic or inorganic compound as a solution, advances hydrolysis and polycondensation of the compound in the solution to solidify the sol as a gel, and produces an oxide solid by heating the gel. Is the method. When this method is used, the electrode is immersed in a solution such as a metal alkoxide so that the solution is infiltrated into the hole of the electrode, and then the electrode is pulled up from the solution and heated to deepen the active material layer. Evenly, the active material particles and the conductive material can be covered with the lithium ion conductive glass.
[0063]
In the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention, as a short-circuit prevention film used between the positive and negative electrodes, polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, polyethylene, polypropylene, polyethylene and polypropylene, A laminate or the like can be used. In addition, in the case where a short circuit between the positive electrode and the negative electrode is prevented by the polymer film applied to at least one of the positive electrode and the negative electrode, it is not necessary to use a short-circuit preventing film.
[0064]
As the electrolyte solution solvent of the nonaqueous electrolyte battery in the present invention, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethylformamide, dimethylacetamide, Polar solvents such as 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxolane, methyl acetate and the like may be used alone, or a mixture thereof.
[0065]
Furthermore, as a salt contained in the non-aqueous electrolyte, LiPF6, LiBF4, LiAsF6LiClO4, LiSCN, LiI, LiCF3SO3, LiCl, LiBr, LiCF3CO2, LiPF3(C2F5)3Or LiN (C2F5SO2)2A lithium salt such as, or a mixture thereof may be used. Among these salts, LiBF has excellent oxidation resistance and does not dissolve glass.4And the organic lithium salt is excellent.
[0066]
Furthermore, in the present invention, when vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate or pyridine is contained in the electrolytic solution, the charge / discharge cycle life performance at a particularly high temperature is excellent.
[0068]
Furthermore, as the negative electrode material of the non-aqueous electrolyte battery in the present invention, MCMB, flaky graphite, massive graphite, non-graphitizable carbon, low crystalline carbon, low-temperature calcined carbon, etc., which are spherical graphite, can be used. Also, alloys of Al, Si, Pb, Sn, Zn, Cd, Ge, etc. and lithium, alloys of Sn, Co and Li, LiFe2O3Transition metal complex oxides such as MoO2, Transition metal oxides such as tin oxide, silicon oxides such as SiO, Li5(Li3N) or the like, or a metal lithium foil, or a mixture thereof may be used.
[0069]
【Example】
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described.
[0070]
[Example 1]
LiNi0.5Mn1.5O470 wt%, acetylene black 6 wt% as a conductive material, polyvinylidene fluoride (PVdF) 9 wt% as a binder, and NMP 15 wt% as a solvent for dissolving the binder 120 mm in width and length It was applied onto an aluminum foil having a thickness of 500 mm and a thickness of 20 μm, and dried at 150 ° C. to evaporate NMP. After performing the above operation on both sides of the aluminum foil, pressing was performed to manufacture a positive electrode plate having a mixture layer containing an active material on both sides.
[0071]
The positive electrode active material particles and the conductive material thus produced were coated with lithium ion conductive glass using a sol-gel method. The method is specifically shown below. Lithium metal and a stoichiometric amount of 20 times anhydrous methanol were reacted by reflux in a flask filled with dry nitrogen, and LiOCH3Was synthesized.
[0072]
Here, an amount of P (OCH calculated so that the molar ratio of Li, P, and Si is 77: 14: 9.3)3And Si (OC2H5)4And allowed to react for about 1 hour with sufficient agitation. The positive electrode plate was immersed in the solution thus prepared, and the pressure was reduced to 0.1 Torr and the pressure was increased to atmospheric pressure five times, and the solution was infiltrated into the positive electrode holes. Thereafter, the positive electrode plate was pulled up from the solution and dried by leaving it in a dry box for 12 hours. In this way, the active material particles and the conductive material in the positive electrode were covered with the gel thin film.
[0073]
Further, by heating the positive electrode plate at 300 ° C. for 10 hours, the gel thin film coated with the active material particles and the conductive material was changed to Li3PO4And Li4SiO4A lithium ion conductive amorphous glass thin film in which a solid solution was formed in a molar ratio of 6: 4.
[0074]
An active material paste in which MCMB 81 wt%, PVdF 9 wt%, and NMP 10 wt%, which is spherical graphite, was applied onto a copper foil having a width of 120 mm, a length of 500 mm, and a thickness of 10 μm, and dried at 150 ° C. to evaporate NMP. After performing this operation on both sides of the copper foil, pressing was performed to manufacture a negative electrode plate having a mixture layer containing an active material on both sides.
[0075]
The positive electrode plate and the negative electrode plate thus prepared are overlapped and wound with a polyethylene film, which is a continuous porous body having a porosity of 40%, interposed therebetween, and the height is 47.0 mm, the width is 22.2 mm, and the thickness is 6.4 mm. Was inserted into an aluminum container, and a prismatic battery was assembled. In this battery, ethylene carbonate and dimethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3: 7, and 1.5 mol / l LiBF was mixed.4Was added by vacuum injection, and the electrolyte was infiltrated into the holes of the positive electrode, the negative electrode, and the separator. In this way, a battery (A) according to the present invention having a design capacity of 500 mAh was produced.
[0076]
Next, a conventionally known comparative battery (B) is prepared in the same manner as the battery (A) according to the present invention, except that the positive electrode active material particles and the conductive material are not coated with lithium ion conductive glass. Produced.
[0077]
Using the battery (A) and the comparative battery (B) according to the present invention manufactured as described above, the battery is charged to 4.9 V at a current of 0.5 CmA at 25 ° C., and then at a constant voltage of 4.9 V. After charging for 5 hours, the initial discharge capacity was measured by discharging to 3.5 V with a current of 0.2 CmA. Further, at 25 ° C., the battery was charged to 4.9 V at a current of 0.5 CmA, subsequently charged at a constant voltage of 4.9 V for 5 hours, then left at 60 ° C. for 24 hours, and then at 25 ° C., 0.2 CmA of 0.2 CmA Discharge to 3.5V with current. Table 1 shows the initial capacity, the capacity after standing at 60 ° C., and the amount of increase in battery thickness due to standing at 60 ° C.
[0078]
[Table 1]
[0079]
From Table 1, it was found that the battery (A) according to the present invention was less subject to a decrease in capacity and an increase in battery thickness when left at 60 ° C. than the comparative battery (B). This is because the active material particles and the conductive material of the positive electrode were coated with lithium ion conductive glass, so that the electrolytic solution was not exposed to the potential of the active material particles and the conductive material, and the oxidative decomposition of the electrolytic solution was suppressed. This is probably because self-discharge was suppressed. As a result, the amount of gas generated by the decomposition of the electrolytic solution is also reduced, and it is considered that the increase in battery thickness is suppressed.
[0080]
  [Reference example]
  LiNi as positive electrode active material particles0.5Mn1.5O4Instead of LiNi0.8Co0.2O2A positive electrode plate was produced in the same manner as in the battery (A) according to the present invention in Example 1, except that powder was used. In addition,Reference exampleIn, the positive electrode active material particles and the conductive material were not coated with lithium ion conductive glass.
[0081]
An active material paste in which SiO powder 70 wt%, acetylene black 6 wt%, PVdF 9 wt% and NMP 15 wt% are mixed is applied onto a copper foil having a width of 120 mm, a length of 500 mm, and a thickness of 10 μm, and dried at 150 ° C. to evaporate NMP. It was. After performing this operation on both sides of the copper foil, pressing was performed to manufacture a negative electrode plate having a mixture layer containing an active material on both sides.
[0082]
In the negative electrode plate manufactured in this way, the SiO powder and the acetylene black conductive material were changed to lithium ion conductive glass in the same manner as in Example 1 in which the positive electrode active material particles and the conductive material were coated with lithium ion conductive glass. Coated with.
[0083]
  The manufacturing process thereafter is the same as in the case of the battery (A) according to the present invention in Example 1, with a design capacity of 400 mAh.Reference exampleA battery (C) was produced.
[0084]
  Next, except that the negative electrode active material particles and the conductive material were not coated with lithium ion conductive glass,Reference exampleA conventionally known comparative battery (D) was produced in the same manner as the battery (C).
[0085]
  Produced as aboveReference exampleUsing the battery (C) and the comparative battery (D), at 25 ° C., the battery was charged to 4.2 V with a current of 0.5 CmA, subsequently charged with a constant voltage of 4.2 V for 5 hours, and then 0.2 CmA of The initial discharge capacity was measured by discharging to 2.75 V with current. Furthermore, at 25 ° C., the battery was charged to 4.2 V at a current of 0.5 CmA, subsequently charged at a constant voltage of 4.2 V for 5 hours, then left at 60 ° C. for 24 hours, and then at 25 ° C., 0.2 CmA of 0.2 CmA. The battery was discharged to 2.75V with current. Table 2 shows the initial capacity, the capacity after standing at 60 ° C., and the amount of increase in battery thickness due to standing at 60 ° C.
[0086]
[Table 2]
[0087]
  From Table 2,Reference exampleThe battery (C) was found to have less capacity reduction and battery thickness increase due to standing at 60 ° C. than the comparative battery (D). This is because the negative electrode active material particles and the conductive material were coated with lithium ion conductive glass, so that the electrolytic solution was not exposed to the potential of the active material particles and the conductive material, and the reductive decomposition of the electrolytic solution was suppressed. This is probably because self-discharge was suppressed. As a result, the amount of gas generated by the decomposition of the electrolytic solution is also reduced, and it is considered that the increase in battery thickness is suppressed.
[0088]
  [Example 2]
  After coating the positive electrode active material particles and the conductive material with lithium ion conductive glass, the positive electrode active material particles were filled with a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene (P (VdF / HFP)). A battery (E) according to the present invention was produced in the same manner as the battery (A) according to the present invention except for the above.
[0089]
The filling of P (VdF / HFP) between the active material particles was performed as follows. A positive electrode plate in which active material particles and a conductive material are coated with lithium ion conductive glass is immersed in a paste in which P (VdF / HFP) is dissolved in NMP at a concentration of 6 wt%, and the pressure is reduced to 0.1 Torr. Then, pressurization to atmospheric pressure was repeated 5 times to fill the gaps between the active material particles with P (VdF / HFP) paste. By pulling up this positive electrode plate from the paste and passing between rollers, the polymer paste that did not penetrate into the electrode and adhered to the electrode was removed.
[0090]
Then, this positive electrode plate was dried at 100 ° C. for 30 minutes to remove NMP, and the positive electrode active material particles coated with lithium ion conductive glass were coated with P (VdF / HFP). This P (VdF / HFP) was swollen by the electrolytic solution injected into the battery case to form a lithium ion conductive polymer electrolyte.
[0091]
Further, the battery (F) according to the present invention is the same as the battery (E) according to the present invention except that P (VdF / HFP) coated with the positive electrode active material particles coated with the lithium ion conductive glass is made porous. Was made.
[0092]
P (VdF / HFP) was made porous as follows. After filling the gap between the positive electrode active material particles with P (VdF / HFP) paste, the positive electrode plate is pulled out of the paste and passed between rollers, so that it does not penetrate into the electrode and adheres to the electrode. The polymer paste was removed. This positive electrode plate is 1 × 10-3The P (VdF / HFP) between the active material particles is communicated by a solvent extraction method in which NMP in which P (VdF / HFP) is dissolved is replaced with water by immersing in a mol / l phosphoric acid aqueous solution for 5 minutes. It was made porous and solidified.
[0093]
This electrode was dried at 100 ° C. for 30 minutes to remove water. In this way, the positive electrode active material particles coated with the lithium ion conductive glass were coated with the porous P (VdF / HFP). This porous P (VdF / HFP) was swollen by the electrolytic solution injected into the battery case to become a lithium ion conductive porous polymer electrolyte.
[0094]
Using the batteries (E) and (F) according to the present invention manufactured as described above and the battery (A) according to the present invention manufactured in Example 1, the current of 0.5 CmA at 25 ° C. is used. The battery was charged to 9V, subsequently charged at a constant voltage of 4.9V for 5 hours, and then discharged to 3.5V with a current of 0.2 CmA as one cycle, and a 50-cycle charge / discharge test was performed.
[0095]
Thereafter, the battery was further charged at 25 ° C. with a current of 0.5 CmA to 4.9 V, subsequently charged with a constant voltage of 4.9 V for 5 hours, then left at 60 ° C. for 24 hours, and then at 25 ° C. with a voltage of 0.00. The battery was discharged to 3.5 V with a current of 2 CmA. Table 3 shows the discharge capacity at the 50th cycle in the cycle test, the discharge capacity after standing at 60 ° C., and the amount of increase in battery thickness due to standing at 60 ° C.
[0096]
[Table 3]
[0097]
From Table 3, it was found that the batteries (E) and (F) according to the present invention had less capacity reduction and increase in battery thickness due to standing at 60 ° C. than the battery (A) according to the present invention. This is because the positive electrode active material particles coated with the lithium ion conductive glass are further coated with the polymer electrolyte, so that the active material particles of the lithium ion conductive glass are caused by the volume expansion / contraction of the positive electrode active material particles due to the charge / discharge cycle. This is thought to be due to the fact that the exfoliation of the film became difficult to occur.
[0098]
Further, using the batteries (E) and (F) according to the present invention, the battery was charged to 4.9 V at a current of 1 CmA at 25 ° C., and subsequently charged at a constant voltage of 4.9 V for 5 hours, and then 0.2 CmA of Discharge to 3.5V with current. After that, the battery was charged again to 4.9 V with a current of 1 CmA, then charged with a constant voltage of 4.9 V for 5 hours, and then discharged to 3.5 V with a current of 2 CmA. Table 5 shows the ratio of the capacity during discharge of 2 CmA to 0.2 CmA of these batteries.
[0099]
[Table 4]
[0100]
From Table 4, in the battery by this invention, it turned out that the fall of the high rate discharge performance by application of a polymer electrolyte is suppressed remarkably by making the polymer electrolyte provided between active material particles porous. This is considered to be because lithium ions can quickly diffuse through the portion of the electrolytic solution in the pores of the porous polymer electrolyte.
[0101]
【The invention's effect】
  As described above, the present inventionAs a positive electrode active material, the general formula is Li x Ni y Mn 2-y O 4 A lithium-containing composite oxide satisfying (0 ≦ x ≦ 1, 0.45 ≦ y ≦ 0.6) was used.In non-aqueous electrolyte batteries,Positive electrodeIn a state where electronic conduction between the active material particles is maintained by the conductive material,Positive electrodeBy assuming that at least a part of the surface of the active material particles and the conductive material is coated with lithium ion conductive glass,Positive electrodeIt is intended to provide a non-aqueous electrolyte battery in which decomposition of the electrolyte solution is suppressed and self-discharge and swelling of the battery when left at high temperature are suppressed.

Claims (2)

正極活物質としての一般式がLi Ni Mn 2−y (0≦x≦1、0.45≦y≦0.6)であるリチウム含有複合酸化物と導電材とを備えた正極負極および非水電解液を備えた非水電解質電池であって、正極活物質粒子間の電子伝導が導電材によって保たれた状態で、前記正極活物質粒子および前記導電材の少なくとも一部が、リチウムイオン伝導性ガラスで被覆されたことを特徴とする非水電解質電池。 Positive general formula as a positive electrode active material and a a conductive material of lithium-containing composite oxide is Li x Ni y Mn 2-y O 4 (0 ≦ x ≦ 1,0.45 ≦ y ≦ 0.6) , a non-aqueous electrolyte battery comprising a negative electrode and the nonaqueous electrolyte, with the electron conduction between the positive electrode active material particles is maintained by the conductive material, at least a portion of the positive electrode active material particles and the conductive material A non-aqueous electrolyte battery coated with lithium ion conductive glass. 正極活物質としての一般式がLi Ni Mn 2−y (0≦x≦1、0.45≦y≦0.6)であるリチウム含有複合酸化物と導電材とを備えた正極負極および非水電解液を備えた非水電解質電池の製造法であって、前記正極活物質粒子と前記導電材とを備えた極を作製した後に、前記正極活物質粒子および前記導電材をリチウムイオン伝導性ガラスで被覆することを特徴とする、非水電解質電池の製造法。 Positive general formula as a positive electrode active material and a a conductive material of lithium-containing composite oxide is Li x Ni y Mn 2-y O 4 (0 ≦ x ≦ 1,0.45 ≦ y ≦ 0.6) , a method of manufacturing a nonaqueous electrolyte battery comprising a negative electrode and a nonaqueous electrolyte solution, after forming a positive electrode and a said conductive material and said positive electrode active material particles, the positive electrode active material particles and the conductive material A method for producing a non-aqueous electrolyte battery, characterized in that is coated with lithium ion conductive glass.
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