JP4207932B2 - Non-aqueous secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、充放電容量およびサイクル特性を改良した非水二次電池に関するものである。   The present invention relates to a non-aqueous secondary battery with improved charge / discharge capacity and cycle characteristics.

非水二次電池用負極材料としては、リチウム金属やリチウム合金が代表的であるが、それらを用いると充放電中にリチウム金属が樹枝状に成長したいわゆるデンドライトが発生し、内部ショートの原因あるいはデンドライト自体の持つ高い活性のため、発火などの危険をはらんでいた。   As a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery, lithium metal and lithium alloy are typical, but if they are used, so-called dendrites in which lithium metal grows in a dendritic shape during charge and discharge are generated, causing internal short circuit or Due to the high activity of the dendrite itself, there were dangers such as ignition.

これに対し、リチウムを可逆的に挿入・放出可能な焼成炭素質材料が実用化されるようになってきた。この炭素質材料は密度が比較的小さいため、体積当たりの容量が低いという欠点を有する。このため、炭素材料にリチウム箔を圧着もしくは積層して用いることが、特開平5−151995号公報に記載されているが、上記の問題を本質的に解決するものではなかった。   In contrast, calcined carbonaceous materials capable of reversibly inserting and releasing lithium have come into practical use. This carbonaceous material has the disadvantage that its capacity per volume is low due to its relatively low density. For this reason, although it is described in JP-A-5-151995 that a lithium foil is crimped or laminated on a carbon material, the above problem has not been essentially solved.

更に、負極材料にSn、V、Si、B、Zrなどの酸化物またはそれらの複合酸化物を用いる方法が提案されている(特開平5−174818号、同6−60867号、同6−275267号、同6−325765号、同6−338324号、EP−615296号)。これらの酸化物または複合酸化物負極は、ある種のリチウムを含む遷移金属化合物の正極と組み合わせることにより、3〜3.6V級で充電容量の大きな非水二次電池を与え、又、実用領域でデンドライト発生がほとんどなく極めて安全性が高いとされている。しかしながら、これらの材料を用いた電池は、充放電サイクル性が充分でなく、特に初期サイクルの充放電効率が低いという大きな問題があった。   Further, a method using an oxide such as Sn, V, Si, B, Zr or a composite oxide thereof as a negative electrode material has been proposed (JP-A-5-174818, JP-A-6-60867, and JP-A-6-275267). No. 6-325765, No. 6-338324, EP-615296). These oxide or composite oxide negative electrodes are combined with a positive electrode of a transition metal compound containing a certain kind of lithium to give a non-aqueous secondary battery having a large charge capacity of 3 to 3.6 V, and are also practically used. It is said that there is almost no dendrite generation and is extremely safe. However, a battery using these materials has a large problem that charge / discharge cycle performance is not sufficient, and charge / discharge efficiency in the initial cycle is particularly low.

これらの問題を解決すべく、負極材料にSnを含む複合酸化物を用い、かつ負極シート上にリチウム金属を貼付する方法が提案されている(PCT/JP96/00527)が、中後期のサイクル特性が不十分であり、商品レベルに至ってないのが現状である。   In order to solve these problems, a method of using a composite oxide containing Sn as a negative electrode material and attaching lithium metal on a negative electrode sheet (PCT / JP96 / 00527) has been proposed. Is inadequate and has not reached the product level.

本発明の課題は、1)高い充放電容量、良好な充放電サイクル特性を持ち、2)高エネルギー密度を有する非水二次電池を得ることにある。   An object of the present invention is to obtain a non-aqueous secondary battery having 1) high charge / discharge capacity, good charge / discharge cycle characteristics, and 2) high energy density.

本発明の一観点によれば、リチウム含有金属酸化物を主体とした層を有する正極シートと、天然黒鉛、人工黒鉛から選ばれる黒鉛構造を含む炭素質化合物及び/又は下記一般式(1)で表される錫を主体とする非晶質の複合化合物からなる負極材料を主体とした合剤層を有する負極シートと、リチウム塩を含む非水電解液及びセパレーターとを有する非水二次電池は、該非水電解液が、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネートから選ばれる少なくとも一種の環状カーボネート及びジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートから選ばれる少なくとも一種の非環状カーボネート組み合わせを含み、さらに少なくともn−ドデカンを非水電解液に対して、0.01〜3重量%含むことを特徴とする非水二次電池。
SnM …一般式(1)
(式中、M は、Al、B、P、Si、Ge、周期律表第1族元素、第2族元素、第3族元素、ハロゲン元素から選ばれる2種以上の元素を表し、aは0.2以上、2以下の数、tは1以上、6以下の数、uは0.5以下の数を表す。)
According to one aspect of the present invention, a positive electrode sheet having a layer mainly composed of a lithium-containing metal oxide, a carbonaceous compound containing a graphite structure selected from natural graphite and artificial graphite, and / or the following general formula (1) A non-aqueous secondary battery having a negative electrode sheet having a mixture layer mainly composed of a negative electrode material composed mainly of an amorphous composite compound mainly composed of tin, a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and a separator, The non-aqueous electrolyte contains a combination of at least one cyclic carbonate selected from propylene carbonate, ethylene carbonate and butylene carbonate and at least one acyclic carbonate selected from dimethyl carbonate and diethyl carbonate , and further contains at least n-dodecane . Non-aqueous secondary battery characterized by containing 0.01 to 3 wt% with respect to the aqueous electrolyte. .
SnM 1 a O t S u ... the general formula (1)
(In the formula, M 1 represents two or more elements selected from Al, B, P, Si, Ge, Group 1 element, Group 2 element, Group 3 element, and halogen element in the periodic table; Is a number of 0.2 or more and 2 or less, t is a number of 1 or more and 6 or less, and u is a number of 0.5 or less.)

本発明によれば、電解液に鎖式炭化水素を含有させることにより、放電容量が大きくかつサイクル特性が優れた非水二次電池を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a non-aqueous secondary battery having a large discharge capacity and excellent cycle characteristics by containing a chain hydrocarbon in the electrolytic solution.

図1は、シリンダ型非水二次電池の一例を示す断面図である。電池の形状は、ボタン、コイン、シート、角等でもよい。正極シート1と負極シート2は、その間にセパレータ3を挟んで巻回され、電池缶4に挿入される。電池缶4には、電解液が注入され、電池蓋5はガスケット6を介して電池缶4にかしめられる。電池蓋5は、電気的に正極シート1と接続され、正極端子となる。電池缶4は、電気的に負極シート2と接続され、負極端子となる。安全弁7は、封口板として用いることができる。さらに、電池の安全性を保証するためにPTC(正温度係数)素子を用いるのが好ましい。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a cylinder-type non-aqueous secondary battery. The shape of the battery may be a button, coin, sheet, corner, or the like. The positive electrode sheet 1 and the negative electrode sheet 2 are wound with the separator 3 interposed therebetween and inserted into the battery can 4. An electrolytic solution is injected into the battery can 4, and the battery lid 5 is caulked to the battery can 4 via the gasket 6. The battery lid 5 is electrically connected to the positive electrode sheet 1 and serves as a positive electrode terminal. The battery can 4 is electrically connected to the negative electrode sheet 2 and serves as a negative electrode terminal. The safety valve 7 can be used as a sealing plate. Furthermore, it is preferable to use a PTC (positive temperature coefficient) element in order to guarantee the safety of the battery.

好ましい電解液の構成は、鎖式炭化水素およびこれ以外の非プロトン性有機溶媒の1種あるいは2種以上を混合した溶媒とその溶媒におけるリチウム塩から構成される。
鎖式炭化水素の電解液中の含有率は、0.01〜3重量%が好ましく、さらには0.02〜2重量%が好ましく、0.02〜1.5重量%が特に好ましい。鎖式炭化水素としては、炭素数7〜25のものが好ましく、さらには炭素数7〜20のものが好ましく、炭素数8〜16のものが特に好ましい。
A preferable electrolytic solution is composed of a solvent obtained by mixing one or more chain hydrocarbons and other aprotic organic solvents, and a lithium salt in the solvent.
The content of chain hydrocarbon in the electrolytic solution is preferably 0.01 to 3% by weight, more preferably 0.02 to 2% by weight, and particularly preferably 0.02 to 1.5% by weight. As the chain hydrocarbon, those having 7 to 25 carbon atoms are preferable, those having 7 to 20 carbon atoms are more preferable, and those having 8 to 16 carbon atoms are particularly preferable.

具体的には、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、ヘプタデカン、オクタデカン、ノナデカン、エイコサンから選ばれるのが好ましく、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカンから選ばれるのがさらに好ましい。これらの炭化水素は直鎖状のものでも分枝状のものでもよい。特に好ましくは、直鎖又は分枝状のオクタン、デカン、ドデカン、テトラデカンである。   Specifically, it is preferably selected from heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, tridecane, tetradecane, pentadecane, hexadecane, heptadecane, octadecane, nonadecane, eicosane, and octane, nonane, decane, undecane, dodecane, tridecane. More preferably, it is selected from tetradecane, pentadecane and hexadecane. These hydrocarbons may be linear or branched. Particularly preferred are linear or branched octane, decane, dodecane, and tetradecane.

また、これらの炭化水素は一種でも二種以上の任意の混合物でもよいが、好ましくは1種である。
鎖式炭化水素以外の非プロトン性有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、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、ジメチルスルフォキシド、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、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、ジエチルエーテル、1,3−プロパンサルトンなどを挙げることが出来る。これらの中では、炭酸エステルが好ましく、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートがより好ましい。
These hydrocarbons may be one kind or an arbitrary mixture of two or more kinds, but preferably one kind.
Examples of aprotic organic solvents other than chain hydrocarbons include propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfone. Xoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, phosphate triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, sulfolane, 3-methyl 2-Oxazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, diethyl ether, 1,3-propane sultone, etc. Can. In these, carbonate ester is preferable and propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, and diethyl carbonate are more preferable.

これらの非プロトン性有機溶媒に溶解するリチウム塩としては、例えば、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、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を挙げることが出来る。これらの中でLiClO4、LiBF4、LiPF6、LiCF3SO3が特に好ましい。 Examples of the lithium salt dissolved in these aprotic organic solvents, for example, LiClO 4, LiBF 4, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiB 10 Cl 10, lower aliphatic Examples thereof include lithium carboxylate, LiAlCl 4 , LiCl, LiBr, LiI, lithium chloroborane, and lithium tetraphenylborate. Among these, LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , and LiCF 3 SO 3 are particularly preferable.

なかでも、プロピレンカーボネートあるいはエチレンカーボネートと1,2−ジメトキシエタンおよび/あるいはジエチルカーボネートの混合液にLiCF3SO3、LiClO4、LiBF4および/あるいはLiPF6を含む電解液が好ましい。エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合液にLiBF4および/あるいはLiPF6を含む電解液が特に好ましい。 Among them, an electrolytic solution containing LiCF 3 SO 3 , LiClO 4 , LiBF 4 and / or LiPF 6 in a mixed solution of propylene carbonate or ethylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane and / or diethyl carbonate is preferable. An electrolytic solution containing LiBF 4 and / or LiPF 6 in a mixed solution of ethylene carbonate and diethyl carbonate is particularly preferable.

これら電解質を電池内に添加する量は、特に限定されないが、正極活物質や負極材料の量や電池のサイズによって必要量用いることができる。支持電解質の濃度は、電解液1リットル当たり0.2〜3モルが好ましい。電解液を注液する際の温度は−20〜+50℃の範囲が好ましく、さらに好ましくは−20〜+40℃であり、特に好ましくは−10〜+30℃である。注液時は電解液および電池缶ともに冷却することが好ましい。   The amount of these electrolytes added to the battery is not particularly limited, but a necessary amount can be used depending on the amount of the positive electrode active material and the negative electrode material and the size of the battery. The concentration of the supporting electrolyte is preferably 0.2 to 3 mol per liter of the electrolytic solution. The temperature at the time of pouring the electrolytic solution is preferably in the range of -20 to + 50 ° C, more preferably -20 to + 40 ° C, and particularly preferably -10 to + 30 ° C. It is preferable to cool both the electrolytic solution and the battery can during injection.

また、電解液の他に次の様な固体電解質も用いることができる。固体電解質としては、無機固体電解質と有機固体電解質に分けられる。無機固体電解質には、Liの窒化物、ハロゲン化物、酸素酸塩などがよく知られている。なかでも、Li3N、LiI、Li5NI2、Li3N−LiI−LiOH、LiSiO4、LiSiO4−LiI−LiOH、xLi3PO4−(1−x)Li4SiO4、Li2SiS3、硫化リン化合物などが有効である。 In addition to the electrolytic solution, the following solid electrolyte can also be used. The solid electrolyte is classified into an inorganic solid electrolyte and an organic solid electrolyte. Well-known inorganic solid electrolytes include Li nitrides, halides, oxyacid salts, and the like. Among these, Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N—LiI—LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 —LiI—LiOH, xLi 3 PO 4 — (1-x) Li 4 SiO 4 , Li 2 SiS 3. Phosphorus sulfide compounds are effective.

有機固体電解質では、ポリエチレンオキサイド誘導体か該誘導体を含むポリマー、ポリプロピレンオキサイド誘導体か該誘導体を含むポリマー、イオン解離基を含むポリマー、イオン解離基を含むポリマーと上記非プロトン性電解液の混合物、リン酸エステルポリマーが有効である。   In the organic solid electrolyte, a polyethylene oxide derivative or a polymer containing the derivative, a polypropylene oxide derivative or a polymer containing the derivative, a polymer containing an ion dissociation group, a mixture of a polymer containing an ion dissociation group and the above aprotic electrolyte, phosphoric acid Ester polymers are effective.

さらに、ポリアクリロニトリルを電解液に添加する方法もある。また、無機と有機固体電解質を併用する方法も知られている。
また、放電や充放電特性を改良する目的で、以下で示す化合物を電解質に添加することが知られている。例えば、ピリジン、トリエチルフォスファイト、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、n−グライム、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、N−置換オキサゾリジノンとN,N′−置換イミダゾリジノン、エチレングリコールジアルキルエーテル、四級アンモニウム塩、ポリエチレングリコール、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、モルフォリン、カルボニル基を持つアリール化合物、ヘキサメチルホスホリックトリアミドと4−アルキルモルフォリン、二環性の三級アミン、オイル(特開昭62−287580)、四級ホスホニウム塩、三級スルホニウム塩などが挙げられる。
Furthermore, there is a method of adding polyacrylonitrile to the electrolytic solution. A method of using an inorganic and organic solid electrolyte in combination is also known.
It is also known to add the following compounds to the electrolyte for the purpose of improving discharge and charge / discharge characteristics. For example, pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, n-glyme, hexaphosphoric acid triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinoneimine dye, N-substituted oxazolidinone and N, N'-substituted imidazolidinone, ethylene glycol Dialkyl ether, quaternary ammonium salt, polyethylene glycol, pyrrole, 2-methoxyethanol, AlCl 3 , monomer of conductive polymer electrode active material, triethylenephosphoramide, trialkylphosphine, morpholine, aryl compound having carbonyl group, Hexamethylphosphoric triamide and 4-alkylmorpholine, bicyclic tertiary amine, oil (Japanese Patent Laid-Open No. 62-287580), quaternary phosphonium salt, tertiary sulfonium salt, etc. It is below.

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。また、正極や負極の合剤には電解液あるいは電解質を含ませることができる。例えば、前記イオン導電性ポリマーやニトロメタン、電解液を含ませる方法が知られている。   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. Further, the mixture of the positive electrode and the negative electrode can contain an electrolytic solution or an electrolyte. For example, a method in which the ion conductive polymer, nitromethane, or an electrolytic solution is included is known.

図1に示す負極シート2は、シート状の負極集電体の両面に負極合剤層が形成されている。当該負極合剤層の上には、補助層を介して、リチウムを主体とした金属箔を付することができる。   The negative electrode sheet 2 shown in FIG. 1 has a negative electrode mixture layer formed on both surfaces of a sheet-like negative electrode current collector. On the negative electrode mixture layer, a metal foil mainly composed of lithium can be attached via an auxiliary layer.

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。補助層については、後に説明する。   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 superimpose on the entire surface of the sheet, but since lithium preliminarily inserted into the negative electrode material gradually diffuses into the negative electrode material by 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. The auxiliary layer will be described later.

負極シート上に重ね合せるリチウムの量によってリチウム挿入量を任意に制御することが可能である。リチウム予備挿入量として好ましくは負極材料に対して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。   The amount of lithium insertion can be arbitrarily controlled by the amount of lithium superimposed on the negative electrode sheet. The lithium pre-insertion amount is preferably 0.5 to 4.0 equivalents, more preferably 1 to 3.5 equivalents, and particularly preferably 1.2 to 3.2 equivalents with respect to the negative electrode material. 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.

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。   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.

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−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。   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.

非水二次電池は電解液注入、電池蓋かしめ後にエージングすることで負極材料(負極合剤)にリチウムを均一に挿入することができる。エージングの温度としては0〜80℃が好ましいが、10〜70℃がさらに好ましく、20〜60℃が特に好ましい。また、エージング時間は1〜60日が好ましいが、さらには5〜50日が好ましく、特に8〜30日が好ましい。   The non-aqueous secondary battery can be uniformly inserted with lithium into the negative electrode material (negative electrode mixture) by aging after injecting the electrolyte and caulking the battery lid. The aging temperature is preferably 0 to 80 ° C, more preferably 10 to 70 ° C, and particularly preferably 20 to 60 ° C. The aging time is preferably 1 to 60 days, more preferably 5 to 50 days, and particularly preferably 8 to 30 days.

エージング前および/又はエージング中に充電又は充放電することがリチウムを均一に挿入する上でさらに好ましい。その場合は、フルに充電又は充放電するよりも部分的な充電又は充放電を行なうのが好ましい。   It is more preferable to charge or charge / discharge before aging and / or during aging in order to uniformly insert lithium. In that case, it is preferable to perform partial charge or charge / discharge rather than full charge or charge / discharge.

次に電極(正極シート及び負極シート)の表面に設置する補助層、保護層について説明する。
電極表面に活物質とは異なる層、例えば保護層を設けることは、従来から検討されてきており、リチウム金属や合金を負極とする場合には、炭素材料や金属粉末を含有した炭素からなる保護層を設けることが特開平4−229562号、米国特許第5387479号、特開平3−297072号に記載されている。しかしながら、これらの特許の目的は、リチウム金属表面の活性な部分を保護し、電解液との接触による電解液の分解や分解生成物等による不働体皮膜の生成を防止することであり、金属酸化物負極とは、構成を異にする。
Next, the auxiliary layer and protective layer installed on the surfaces of the electrodes (positive electrode sheet and negative electrode sheet) will be described.
Providing a layer different from the active material, such as a protective layer, on the electrode surface has been studied in the past. When lithium metal or an alloy is used as the negative electrode, a protective material made of carbon containing carbon material or metal powder is used. Providing a layer is described in JP-A-4-229562, US Pat. No. 5,387,479, and JP-A-3-297072. However, the purpose of these patents is to protect the active part of the lithium metal surface and prevent the electrolytic solution from being decomposed by contact with the electrolytic solution or the formation of a passive film due to decomposition products. The configuration is different from that of the negative electrode.

更に特開昭61−263069号では、遷移金属酸化物を負極材料とし、その表面をイオン伝導性の固体電解質で被覆することが記載され、実施例では遷移金属酸化物の層の上に固体電解質膜をスパッタリングにより設けることが記載されている。この特許の目的は先に述べた特許と同様に、リチウムの樹枝状の析出の防止、電解液の分解防止であり、金属酸化物負極には必ずしも適用できない。更に、イオン伝導性の固体電解質は、水に対する溶解性、吸湿性を有しており、好ましくない。   Further, JP-A-61-263069 describes that a transition metal oxide is used as a negative electrode material and the surface thereof is coated with an ion conductive solid electrolyte. In the examples, the solid electrolyte is formed on the transition metal oxide layer. It is described that the film is provided by sputtering. The purpose of this patent is to prevent lithium dendritic precipitation and to prevent decomposition of the electrolyte, as in the above-mentioned patent, and is not necessarily applicable to metal oxide negative electrodes. Further, the ion conductive solid electrolyte is not preferable because it has solubility in water and hygroscopicity.

更に、特開昭61−7577号には、正極の表面を、電子電導性と、イオン伝導性を合わせ持つ物質からなる保護層が記載され、電子−イオン混合導電性を有する物質としてタングステン、モリブデン、バナジウムの酸化物が好ましいと記載されている。しかしながらこれらの酸化物は、リチウムの吸蔵放出しうる化合物であり、金属酸化物負極に於いては必ずしも好ましくない。   Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-7777 discloses a protective layer made of a material having both electron conductivity and ion conductivity on the surface of the positive electrode, and tungsten, molybdenum as materials having electron-ion mixed conductivity. Vanadium oxide is preferred. However, these oxides are compounds capable of occluding and releasing lithium, and are not necessarily preferable for metal oxide negative electrodes.

負極シートに設けられる補助層は、少なくとも1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。これらの補助層は、水不溶性の導電性粒子と結着剤から構成される。結着剤は、後で述べる電極合剤を形成する時に用いる結着剤を用いることが出来る。補助層に含まれる導電性粒子の割合は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。   The auxiliary layer provided on the negative electrode sheet is composed of at least one layer, and may be composed of the same or different plural layers. These auxiliary layers are composed of water-insoluble conductive particles and a binder. The binder used when forming the electrode mixture described later can be used. The proportion of conductive particles contained in the auxiliary 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. .

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。導電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。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、5×109Ω・m以下が好ましい。 Examples of water-insoluble conductive particles include carbon particles such as metals, metal oxides, metal fibers, carbon fibers, carbon black, and graphite. The solubility of the conductive particles in water is 100 ppm or less, preferably insoluble. Among these water-insoluble conductive particles, those having low reactivity with alkali metals, particularly lithium, are preferable, and metal powders and carbon particles are more preferable. The electrical resistivity at 20 ° C. of the elements constituting the particles is preferably 5 × 10 9 Ω · m or less.

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、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。   The metal powder is preferably a metal having low reactivity with lithium, that is, a metal that is difficult to form a lithium alloy. Specifically, copper, nickel, iron, chromium, molybdenum, titanium, tungsten, and tantalum are preferable. 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.

炭素粒子としては、従来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。これらの材料としてはサーマルブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラックなどのカーボンブラック、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛などの天然黒鉛、人工黒鉛、炭素繊維等が挙げられる。これらの炭素粒子を結着剤と混合分散するためには、カーボンブラックと黒鉛を併用するのが好ましい。カーボンブラックとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラックが好ましい。炭素粒子は、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。   As the carbon particles, a known carbon material used as a conductive material used in combination when the electrode active material is not conductive can be used. Examples of these materials include carbon black such as thermal black, furnace black, channel black, and lamp black, natural graphite such as scaly graphite, scaly graphite, and earthy graphite, artificial graphite, and carbon fiber. In order to mix and disperse these carbon particles with the binder, it is preferable to use carbon black and graphite in combination. As carbon black, acetylene black and ketjen black are preferable. The carbon particles are preferably 0.01 μm or more and 20 μm or less, and more preferably 0.02 μm or more and 10 μm or less.

上記の補助層には、塗布膜の強度の改良等の目的で、実質的に導電性を持たない粒子を混合してもよい。これらの粒子としてテフロンの微粉末、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、ステアタイトを挙げることが出来る。これらの粒子は、導電性粒子の0.01倍以上、10倍以下で使うと好ましい。   In the auxiliary layer, particles having substantially no conductivity may be mixed for the purpose of improving the strength of the coating film. Examples of these particles include fine powder of Teflon, SiC, aluminum nitride, alumina, zirconia, magnesia, mullite, forsterite, and steatite. These particles are preferably used in an amount of 0.01 to 10 times that of the conductive particles.

これらの補助層は、負極が集電体の両側に合剤を塗設して形成されている場合、その両側に塗設してもよいし、片面だけに塗設する形態であってもよい。補助層の塗設方式は、集電体上に、リチウムを可逆的に吸蔵放出可能な材料である金属または半金族酸化物を主体とした合剤を塗設した後に、補助層を順次塗設する逐次方式でもよいし、合剤層と補助層を同時に塗設する同時塗布方式であってもよい。   In the case where the negative electrode is formed by coating a mixture on both sides of the current collector, these auxiliary layers may be coated on both sides or may be coated on only one side. . The auxiliary layer is coated on the current collector after a mixture mainly composed of a metal or semi-metal oxide, which is a material capable of reversibly occluding and releasing lithium, and then the auxiliary layer is sequentially applied. A sequential method may be used, or a simultaneous application method in which a mixture layer and an auxiliary layer are simultaneously applied.

また、組み合せられる正極シートも保護層を有していてもよい。この場合、保護層は少なくとも1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。これらの保護層は実質的に電子伝導性を持たない、即ち絶縁性の層であってもよいし、負極シートと同様に導電性の層であっても良い。更に、絶縁性の層と導電性の層とが積層した形態であっても良い。保護層の厚みは、1μm以上、40μm以下が好ましく、より好ましくは2μm以上、30μm以下である。更にこれらの粒子を含む保護層は300℃以下で融解したり、新たな皮膜を形成したりしないものが望ましい。   The positive electrode sheet to be combined may also have a protective layer. In this case, the protective layer is composed of at least one layer, and may be composed of a plurality of layers of the same type or different types. These protective layers may have substantially no electronic conductivity, that is, may be insulating layers, or may be conductive layers like the negative electrode sheet. Furthermore, the form which laminated | stacked the insulating layer and the electroconductive layer may be sufficient. The thickness of the protective layer is preferably 1 μm or more and 40 μm or less, more preferably 2 μm or more and 30 μm or less. Further, it is desirable that the protective layer containing these particles does not melt at 300 ° C. or less or does not form a new film.

保護層が水不溶性の導電性粒子と結着剤からなる場合、導電性粒子は負極シートの補助層に用いたものが使用できる。好ましく用いられる導電性粒子の種類、大きさなどはいずれも負極シートの場合と同様である。   When the protective layer is composed of water-insoluble conductive particles and a binder, the conductive particles used for the auxiliary layer of the negative electrode sheet can be used. The kind and size of the conductive particles preferably used are the same as those of the negative electrode sheet.

保護層が絶縁性の場合、これらの層は有機或いは無機の粒子を含むことが好ましい。これらの粒子は、0.1μm以上、20μm以下が好ましく、0.2μm以上、15μm以下がより好ましい。好ましい有機物の粒子は架橋されたラテックス又はフッ素樹脂の粉状体であり、300℃以下で、分解したり、皮膜を形成したりしないものが好ましい。より好ましいのはテフロンの微粉末である。   When the protective layer is insulative, these layers preferably contain organic or inorganic particles. These particles are preferably 0.1 μm or more and 20 μm or less, and more preferably 0.2 μm or more and 15 μm or less. Preferable organic particles are cross-linked latex or fluororesin powder, and those that do not decompose or form a film at 300 ° C. or lower are preferable. More preferred is a fine powder of Teflon.

無機物粒子としては、金属、非金属元素の炭化物、珪化物、窒化物、硫化物、酸化物を挙げることが出来る。
炭化物、珪化物、窒化物の中では、SiC、窒化アルミニウム(AlN)、BN、BPが絶縁性が高くかつ化学的に安定で好ましく、特にBeO、Be、BNを焼結助剤として用いたSiCが特に好ましい。
Examples of inorganic particles include carbides, silicides, nitrides, sulfides, and oxides of metals and nonmetallic elements.
Among carbides, silicides, and nitrides, SiC, aluminum nitride (AlN), BN, and BP are preferably highly insulating and chemically stable. In particular, SiC using BeO, Be, and BN as a sintering aid. Is particularly preferred.

カルコゲナイドの中では、酸化物が好ましく、酸化或いは還元されにくい酸化物が好ましい。これらの酸化物としては、Al23、As46、B23、BaO、BeO、CaO、Li2O、K2O、Na2O、In23、MgO、Sb25、SiO2、SrO、ZrO4が挙げられる。これらの中で、Al23、BaO、BeO、CaO、K2O、Na2O、MgO、SiO2、SrO、ZrO4が特に好ましい。これらの酸化物は、単独であっても、複合酸化物であっても良い。複合酸化物として好ましい化合物としては、ムライト(3Al23・2SiO2)、ステアタイト(MgO・SiO2)、フォルステライト(2MgO・SiO2)、コージェライト(2MgO・2Al23・5SiO2)等を挙げることが出来る。 Among chalcogenides, oxides are preferable, and oxides that are not easily oxidized or reduced are preferable. These oxides include Al 2 O 3 , As 4 O 6 , B 2 O 3 , BaO, BeO, CaO, Li 2 O, K 2 O, Na 2 O, In 2 O 3 , MgO, Sb 2 O. 5, SiO 2, SrO, ZrO 4 can be mentioned. Among these, Al 2 O 3 , BaO, BeO, CaO, K 2 O, Na 2 O, MgO, SiO 2 , SrO, and ZrO 4 are particularly preferable. These oxides may be single or complex oxides. Preferred compounds as the composite oxide include mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ), steatite (MgO.SiO 2 ), forsterite (2MgO.SiO 2 ), cordierite (2MgO.2Al 2 O 3 .5SiO 2). And the like.

これらの絶縁性の無機化合物粒子は、生成条件の制御や粉砕等の方法により、0.1μm以上、20μm以下、特に好ましくは0.2μm以上、15μm以下の粒子にして用いる。   These insulating inorganic compound particles are used as particles having a size of 0.1 μm or more and 20 μm or less, particularly preferably 0.2 μm or more and 15 μm or less, by a method such as control of production conditions or pulverization.

保護層は、これらの導電性の粒子および/または実質的に導電性を持たない粒子と結着剤を用いて形成する。結着剤は、後で述べる電極合剤を形成する時に用いる結着剤を用いることが出来る。粒子と結着剤の比率は両者の総重量に対して、粒子が40重量%以上、96重量%以下が好ましく、50重量%以上、94重量%以下がより好ましい。   The protective layer is formed by using these conductive particles and / or particles having substantially no conductivity and a binder. The binder used when forming the electrode mixture described later can be used. The ratio of the particles to the binder is preferably 40% by weight or more and 96% by weight or less, more preferably 50% by weight or more and 94% by weight or less, based on the total weight of both.

以下、非水二次電池を作るための他の材料と、製造方法について詳述する。非水二次電池に用いられる正・負極は、正極合剤あるいは負極合剤を集電体上に塗設して作ることが出来る。正極あるいは負極合剤には、それぞれ正極活物質あるいは負極材料のほか、それぞれに導電剤、結着剤、分散剤、フィラー、イオン導電剤、圧力増強剤や各種添加剤を含むことができる。   Hereinafter, other materials for producing the non-aqueous secondary battery and the manufacturing method will be described in detail. The positive and negative electrodes used in the non-aqueous secondary battery can be made by coating a positive electrode mixture or a negative electrode mixture on a current collector. In addition to the positive electrode active material or the negative electrode material, the positive electrode or the negative electrode mixture can contain a conductive agent, a binder, a dispersant, a filler, an ionic conductive agent, a pressure enhancer, and various additives, respectively.

負極材料としては、炭素質化合物、遷移金属又は周期表13から15族の金属、半金属元素の酸化物及び/又はカルコゲナイドを用いることができる。炭素質化合物としては、天然黒鉛、人工黒鉛、気相成長炭素、有機物の焼成された炭素などから選ばれ、黒鉛構造を含んでいるものが好ましい。また、炭素質化合物には、炭素以外にも、異種化合物、例えばB、P、N、S、SiC、B4Cを0〜10重量%含んでもよい。 As the negative electrode material, a carbonaceous compound, a transition metal, a metal belonging to Groups 13 to 15 of the periodic table, an oxide of a metalloid element, and / or a chalcogenide can be used. The carbonaceous compound is preferably selected from natural graphite, artificial graphite, vapor-grown carbon, baked carbon of an organic substance, and the like, and includes a graphite structure. In addition to carbon, the carbonaceous compound may contain 0 to 10% by weight of different types of compounds such as B, P, N, S, SiC, and B 4 C.

特に、負極材料としては、遷移金属又は周期律表13から15族の金属、半金属元素の酸化物及び/又はカルコゲナイドを主体とすることが好ましい。
負極材料としては、遷移金属又は周期律表13から15族の金属、半金属元素の酸化物及び/又はカルコゲナイドの他に、炭素質化合物を併用しても良い。
In particular, the negative electrode material is preferably mainly composed of a transition metal, a metal of Group 13 to 15 in the periodic table, an oxide of a metalloid element and / or a chalcogenide.
As the negative electrode material, a carbonaceous compound may be used in addition to the transition metal, the metal of group 13 to 15 of the periodic table, the oxide of metalloid element and / or chalcogenide.

遷移金属化合物としては、特にV、Ti、Fe、Mn、Co、Ni、Zn、W、Moの単独あるいは複合酸化物及び/又はカルコゲナイドが好ましい。更に好ましい化合物として、特開平6−44972号記載のLipCoq1-qz(ここでp=0.1〜2.5、q=0〜1、z=1.3〜4.5)を挙げる事が出来る。 As the transition metal compound, V, Ti, Fe, Mn, Co, Ni, Zn, W, Mo alone or a composite oxide and / or chalcogenide are particularly preferable. More preferable compounds are Li p Co q V 1-q O z described in JP-A-6-44972 (where p = 0.1 to 2.5, q = 0 to 1, z = 1.3 to 4. 5).

遷移金属以外の金属、半金属の化合物としては、周期律表第13族〜15族の元素、Ga、Si、Sn、Ge、Pb、Sb、Biの単独あるいはそれらの2種以上の組み合わせからなる化合物が選ばれる。   The metal or metalloid compound other than the transition metal is composed of a group 13-15 element of the periodic table, Ga, Si, Sn, Ge, Pb, Sb, Bi alone or a combination of two or more thereof. A compound is selected.

例えば、Ga23、SiO、GeO、GeO2、SnO、SnO2、SnS、SnSiO3、PbO、PbO2、Pb23、Pb24、Pb34、Sb23、Sb24、Sb25、Bi23、Bi24、Bi25、SnSiO3などが好ましい。又これらは、酸化リチウムとの複合酸化物、例えばLi2GeO3、Li2SnO2であってもよい。 For example, Ga 2 O 3 , SiO, GeO, GeO 2 , SnO, SnO 2 , SnS, SnSiO 3 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 2 O 4 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , Bi 2 O 5 , SnSiO 3 and the like are preferable. These may be composite oxides with lithium oxide, such as Li 2 GeO 3 and Li 2 SnO 2 .

上記の複合酸化物及び/又はカルコゲナイドは電池組み込み時に主として非晶質であることが好ましい。ここで言う主として非晶質とはCuKα線を用いたX線回折法で2θ値で20°から40°に頂点を有するブロードな散乱帯を有する物であり、結晶性の回折線を有してもよい。好ましくは2θ値で40°以上70°以下に見られる結晶性の回折線の内最も強い強度が、2θ値で20°以上40°以下に見られるブロードな散乱帯の頂点の回折線強度の500倍以下であることが好ましく、さらに好ましくは100倍以下であり、特に好ましくは5倍以下であり、最も好ましくは結晶性の回折線を有さないことである。   The above complex oxide and / or chalcogenide is preferably mainly amorphous when assembled into a battery. The term “amorphous” as used herein refers to an X-ray diffraction method using CuKα rays, which has a broad scattering band having an apex from 20 ° to 40 ° as a 2θ value, and has a crystalline diffraction line. Also good. Preferably, the strongest intensity of the crystalline diffraction lines seen at 2θ values of 40 ° or more and 70 ° or less is 500 of diffraction line intensities at the apexes of broad scattering bands seen at 20 ° or more and 40 ° or less of 2θ values. It is preferably not more than twice, more preferably not more than 100 times, particularly preferably not more than 5 times, and most preferably not having a crystalline diffraction line.

上記の複合酸化物及び/又はカルコゲナイドはB、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、P、As、Sb、Biの中の3種以上の元素の複合化合物である。
特に好ましくはB、Al、Si、Ge、Sn、Pの中の3種以上の元素から構成される複合化合物である。これらの複合化合物は、主として非晶質構造を修飾するために周期律表の1族から3族の元素またはハロゲン元素を含んでもよい。
The complex oxide and / or chalcogenide is a complex compound of three or more elements among B, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, P, As, Sb, and Bi.
Particularly preferred is a composite compound composed of three or more elements of B, Al, Si, Ge, Sn, and P. These composite compounds may contain a group 1 to group 3 element or a halogen element in the periodic table mainly to modify the amorphous structure.

上記の負極材料の中で、錫を主体とする非晶質の複合化合物が特に好ましく、次の一般式(1)で表される。
SnM1 atu一般式(1)
式中、M1はAl、B、P、Si、Ge、周期律表第1族元素、第2族元素、第3族元素、ハロゲン元素から選ばれる2種以上の元素を表し、aは0.2以上、2以下の数、tは1以上、6以下の数、uは0.5以下の数を表す。
Among the above negative electrode materials, an amorphous composite compound mainly composed of tin is particularly preferable, and is represented by the following general formula (1).
SnM 1 a O t S u general formula (1)
In the formula, M 1 represents two or more elements selected from Al, B, P, Si, Ge, Group 1 element, Group 2 element, Group 3 element, and halogen element in the periodic table, and a is 0 A number of 2 or more and 2 or less, t is a number of 1 or more and 6 or less, and u is a number of 0.5 or less.

一般式(1)の中で、次の一般式(2)の化合物が更に好ましい。
SnM2 btu一般式(2)
式中、M2はAl、B、P、Ge、周期律表第1族元素、第2族元素、第3族元素、ハロゲン元素から選ばれる2種以上の元素を表し、bは0.2以上、2以下の数、tは1以上、6以下の数、uは0.5以下の数を表す。
Of the general formula (1), compounds of the following general formula (2) are more preferable.
SnM 2 b O t S u general formula (2)
In the formula, M 2 represents two or more elements selected from Al, B, P, Ge, Group 1 elements, Group 2 elements, Group 3 elements, and halogen elements in the periodic table, and b is 0.2. The number is 2 or less, t is 1 or more and 6 or less, and u is 0.5 or less.

一般式(1)の中で、次の一般式(3)の化合物が更に好ましい。
SnM3 c4 dtu一般式(3)
式中、M3はAl、B、P、Si、Geの少なくとも2種を、M4は周期律表第1族元素、第2族元素、第3族元素、ハロゲン元素の少なくとも1種を表し、cは0.2以上、2以下の数、dは0.01以上、1以下の数で、0.2<c+d<2、tは1以上6以下の数、uは0.5以下の数を表す。
Of the general formula (1), compounds of the following general formula (3) are more preferable.
SnM 3 c M 4 d O t S u general formula (3)
In the formula, M 3 represents at least two of Al, B, P, Si, and Ge, and M 4 represents at least one of Group 1 element, Group 2 element, Group 3 element, and halogen element of the periodic table. , C is a number of 0.2 or more and 2 or less, d is a number of 0.01 or more and 1 or less, 0.2 <c + d <2, t is a number of 1 or more and 6 or less, and u is 0.5 or less. Represents a number.

3とM4は一般式(3)の化合物を全体として非晶質化させるための元素であり、M3は非晶化可能な元素であり、Al、B、P、Si、Geの2種以上を組み合わせて用いるのが好ましい。M4は非晶質の修飾が可能な元素であり、周期律表第1族元素、第2族元素、第3族元素、ハロゲン元素であり、K、Na、Cs、Mg、Ca、Ba、Y、Fが好ましい。 M 3 and M 4 are elements for making the compound of the general formula (3) amorphous as a whole, M 3 is an element that can be made amorphous, and 2 of Al, B, P, Si, Ge It is preferable to use a combination of more than one species. M 4 is an element that can be amorphously modified, and is a group 1 element, group 2 element, group 3 element, or halogen element in the periodic table, and K, Na, Cs, Mg, Ca, Ba, Y and F are preferred.

非晶質複合化合物は、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化合物を得るのが好ましい。   As the amorphous composite compound, any of a firing method and a solution method can be adopted, but a firing method is more preferable. In the firing method, it is preferable to obtain an amorphous composite compound by thoroughly mixing oxides or compounds of the elements described in the general formula (1) and then firing.

焼成条件としては、昇温速度として昇温速度毎分5℃以上200℃以下であることが好ましく、かつ焼成温度としては500℃以上1500℃以下であることが好ましく、かつ焼成時間としては1時間以上100時間以下であることが好ましい。且つ、下降温速度としては毎分2℃以上107℃以下であることが好ましい。 As firing conditions, the temperature rise rate is preferably 5 ° C. or more and 200 ° C. or less per minute, the firing temperature is preferably 500 ° C. or more and 1500 ° C. or less, and the firing time is 1 hour. It is preferable that it is 100 hours or less. Further, the rate of temperature decrease is preferably 2 ° C. or more and 10 7 ° C. or less per minute.

昇温速度とは「焼成温度(℃表示)の50%」から「焼成温度(℃表示)の80%」に達するまでの温度上昇の平均速度であり、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。   The rate of temperature rise is the average rate of temperature rise from “50% of the firing temperature (expressed in ° C)” to “80% of the firing temperature (expressed in ° C)”. ) 80% ”) to“ 50% of the firing temperature (expressed in degrees Celsius) ”.

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・meltdrag法などの超急冷法を用いることもできる。またニューガラスハンドブック(丸善1991)172頁記載の単ローラー法、双ローラ法を用いて冷却してもよい。焼成中に溶融する材料の場合には、焼成中に原料を供給しつつ焼成物を連続的に取り出してもよい。焼成中に溶融する材料の場合には融液を攪拌することが好ましい。   The temperature lowering may be cooled in a firing furnace, or taken out of the firing furnace and cooled, for example, in water. Also, super quenching methods such as gun method, Hammer-Anvil method, slap method, gas atomization method, plasma spray method, centrifugal quenching method, meltdrag method and the like described on page 217 of ceramics processing (Gihodo Publishing 1987) can be used. Moreover, you may cool using the single roller method and the double roller method of New Glass Handbook (Maruzen 1991) p.172. 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.

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。   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.

負極材料の化合物の平均粒子サイズは0.1〜60μmが好ましい。所定の粒子サイズにするには、良く知られた粉砕機や分級機が用いられる。例えば、乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、衛星ボールミル、遊星ボールミル、旋回気流型ジェットミルや篩などが用いられる。粉砕時には水、あるいはメタノール等の有機溶媒を共存させた湿式粉砕も必要に応じて行うことが出来る。所望の粒径とするためには分級を行うことが好ましい。分級方法としては特に限定はなく、篩、風力分級機などを必要に応じて用いることができる。分級は乾式、湿式ともに用いることができる。   The average particle size of the compound of the negative electrode material is preferably 0.1 to 60 μm. 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.

負極材料の例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。SnAl0.10.30.40.22.7、SnAl0.10.30.4Na0.22.7、SnAl0.10.30.4Rb0.22.7、SnAl0.10.30.4Cs0.22.7、SnAl0.10.50.5Mg0.10.23.15、SnAl0.10.50.5Ba0.080.083.19、SnAl0.20.40.42.9、SnAl0.30.50.22.7、SnAl0.30.72.5、SnB0.20.6Ba0.080.082.84、SnB0.40.4Ba0.10.12.65、SnB0.50.53、SnB0.50.5Mg0.13.1、SnB0.50.5Mg0.10.23、SnB0.50.5Li0.1Mg0.10.23.05、SnB0.50.50.1Mg0.10.23.05、SnB0.50.50.05Mg0.050.13.03、SnB0.50.50.05Mg0.10.23.03、SnB0.50.5Cs0.1Mg0.10.23.05、SnB0.50.5Cs0.05Mg0.050.13.03、SnB0.50.5Mg0.10.13.05、SnB0.50.5Mg0.10.23、SnB0.50.5Mg0.10.063.07、SnB0.50.5Mg0.10.143.03、SnPBa0.083.58、SnPK0.13.55、SnP0.05Mg0.053.58、SnPCs0.13.55、SnPBa0.080.083.54、SnPK0.1Mg0.10.23.55、SnPK0.05Mg0.050.13.53、SnPCs0.1Mg0.10.23.55、SnPCs0.05Mg0.050.13.53、Sn1.10.20.6Ba0.080.082.94、Sn1.10.20.6Li0.10.1Ba0.10.13.05、Sn1.10.40.4Ba0.082.74、Sn1.1PCs0.053.63、Sn1.1PK0.053.63、Sn1.2Al0.10.30.4Cs0.22.9、Sn1.20.20.6Ba0.083.08、Sn1.20.20.6Ba0.080.083.04、Sn1.20.20.6Mg0.04Ba0.043.08、Sn1.20.30.5Ba0.082.98、Sn1.3Al0.10.30.4Na0.23、Sn1.30.40.4Ca0.23.1、Sn1.30.40.4Ba0.23.1、Sn1.4PK0.24、Sn1.4Ba0.1PK0.24.15、Sn1.4Ba0.2PK0.24.3、Sn1.4Ba0.2PK0.2Ba0.10.24.3、Sn1.4PK0.34.05、Sn1.5PK0.24.1、Sn1.5PK0.14.05、Sn1.5PCs0.054.03、Sn1.5PCs0.05Mg0.10.24.03、Sn227、SnSi0.5Al0.10.20.1Ca0.43.1、SnSi0.4Al0.20.42.7、SnSi0.5Al0.20.10.1Mg0.12.8、SnSi0.6Al0.20.22.8、SnSi0.5Al0.30.40.23.55、SnSi0.5Al0.30.40.54.30、SnSi0.6Al0.10.10.33.25、SnSi0.6Al0.10.10.1Ba0.22.95、SnSi0.6Al0.10.10.1Ca0.22.95、SnSi0.6Al0.10.2Mg0.22.85、SnSi0.6Al0.10.30.13.05、SnSi0.6Al0.2Mg0.22.7、SnSi0.6Al0.2Ca0.22.7、SnSi0.6Al0.20.23SnSi 0.36 0.2 0.2 3 SnSi0.8Al0.22.9、SnSi0.8Al0.30.20.23.85、SnSi0.80.22.9、SnSi0.8Ba0.22.8、SnSi0.8Mg0.22.8、SnSi0.8Ca0.22.8、SnSi0.80.23.1、Sn0.9Mn0.30.40.4Ca0.1Rb0.12.95、Sn0.9Fe0.30.40.4Ca0.1Rb0.12.95、Sn0.8Pb0.2Ca0.10.93.35、Sn0.3Ge0.7Ba0.10.93.35、Sn0.9Mn0.1Mg0.10.93.35、Sn0.2Mn0.8Mg0.10.93.35、Sn0.7Pb0.3Ca0.10.93.35、Sn0.2Ge0.8Ba0.10.93.35。SnAl0.30.50.22.70.01、SnAl0.20.40.42.850.05、SnB0.20.50.1Mg0.1Ge0.12.70.1
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。
Examples of the negative electrode material are shown below, but are not limited thereto. SnAl 0.1 B 0.3 P 0.4 K 0.2 O 2.7 , SnAl 0.1 B 0.3 P 0.4 Na 0.2 O 2.7 , SnAl 0.1 B 0.3 P 0.4 Rb 0.2 O 2.7 , SnAl 0.1 B 0.3 P 0.4 Cs 0.2 O 2.7 , SnAl 0.1 B 0.5 P 0.5 Mg 0.1 F 0.2 O 3.15 , SnAl 0.1 B 0.5 P 0.5 Ba 0.08 F 0.08 O 3.19 , SnAl 0.2 B 0.4 P 0.4 O 2.9 , SnAl 0.3 B 0.5 P 0.2 O 2.7 , SnAl 0.3 B 0.7 O 2.5 , SnB 0.2 P 0.6 Ba 0.08 F 0.08 O 2.84 , SnB 0.4 P 0.4 Ba 0.1 F 0.1 O 2.65 , SnB 0.5 P 0.5 O 3 , SnB 0.5 P 0.5 Mg 0.1 O 3.1 , SnB 0.5 P 0.5 Mg 0.1 F 0.2 O 3 , SnB 0.5 P 0.5 Li 0.1 Mg 0.1 F 0.2 O 3.05 , SnB 0.5 P 0.5 K 0.1 Mg 0.1 F 0.2 O 3.05 , SnB 0.5 P 0.5 K 0.05 Mg 0.05 F 0.1 O 3.03 , SnB 0.5 P 0.5 K 0.05 Mg 0.1 F 0.2 O 3.03 , SnB 0.5 P 0.5 Cs 0.1 Mg 0.1 0.2 O 3.05, SnB 0.5 P 0.5 Cs 0.05 Mg 0.05 F 0.1 O 3.03, SnB 0.5 P 0.5 Mg 0.1 F 0.1 O 3.05, SnB 0.5 P 0.5 Mg 0.1 F 0.2 O 3, SnB 0.5 P 0.5 Mg 0.1 F 0.06 O 3.07, SnB 0.5 P 0.5 Mg 0.1 F 0.14 O 3.03 , SnPBa 0.08 O 3.58 , SnPK 0.1 O 3.55 , SnP 0.05 Mg 0.05 O 3.58 , SnPCs 0.1 O 3.55 , SnPBa 0.08 F 0.08 O 3.54 , SnPK 0.1 Mg 0.1 F 0.2 O 3.55 , SnP 0.05 Mg 0.05 F 0.1 O 3.53 , SnPCs 0.1 Mg 0.1 F 0.2 O 3.55 , SnPCs 0.05 Mg 0.05 F 0.1 O 3.53 , Sn 1.1 B 0.2 P 0.6 Ba 0.08 F 0.08 O 2.94 , Sn 1.1 B 0.2 P 0.6 Li 0.1 K 0.1 Ba 0.1 F 0.1 O 3.05 , Sn 1.1 B 0.4 P 0.4 Ba 0.08 O 2.74 , Sn 1.1 PCs 0.05 O 3.63 , Sn 1.1 PK 0.05 O 3.63 , Sn 1.2 Al 0.1 B 0.3 P 0.4 Cs 0.2 O 2.9 , Sn 1.2 B 0.2 P 0.6 Ba 0.08 O 3.08 , Sn 1.2 B 0.2 P 0.6 Ba 0.08 F 0.08 O 3.04 , Sn 1.2 B 0.2 P 0.6 Mg 0.04 Ba 0.04 O 3.08 , Sn 1.2 B 0.3 P 0.5 Ba 0.08 O 2.98 , Sn 1.3 Al 0.1 B 0.3 P 0.4 Na 0.2 O 3 , Sn 1.3 B 0.4 P 0.4 Ca 0.2 O 3.1 , Sn 1.3 B 0.4 P 0.4 Ba 0.2 O 3.1 , Sn 1.4 PK 0.2 O 4 , Sn 1.4 Ba 0.1 PK 0.2 O 4.15 , Sn 1.4 Ba 0.2 PK 0.2 O 4.3 , Sn 1.4 Ba 0.2 PK 0.2 Ba 0.1 F 0.2 O 4.3 , Sn 1.4 PK 0.3 O 4.05 , Sn 1.5 PK 0.2 O 4.1 , Sn 1.5 PK 0.1 O 4.05 , Sn 1.5 PCs 0.05 O 4.03 , Sn 1.5 PCs 0.05 Mg 0.1 F 0.2 O 4.03 , Sn 2 P 2 O 7 , SnSi 0.5 Al 0.1 B 0.2 P 0.1 Ca 0.4 O 3.1 , SnSi 0.4 Al 0.2 B 0.4 O 2.7 , SnSi 0.5 Al 0.2 B 0.1 P 0.1 Mg 0.1 O 2.8 , SnSi 0.6 Al 0.2 B 0.2 O 2.8 , SnSi 0.5 Al 0.3 B 0.4 P 0.2 O 3.55 , SnSi 0.5 Al 0.3 B 0.4 P 0.5 O 4.30 , SnSi 0.6 Al 0.1 B 0.1 P 0.3 O 3.25 , SnSi 0.6 Al 0.1 B 0.1 P 0.1 Ba 0.2 O 2.95 , SnSi 0.6 Al 0.1 B 0.1 P 0.1 Ca 0.2 O 2.95 , SnSi 0.6 Al 0.1 B 0.2 Mg 0.2 O 2.85 , SnSi 0.6 Al 0.1 B 0.3 P 0.1 O 3.05 , SnSi 0.6 Al 0.2 Mg 0.2 O 2.7 , SnSi 0.6 Al 0.2 Ca 0.2 O 2.7 , SnSi 0.6 Al 0.2 P 0.2 O 3 , SnSi 0.36 B 0.2 P 0.2 O 3 , SnSi 0.8 Al 0.2 O 2.9 , SnSi 0.8 Al 0.3 B 0.2 P 0.2 O 3.85 , SnSi 0.8 B 0.2 O 2.9 , SnSi 0.8 Ba 0.2 O 2.8, SnSi 0.8 Mg 0.2 O 2.8 , SnSi 0.8 Ca 0.2 O 2.8, SnSi 0.8 P 0.2 O 3.1, Sn 0.9 Mn 0.3 B 0.4 P 0.4 Ca 0.1 Rb 0.1 O 2.95, Sn 0.9 Fe 0.3 B 0.4 0.4 Ca 0.1 Rb 0.1 O 2.95, Sn 0.8 Pb 0.2 Ca 0.1 P 0.9 O 3.35, Sn 0.3 Ge 0.7 Ba 0.1 P 0.9 O 3.35, Sn 0.9 Mn 0.1 Mg 0.1 P 0.9 O 3.35, Sn 0.2 Mn 0.8 Mg 0.1 P 0.9 O 3.35, Sn 0.7 Pb 0.3 Ca 0.1 P 0.9 O 3.35, Sn 0.2 Ge 0.8 Ba 0.1 P 0.9 O 3.35. SnAl 0.3 B 0.5 P 0.2 O 2.7 S 0.01 , SnAl 0.2 B 0.4 P 0.4 O 2.85 S 0.05 , SnB 0.2 P 0.5 K 0.1 Mg 0.1 Ge 0.1 O 2.7 S 0.1
The chemical formula of the compound obtained by firing can be calculated from an inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopic analysis method as a measurement method and a weight difference between powders before and after firing as a simple method.

負極材料には各種元素を含ませることができる。例えば、ランタノイド系金属(Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg)や、電子伝導性をあげる各種化合物(例えば、Sn、In、Nbの化合物)のドーパントを含んでもよい。添加する化合物の量は0〜5モル%が好ましい。   Various elements can be included in the negative electrode material. For example, it may contain a dopant of a lanthanoid metal (Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg) or various compounds that increase electron conductivity (for example, Sn, In, Nb compounds). . The amount of the compound to be added is preferably 0 to 5 mol%.

酸化物の正極活物質あるいは負極材料の表面を、用いられる正極活物質や負極材料と異なる化学式を持つ酸化物で被覆することができる。この表面酸化物は、酸性にもアルカリ性にも溶解する化合物を含む酸化物が好ましい。さらに電子伝導性の高い金属酸化物が好ましい。例えば、PbO2、Fe23、SnO2、In22、ZnOなどやまたはこれらの酸化物にドーパント(例えば、酸化物では原子価の異なる金属、ハロゲン元素など)を含ませることが好ましい。特に好ましくは、SiO2、SnO2、Fe23、ZnO、PbO2である。これらの表面処理に使用される金属酸化物の量は、該正極活物質・負極材料当たり、0.1〜10重量%が好ましく、0.2〜5重量%が特に好ましく、0.3〜3重量%が最も好ましい。 The surface of the oxide positive electrode active material or negative electrode material can be coated with an oxide having a chemical formula different from that of the positive electrode active material or negative electrode material used. The surface oxide is preferably an oxide containing a compound that dissolves both acidic and alkaline. Furthermore, a metal oxide with high electron conductivity is preferable. For example, PbO 2 , Fe 2 O 3 , SnO 2 , In 2 O 2 , ZnO or the like or a dopant (for example, a metal having a different valence in the oxide, a halogen element, or the like) is preferably included in these oxides. . Particularly preferred are SiO 2 , SnO 2 , Fe 2 O 3 , ZnO, and PbO 2 . The amount of the metal oxide used for these surface treatments is preferably 0.1 to 10% by weight, particularly preferably 0.2 to 5% by weight, and preferably 0.3 to 3% per positive electrode active material / negative electrode material. Weight percent is most preferred.

また、このほかに、正極活物質や負極材料の表面を改質することができる。例えば、金属酸化物の表面をエステル化剤により処理、キレート化剤で処理、導電性高分子、ポリエチレンオキサイドなどにより処理することが挙げられる。   In addition, the surface of the positive electrode active material or the negative electrode material can be modified. For example, the surface of the metal oxide may be treated with an esterifying agent, treated with a chelating agent, treated with a conductive polymer, polyethylene oxide, or the like.

正極活物質は可逆的にリチウムイオンを挿入・放出できる遷移金属酸化物でも良いが、特にリチウム含有遷移金属酸化物が好ましい。好ましいリチウム含有遷移金属酸化物正極活物質としては、リチウム含有Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Wを含む酸化物が挙げられる。またリチウム以外のアルカリ金属(周期律表の第IA、第IIAの元素)、及びまたはAl、Ga、In、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Si、P、Bなどを混合してもよい。混合量は遷移金属に対して0〜30モル%が好ましい。   The positive electrode active material may be a transition metal oxide capable of reversibly inserting and releasing lithium ions, but a lithium-containing transition metal oxide is particularly preferable. Preferred lithium-containing transition metal oxide positive electrode active materials include oxides containing lithium-containing Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, and W. Alkali metals other than lithium (elements IA and IIA in the periodic table) and / or Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Si, P, B, etc. may be mixed. . The mixing amount is preferably 0 to 30 mol% with respect to the transition metal.

より好ましいリチウム含有遷移金属酸化物正極活物質としては、リチウム化合物/遷移金属化合物(ここで遷移金属とは、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Mo、Wから選ばれる少なくとも1種)の合計のモル比が0.3〜2.2になるように混合して合成することが好ましい。   More preferable lithium-containing transition metal oxide positive electrode active material is a lithium compound / transition metal compound (where the transition metal is at least one selected from Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Mo, W) It is preferable to mix and synthesize so that the total molar ratio of the seeds is 0.3 to 2.2.

特に好ましいリチウム含有遷移金属酸化物正極活物質としては、リチウム化合物/遷移金属化合物(ここで遷移金属とは、V、Cr、Mn、Fe、Co、Niから選なれる少なくとも1種)の合計のモル比が0.3〜2.2になるように混合して合成することが好ましい。   A particularly preferable lithium-containing transition metal oxide positive electrode active material is a total mole of lithium compound / transition metal compound (wherein the transition metal is at least one selected from V, Cr, Mn, Fe, Co, and Ni). It is preferable to mix and synthesize so that the ratio is 0.3 to 2.2.

特に好ましいリチウム含有遷移金属酸化物正極活物質とは、LixQOy(ここでQは主として、その少なくとも一種がCo、Mn、Ni、V、Feを含む遷移金属、x=0.02〜1.2、y=1.4〜3)であることが好ましい。Qとしては遷移金属以外にAl、Ga、In、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Si、P、Bなどを混合してもよい。混合量は遷移金属に対して0〜30モル%が好ましい。 A particularly preferable lithium-containing transition metal oxide positive electrode active material is Li x QO y (where Q is mainly a transition metal containing at least one of Co, Mn, Ni, V, and Fe, x = 0.02 to 1). .2, y = 1.4-3). As Q, in addition to the transition metal, Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Si, P, B, or the like may be mixed. The mixing amount is preferably 0 to 30 mol% with respect to the transition metal.

さらに好ましいリチウム含有金属酸化物正極活物質としては、LixCoO2、LixNiO2、LixMnO2、LixCoaNi1-a2、LizCob1-bz、LixCobFe1-b2、LixMn24、LixMncCo2-c4、LixMncNi2-c4、LixMnc2-cz、LixMncFe2-c4、LixCob1-b2、LixCobSi1-b2、LixMn24とMnO2の混合物、Li2xMnO3とMnO2の混合物、LixMnO4、Li2xMnO3とMnO2の混合物(ここでx=0.02〜1.2、a=0.1〜0.9、b=0.8〜0.98、c=1.6〜1.96、z=2.01〜5)を挙げられる。 More preferable lithium-containing metal oxide positive electrode active materials include Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x MnO 2 , Li x Co a Ni 1-a O 2 , Li z Co b V 1-b O z , Li x Co b Fe 1-b O 2, Li x Mn 2 O 4, Li x Mn c Co 2-c O 4, Li x Mn c Ni 2-c O 4, Li x Mn c V 2-c O z , Li x Mn c Fe 2- c O 4, Li x Co b B 1-b O 2, Li x Co b Si 1-b O 2, a mixture of Li x Mn 2 O 4 and MnO 2, Li 2x MnO 3 And MnO 2 mixture, Li x MnO 4 , Li 2x MnO 3 and MnO 2 mixture (where x = 0.02-1.2, a = 0.1-0.9, b = 0.8-0 .98, c = 1.6 to 1.96, z = 2.01 to 5).

さらに好ましいリチウム含有金属酸化物正極活物質としては、LixCoO2、LixNiO2、LixMnO2、LixCoaNi1-a2、LixCob1-bz、LixCobFe1-b2、LixMn24、LixMncCo2-c4、LixMncNi2-c4、LixMnc2-c4、LixMncFe2-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)が挙げられる。 More preferable lithium-containing metal oxide positive electrode active materials include Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x MnO 2 , Li x Co a Ni 1-a O 2 , Li x Co b V 1-b O z , Li x Co b Fe 1-b O 2, Li x Mn 2 O 4, Li x Mn c Co 2-c O 4, Li x Mn c Ni 2-c O 4, Li x Mn c V 2-c O 4 Li x Mn c Fe 2 -c O 4 (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 = 2.01 to 2.3).

最も好ましいリチウム含有遷移金属酸化物正極活物質としては、LixCoO2、LixNiO2、LixMnO2、LixCoaNi1-a2、LixMn24、LixCob1-bz(ここでx=0.02〜1.2、a=0.1〜0.9、b=0.9〜0.98、z=2.02〜2.3)が挙げられる。ここで、上記のx値は、充放電開始前の値であり、充放電により増減する。 The most preferable lithium-containing transition metal oxide positive electrode active materials include 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 , 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 = 2.02 to 2.3) Is mentioned. Here, said x value is a value before the start of charging / discharging, and it increases / decreases by charging / discharging.

正極活物質は、リチウム化合物と遷移金属化合物を混合、焼成する方法や溶液反応により合成することができるが、特に焼成法が好ましい。焼成温度は、混合された化合物の一部が分解、溶融する温度であればよく、例えば250〜2000℃が好ましく、特に350〜1500℃が好ましい。焼成に際しては250〜900℃で仮焼する事が好ましい。焼成時間としては1〜72時間が好ましく、更に好ましくは2〜20時間である。また、原料の混合法は乾式でも湿式でもよい。また、焼成後に200℃〜900℃でアニールしてもよい。   The positive electrode active material can be synthesized by a method in which a lithium compound and a transition metal compound are mixed and fired, or by a solution reaction, and the firing method is particularly preferable. The baking temperature may be a temperature at which a part of the mixed compound is decomposed and melted, and is preferably 250 to 2000 ° C, and particularly preferably 350 to 1500 ° C. In firing, it is preferably calcined at 250 to 900 ° C. The firing time is preferably 1 to 72 hours, more preferably 2 to 20 hours. The raw material mixing method may be dry or wet. Moreover, you may anneal at 200 to 900 degreeC after baking.

焼成ガス雰囲気は特に限定されず酸化雰囲気、還元雰囲気いずれもとることができる。たとえば空気中、あるいは酸素濃度を任意の割合に調製したガス、あるいは水素、一酸化炭素、窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノン、二酸化炭素等が挙げられる。   The firing gas atmosphere is not particularly limited and can be either an oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere. For example, in the air or a gas whose oxygen concentration is adjusted to an arbitrary ratio, hydrogen, carbon monoxide, nitrogen, argon, helium, krypton, xenon, carbon dioxide, or the like can be given.

正極活物質の合成に際し、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が好ましい。   In synthesizing the positive electrode active material, a method of chemically inserting lithium ions into the transition metal oxide is preferably a method of synthesizing lithium metal, a lithium alloy, or butyl lithium by reacting with the transition metal oxide.

正極活物質の平均粒子サイズは特に限定されないが、0.1〜50μmが好ましい。比表面積としては特に限定されないが、BET法で0.01〜50m2/gが好ましい。また正極活物質5gを蒸留水100mlに溶かした時の上澄液のpHとしては7以上12以下が好ましい。 Although the average particle size of a positive electrode active material is not specifically limited, 0.1-50 micrometers is preferable. Although it does not specifically limit as a specific surface area, 0.01-50 m < 2 > / g is preferable by BET method. The pH of the supernatant when 5 g of the positive electrode active material is dissolved in 100 ml of distilled water is preferably 7 or more and 12 or less.

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、振動ボールミル、振動ミル、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。   To obtain a predetermined particle size, a well-known pulverizer or classifier is used. For example, a mortar, a ball mill, a vibration ball mill, a vibration mill, a satellite ball mill, a planetary ball mill, a swirling air flow type jet mill, a sieve, or the like is used.

焼成によって得られた正極活物質は水、酸性水溶液、アルカリ性水溶液、有機溶剤にて洗浄した後使用してもよい。
負極材料と正極活物質との組み合わせは、好ましくは上記の一般式(1)で示される化合物とLixCoO2、LixNiO2、LixCoaNi1-a2、LixMnO2、LixMn24、またはLixCob1-b2(ここでx=0.02〜1.2、a=0.1〜0.9、b=0.9〜0.98、z=2.02〜2.3)の組み合わせであり、高い放電電圧、高容量で充放電サイクル特性の優れた非水二次電池を得ることができる。
The positive electrode active material obtained by firing may be used after being washed with water, an acidic aqueous solution, an alkaline aqueous solution, or an organic solvent.
The combination of the negative electrode material and the positive electrode active material is preferably a compound represented by the above general formula (1), Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x Co a Ni 1-a O 2 , or Li x MnO 2. , Li x Mn 2 O 4 , or Li x Co b V 1-b O 2 (where x = 0.02 to 1.2, a = 0.1 to 0.9, b = 0.9 to 0. 98, z = 2.02 to 2.3), and a non-aqueous secondary battery having high discharge voltage, high capacity and excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained.

電極合剤には、導電剤や結着剤やフィラーなどを添加することができる。導電剤は、構成された電池において、化学変化を起こさない電子伝導性材料であれば何でもよい。通常、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛など)、人工黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維や金属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀など)粉、金属繊維あるいはポリフェニレン誘導体などの導電性材料を1種またはこれらの混合物として含ませることができる。黒鉛とアセチレンブラックの併用が特に好ましい。その添加量は、1〜50重量%が好ましく、特に2〜30重量%が好ましい。カーボンや黒鉛では、2〜15重量%が好ましい。   A conductive agent, a binder, a filler, or the like can be added to the electrode mixture. The conductive agent may be anything as long as it is an electron conductive material that does not cause a chemical change in the constructed battery. Usually, natural graphite (such as scaly graphite, scaly graphite, earthy graphite), artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon fiber or metal (copper, nickel, aluminum, silver, etc.) powder, metal fiber or A conductive material such as a polyphenylene derivative may be included as one type or a mixture thereof. The combined use of graphite and acetylene black is particularly preferred. The addition amount is preferably 1 to 50% by weight, particularly preferably 2 to 30% by weight. In the case of carbon or graphite, 2 to 15% by weight is preferable.

結着剤には、通常、でんぷん、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム、ポリブタジエン、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシドなどの多糖類、熱可塑性樹脂、ゴム弾性を有するポリマーなどが1種またはこれらの混合物として用いられる。また多糖類のようにリチウムと反応するような官能基を含む化合物を用いるときは、例えば、イソシアネート基のような化合物を添加してその官能基を失活させることが好ましい。その結着剤の添加量は、1〜50重量%が好ましく、特に2〜30重量%が好ましい。   The binder is usually starch, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, diacetyl cellulose, polyvinyl chloride, polyvinyl pyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-di. Enter polymers (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, polybutadiene, fluoro rubber, polyethylene oxide and other polysaccharides, thermoplastic resins, rubber elastic polymers, and the like are used as one kind or a mixture thereof. Moreover, when using the compound containing a functional group which reacts with lithium like a polysaccharide, it is preferable to add the compound like an isocyanate group and to deactivate the functional group, for example. The amount of the binder added is preferably 1 to 50% by weight, and particularly preferably 2 to 30% by weight.

フィラーは、構成された電池において、化学変化を起こさない繊維状材料であれば何でも用いることができる。通常、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのオレフィン系ポリマー、ガラス、炭素などの繊維が用いられる。フィラーの添加量は特に限定されないが、0〜30重量%が好ましい。   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.

負極材料を非水二次電池系において使用するに当たっては、化合物を含む水分散合剤ペーストを集電体上に塗布・乾燥する。該水分散合剤ペーストのpHは5以上10未満、さらには6以上9未満であることが好ましい。また、該水分散ペーストの温度を5℃以上80℃未満に保ち、かつペーストの調製後7日以内に集電体上への塗布を行うことが好ましい。   When the negative electrode material is used in a non-aqueous secondary battery system, a water-dispersed mixture paste containing a compound is applied and dried on a current collector. The pH of the aqueous dispersion mixture paste is preferably 5 or more and less than 10, and more preferably 6 or more and less than 9. In addition, it is preferable that the temperature of the water-dispersed paste is kept at 5 ° C. or higher and lower than 80 ° C., and is applied onto the current collector within 7 days after the paste is prepared.

図1に示すセパレーター3としては、大きなイオン透過度を持ち、所定の機械的強度を持ち、絶縁性の微多孔または隙間のある材料が用いられる。更に安全性向上のためには、80℃以上で上記の隙間を閉塞して抵抗をあげ、電流を遮断する機能を持つことが必要である。これらの隙間の閉塞温度は90℃以上180℃以下、より好ましくは110℃以上170℃以下である。   As the separator 3 shown in FIG. 1, a material having a large ion permeability, a predetermined mechanical strength, and an insulating microporous or gap is used. Furthermore, in order to improve safety, it is necessary to have a function of blocking the current by closing the gaps at 80 ° C. or higher to increase resistance. The closing temperature of these gaps is 90 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, more preferably 110 ° C. or higher and 170 ° C. or lower.

隙間の作り方は、材料によって異なるが公知のいずれの方法であっても良い。多孔質フィルムの場合には、孔の形状は通常円形や楕円形で、大きさは0.05μmから30μmであり、0.1μmから20μmが好ましい。更に、延伸法、相分離法で作った場合のように、棒状や不定形の孔であっても良い。布の場合は、隙間は繊維間の空隙であり、織布、不織布の作り方に依存する。これらの隙間のしめる比率すなわち気孔率は20%から90%であり、35%から80%が好ましい。   The method of creating the gap varies depending on the material, but any known method may be used. In the case of a porous film, the shape of the hole is usually circular or elliptical, and the size is 0.05 μm to 30 μm, preferably 0.1 μm to 20 μm. Furthermore, it may be a rod-like or irregular-shaped hole as in the case of making by a stretching method or a phase separation method. In the case of cloth, the gap is a gap between fibers and depends on how to make a woven or non-woven fabric. The proportion of these gaps, that is, the porosity, is 20% to 90%, preferably 35% to 80%.

セパレーターの膜厚は、5μm以上100μm以下、より好ましくは10μm以上80μm以下の微多孔性のフィルム、織布、不織布などの布である。セパレーターは、エチレン成分を少なくとも20重量%含むものが好ましく、特に好ましいのは30%以上含むものである。エチレン以外の成分としては、プロピレン、ブテン、ヘキセン、フッ化エチレン、塩化ビニル、酢酸ビニル、アセタール化ビニルアルコールが挙げられ、プロピレン、フッ化エチレンが特に好ましい。   The separator has a film thickness of 5 μm or more and 100 μm or less, more preferably 10 μm or more and 80 μm or less, such as a microporous film, a woven fabric, or a nonwoven fabric. The separator preferably contains at least 20% by weight of an ethylene component, and particularly preferably contains 30% or more. Examples of components other than ethylene include propylene, butene, hexene, ethylene fluoride, vinyl chloride, vinyl acetate, and acetalized vinyl alcohol, with propylene and ethylene fluoride being particularly preferred.

微多孔性のフィルムは、ポリエチレン、エチレン−プロピレン共重合ポリマーやエチレン−ブテン共重合ポリマーからなるものが好ましい。さらに、ポリエチレンとポリプロピレン、ポリエチレンとポリ4フッ化エチレンを混合溶解して作ったものも好ましい。   The microporous film is preferably made of polyethylene, ethylene-propylene copolymer or ethylene-butene copolymer. Further, those prepared by mixing and dissolving polyethylene and polypropylene, or polyethylene and polytetrafluoroethylene are also preferred.

不織布や織布は、糸の径が0.1μmから5μmで、ポリエチレン、エチレン−プロピレン共重合ポリマー、エチレン−ブテン1共重合ポリマー、エチレン−メチルブテン共重合ポリマー、エチレン−メチルペンテン共重合ポリマー、ポリプロピレン、ポリ4フッ化エチレン繊維系からなるものが好ましい。   Nonwoven fabrics and woven fabrics have a thread diameter of 0.1 μm to 5 μm, polyethylene, ethylene-propylene copolymer, ethylene-butene 1 copolymer, ethylene-methylbutene copolymer, ethylene-methylpentene copolymer, polypropylene Those made of polytetrafluoroethylene fiber are preferred.

これらのセパレーターは、単一の材料であっても、複合材料であっても良い。特に、孔径、気孔率や孔の閉塞温度などを変えた2種以上の微多孔フィルムを積層したもの、微多孔フィルムと不織布、微多孔フィルムと織布、不織布と紙など異なる形態の材料を複合したものが特に好ましい。   These separators may be a single material or a composite material. In particular, a composite of two or more types of microporous films with different pore sizes, porosity and pore closing temperature, etc., microporous films and nonwoven fabrics, microporous films and woven fabrics, and nonwoven fabrics and papers. That is particularly preferred.

正負極の集電体としては、構成された電池において化学変化を起こさない電子伝導体であれば何でもよい。例えば、正極には、材料としてステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、炭素などの他にアルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたものが用いられる。特に、アルミニウムあるいはアルミニウム合金が好ましい。   The positive and negative electrode current collectors may be anything as long as they are electronic conductors that do not cause a chemical change in the constructed battery. For example, a material obtained by treating the surface of aluminum or stainless steel with carbon, nickel, titanium, or silver in addition to stainless steel, nickel, aluminum, titanium, carbon, or the like as a material is used for the positive electrode. In particular, aluminum or an aluminum alloy is preferable.

負極には、材料としてステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、アルミニウム、炭素などの他に、銅やステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたもの、Al−Cd合金などが用いられる。特に、銅あるいは銅合金が好ましい。   For the negative electrode, in addition to stainless steel, nickel, copper, titanium, aluminum, carbon, etc., the surface of copper or stainless steel treated with carbon, nickel, titanium or silver, Al-Cd alloy, etc. are used. It is done. In particular, copper or a copper alloy is preferable.

これらの材料の表面を酸化してもよい。また、表面処理により集電体表面に凹凸を付けることが望ましい。形状は、フォイルの他、フィルム、シート、ネット、パンチされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体などが用いられる。厚みは、特に限定されないが、1〜500μmのものが用いられる。   The surface of these materials may be oxidized. Further, it is desirable to make the current collector surface uneven by surface treatment. As the shape, a film, a sheet, a net, a punched product, a lath body, a porous body, a foamed body, a molded body of a fiber group, and the like are used in addition to the foil. The thickness is not particularly limited, but a thickness of 1 to 500 μm is used.

電池の形状はコイン、ボタン、シート、シリンダー、偏平、角などいずれにも適用できる。電池の形状がコインやボタンのときは、正極活物質や負極材料の合剤はペレットの形状に圧縮されて主に用いられる。そのペレットの厚みや直径は電池の大きさにより決められる。また、電池の形状がシート、シリンダー、角のとき、正極活物質や負極材料の合剤は、集電体の上に塗布(コート)、乾燥、圧縮されて、主に用いられる。塗布方法は、一般的な方法を用いることができる。   The battery shape can be applied to any of coins, buttons, sheets, cylinders, flats, corners, and the like. When the shape of the battery is a coin or button, the positive electrode active material or the negative electrode material mixture is mainly used after being compressed into a pellet shape. The thickness and diameter of the pellet are determined by the size of the battery. Moreover, when the shape of the battery is a sheet, cylinder, or corner, the positive electrode active material or the negative electrode material mixture is mainly used after being applied (coated), dried and compressed on the current collector. As a coating method, a general method can be used.

例えば、リバースロール法、ダイレクトロール法、ブレード法、ナイフ法、エクストルージョン法、カーテン法、グラビア法、バー法、ディップ法及びスクイーズ法を挙げることができる。その中でもブレード法、ナイフ法及びエクストルージョン法が好ましい。塗布は、0.1〜100m/分の速度で実施されることが好ましい。この際、合剤の溶液物性、乾燥性に合わせて、上記塗布方法を選定することにより、良好な塗布層の表面状態を得ることができる。塗布は、片面ずつ逐時でも両面同時でもよい。また、塗布は連続でも間欠でもストライプでもよい。その塗布層の厚み、長さや巾は、電池の大きさにより決められるが、片面の塗布層の厚みは、ドライ後の圧縮された状態で、1〜2000μmが特に好ましい。   Examples thereof include a reverse roll method, a direct roll method, a blade method, a knife method, an extrusion method, a curtain method, a gravure method, a bar method, a dip method, and a squeeze method. Of these, the blade method, knife method and extrusion method are preferred. The application is preferably performed at a speed of 0.1 to 100 m / min. Under the present circumstances, the surface state of a favorable coating layer can be obtained by selecting the said application | coating method according to the solution physical property and dryness of a mixture. The application may be performed one side at a time or simultaneously on both sides. The application may be continuous, intermittent, or striped. Although the thickness, length, and width of the coating layer are determined by the size of the battery, the thickness of the coating layer on one side is particularly preferably 1 to 2000 μm in a compressed state after drying.

ペレットやシートの乾燥又は脱水方法としては、一般に採用されている方法を利用することができる。特に、熱風、真空、赤外線、遠赤外線、電子線及び低温風を単独あるいは組み合わせて用いることが好ましい。温度は80〜350℃の範囲が好ましく、特に100〜250℃の範囲が好ましい。含水量は、電池全体で2000ppm以下が好ましく、正極合剤、負極合剤や電解質ではそれぞれ500ppm以下にすることがサイクル性の点で好ましい。ペレットやシートのプレス法は、一般に採用されている方法を用いることができるが、特に金型プレス法やカレンダープレス法が好ましい。プレス圧は、特に限定されないが、0.2〜3t/cm2が好ましい。カレンダープレス法のプレス速度は0.1〜50m/分が好ましく、プレス温度は室温〜200℃が好ましい。正極シートに対する負極シートの幅の比は、0.9〜1.1が好ましく、0.95〜1.0が特に好ましい。正極活物質と負極材料の含有量比は、化合物種類や合剤処方により異なるため、限定できないが、容量、サイクル性、安全性の観点で最適な値に設定できる。 As a method for drying or dehydrating pellets and sheets, a generally adopted method can be used. In particular, it is preferable to use hot air, vacuum, infrared rays, far-infrared rays, electron beams and low-temperature air alone or in combination. The temperature is preferably in the range of 80 to 350 ° C, particularly preferably in the range of 100 to 250 ° C. The water content is preferably 2000 ppm or less for the entire battery, and preferably 500 ppm or less for each of the positive electrode mixture, the negative electrode mixture, and the electrolyte in terms of cycleability. As a pressing method for pellets and sheets, a generally adopted method can be used, and a die pressing method and a calendar pressing method are particularly preferable. Although a press pressure is not specifically limited, 0.2-3 t / cm < 2 > is preferable. The press speed of the calendar press method is preferably 0.1 to 50 m / min, and the press temperature is preferably room temperature to 200 ° C. The ratio of the width of the negative electrode sheet to the positive electrode sheet is preferably 0.9 to 1.1, particularly preferably 0.95 to 1.0. The content ratio of the positive electrode active material and the negative electrode material varies depending on the compound type and the mixture formulation, and thus cannot be limited, but can be set to an optimal value from the viewpoint of capacity, cycle performance, and safety.

図1に示すように、該合剤シート1、2とセパレーター3を介して重ね合わせた後、それらのシート1、2は、巻いたり、折ったりして缶4に挿入し、缶4とシート2を電気的に接続した後、電解液を注入し、封口板を用いて電池缶を形成する。この時、安全弁7を封口板として用いることができる。安全弁7の他、従来から知られている種々の安全素子を備えつけても良い。例えば、過電流防止素子として、ヒューズ、バイメタル、PTC素子などが用いられる。また、安全弁のほかに電池缶の内圧上昇の対策として、電池缶に切込を入れる方法、ガスケット亀裂方法あるいは封口板亀裂方法あるいはリード板との切断方法を利用することができる。また、充電器に過充電や過放電対策を組み込んだ保護回路を具備させるか、あるいは独立に接続させてもよい。   As shown in FIG. 1, after overlapping the mixture sheets 1 and 2 with the separator 3, the sheets 1 and 2 are rolled or folded and inserted into the can 4. After electrically connecting 2, an electrolytic solution is injected and a battery can is formed using a sealing plate. At this time, the safety valve 7 can be used as a sealing plate. In addition to the safety valve 7, various conventionally known safety elements may be provided. For example, a fuse, bimetal, PTC element, or the like is used as the overcurrent prevention element. In addition to the safety valve, as a countermeasure against the increase in internal pressure of the battery can, a method of cutting the battery can, a method of cracking the gasket, a method of cracking the sealing plate, or a method of cutting the lead plate can be used. Further, the charger may be provided with a protection circuit incorporating measures against overcharge and overdischarge, or may be connected independently.

また、過充電対策として、電池内圧の上昇により電流を遮断する方式を具備することができる。このとき、内圧を上げる化合物を合剤あるいは電解質に含ませることができる。内圧を上げる為に用いられる化合物の例としては、Li2CO3、LiHCO3、Na2CO3、NaHCO3、CaCO3、MgCO3などの炭酸塩などを挙げることが出来る。 In addition, as a measure against overcharging, a method of cutting off current by increasing the battery internal pressure can be provided. At this time, a compound for increasing the internal pressure can be contained in the mixture or the electrolyte. Examples of compounds used to increase the internal pressure, Li 2 CO 3, LiHCO 3 , Na 2 CO 3, NaHCO 3, CaCO 3, MgCO and carbonates, such as 3 can be cited.

缶やリード板は、電気伝導性をもつ金属や合金を用いることができる。例えば、鉄、ニッケル、チタン、クロム、モリブデン、銅、アルミニウムなどの金属あるいはそれらの合金が用いられる。キャップ、缶、シート、リード板の溶接法は、公知の方法(例、直流又は交流の電気溶接、レーザー溶接、超音波溶接)を用いることができる。封口用シール剤は、アスファルトなどの従来から知られている化合物や混合物を用いることができる。   For the can and lead plate, a metal or alloy having electrical conductivity can be used. For example, metals such as iron, nickel, titanium, chromium, molybdenum, copper, and aluminum, or alloys thereof are used. As a method for welding the cap, the can, the sheet, and the lead plate, a known method (eg, direct current or alternating current electric welding, laser welding, ultrasonic welding) can be used. As the sealing agent for sealing, a conventionally known compound or mixture such as asphalt can be used.

非水二次電池の用途は、特に限定されないが、例えば、電子機器に搭載する場合、カラーノートパソコン、白黒ノートパソコン、ペン入力パソコン、ポケット(パームトップ)パソコン、ノート型ワープロ、ポケットワープロ、電子ブックプレーヤー、携帯電話、コードレスフォン子機、ペッジャー、ハンディーターミナル、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、電気シェーバー、電子翻訳機、自動車電話、トランシーバー、電動工具、電子手帳、電卓、メモリーカード、テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、メモリーカードなどが挙げられる。その他民生用として、自動車、電動車両、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、ロードコンディショナー、アイロン、時計、ストロボ、カメラ、医療機器(ペースメーカー、補聴器、肩もみ機など)などが挙げられる。更に、各種軍需用、宇宙用として用いることができる。また、太陽電池と組み合わせることもできる。   Applications of non-aqueous secondary batteries are not particularly limited. For example, when installed in electronic devices, color notebook computers, monochrome notebook computers, pen input computers, pocket (palmtop) computers, notebook word processors, pocket word processors, electronic Book player, mobile phone, cordless phone, pager, handy terminal, mobile fax, mobile copy, mobile printer, headphone stereo, video movie, LCD TV, handy cleaner, portable CD, minidisc, electric shaver, electronic translator, Car phones, transceivers, power tools, electronic notebooks, calculators, memory cards, tape recorders, radios, backup power supplies, memory cards, etc. Others for consumer use include automobiles, electric vehicles, motors, lighting equipment, toys, game equipment, road conditioners, irons, watches, strobes, cameras, medical equipment (such as pacemakers, hearing aids, shoulder grinders). Furthermore, it can be used for various military use and space use. Moreover, it can also combine with a solar cell.

非水二次電池を構成する部材の好ましい組合せは、上記の化学材料や電池構成部品の好ましいものを組み合わすことが好ましいが、特に正極活物質として、LixCoO2、LixNiO2、LixMnO2、LixMnO4(ここでx=0.02〜1.2)から選ばれる少なくとも1種の化合物を含み、導電剤としてアセチレンブラックも共に含む。 The preferred combination of the members constituting the non-aqueous secondary battery is preferably a combination of the above-mentioned chemical materials and preferred battery components. In particular, as the positive electrode active material, Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li It contains at least one compound selected from x MnO 2 and Li x MnO 4 (where x = 0.02 to 1.2), and also contains acetylene black as a conductive agent.

正極集電体はステンレス鋼かアルミニウムから作られており、ネット、シート、箔、ラスなどの形状をしている。負極材料として、リチウム金属、リチウム合金(Li−Al)、炭素質化合物、酸化物(LiCoVO4、SnO2、SnO、SiO、GeO2、GeO、SnSiO3、SnSi0.3Al0.10.20.33.2)、硫化物(TiS2、SnS2、SnS、GeS2、GeS)などを含む少なくとも1種の化合物を用いることが好ましい。負極集電体はステンレス鋼か銅から作られており、ネット、シート、箔、ラスなどの形状をしている。正極活物質あるいは負極材料とともに用いる合剤には、電子伝導剤としてアセチレンブラック、黒鉛などの炭素材料を混合してもよい。結着剤はポリフッ化ビニリデン、ポリフルオロエチレンなどの含フッ素熱可塑性化合物、アクリル酸を含むポリマー、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンターポリマーなどのエラストマーを単独あるいは混合して用いることができる。また、電解液として、エチレンカーボネート、さらに、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネートなどの環状、非環状カーボネートあるいは酢酸エチルなどのエステル化合物の組合せ、支持電解質として、LiPF6を含み、さらに、LiBF4、LiCF3SO3などのリチウム塩を混合して用いることが好ましい。さらに、セパレーターとして、ポリプロピレンあるいはポリエチレンの単独またはそれらの組合せが好ましい。電池の形態は、シリンダー、偏平、角型のいずれでもよい。電池には、誤動作にも安全を確保できる手段(例、内圧開放型安全弁、電流遮断型安全弁、高温で抵抗を上げるセパレーター)を備えることが好ましい。 The positive electrode current collector is made of stainless steel or aluminum and has a shape such as a net, sheet, foil, or lath. As a negative electrode material, lithium metal, lithium alloy (Li—Al), carbonaceous compound, oxide (LiCoVO 4 , SnO 2 , SnO, SiO, GeO 2 , GeO, SnSiO 3 , SnSi 0.3 Al 0.1 B 0.2 P 0.3 O 3.2 ), Sulfide (TiS 2 , SnS 2 , SnS, GeS 2 , GeS) and the like are preferably used. The negative electrode current collector is made of stainless steel or copper and has a shape such as a net, sheet, foil, or lath. In the mixture used together with the positive electrode active material or the negative electrode material, a carbon material such as acetylene black or graphite may be mixed as an electron conductive agent. As the binder, fluorine-containing thermoplastic compounds such as polyvinylidene fluoride and polyfluoroethylene, polymers containing acrylic acid, elastomers such as styrene butadiene rubber and ethylene propylene terpolymer can be used alone or in combination. In addition, the electrolyte includes ethylene carbonate, and a combination of cyclic and non-cyclic carbonates such as diethyl carbonate and dimethyl carbonate or ester compounds such as ethyl acetate, and the supporting electrolyte includes LiPF 6 , and further includes LiBF 4 , LiCF 3 SO It is preferable to use a mixture of lithium salts such as 3 . Further, as the separator, polypropylene or polyethylene alone or a combination thereof is preferable. The form of the battery may be any of a cylinder, a flat shape, and a square shape. It is preferable that the battery is provided with means (eg, an internal pressure relief type safety valve, a current cutoff type safety valve, a separator that increases resistance at high temperatures) that can ensure safety against malfunction.

以下に具体例を挙げ、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。
実施例−1負極材料としてSnB0.20.50.1Mg0.1Ge0.12.8(平均粒径7.5μm)を86重量部、導電剤としてアセチレンブラック3重量部とグラファイト6重量部の割合で混合し、さらに結着剤としてポリ弗化ビニリデンを4重量部およびカルボキシメチルセルロース1重量部を加え、水を媒体として混練し、負極合剤スラリーを得た。該スラリーを厚さ10μmの銅箔の両面にエクストルージョン式塗布機を使って塗設し、乾燥して負極合剤シートを得た。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with specific examples. However, the present invention is not limited to the examples unless it exceeds the gist of the invention.
Example-1 86 parts by weight of SnB 0.2 P 0.5 K 0.1 Mg 0.1 Ge 0.1 O 2.8 (average particle size 7.5 μm) as a negative electrode material and 3 parts by weight of acetylene black and 6 parts by weight of graphite as a conductive agent were mixed. Further, 4 parts by weight of polyvinylidene fluoride and 1 part by weight of carboxymethyl cellulose were added as binders and kneaded using water as a medium to obtain a negative electrode mixture slurry. The slurry was coated on both sides of a 10 μm thick copper foil using an extrusion coater and dried to obtain a negative electrode mixture sheet.

次にα−アルミナ79重量部、グラファイト18重量部、カルボキシメチルセルロース3重量部に水を媒体として加えて混練し、補助層スラリーを得た。該スラリーを上記負極合剤シート上に塗設・乾燥後カレンダープレス機により圧縮成形して厚さ98μm、幅55mm、長さ520mmの帯状負極シート前駆体を作成した。   Next, 79 parts by weight of α-alumina, 18 parts by weight of graphite, and 3 parts by weight of carboxymethyl cellulose were added with water as a medium and kneaded to obtain an auxiliary layer slurry. The slurry was coated on the negative electrode mixture sheet, dried, and then compression molded by a calender press to prepare a strip-shaped negative electrode sheet precursor having a thickness of 98 μm, a width of 55 mm, and a length of 520 mm.

この負極シート前駆体にニッケルリード板をスポット溶接した後、露点−40℃以下の空気中で230℃で30分脱水乾燥した。
このシート両面に対して20mm×55mmに裁断した厚さ40μmのリチウム箔(純度99.5%)をそれぞれ12枚ずつ圧着した。圧着はリチウム箔をいったん300mm径のポリエチレン製ローラーに転写した後、シートの両面に同時に5kg/cm2の圧力を印加しながら行った。このときリチウム箔による負極シートの被覆率は40%であった。
After spot-welding a nickel lead plate to this negative electrode sheet precursor, it was dehydrated and dried at 230 ° C. for 30 minutes in air having a dew point of −40 ° C. or lower.
12 sheets of lithium foil (purity 99.5%) each having a thickness of 40 μm cut to 20 mm × 55 mm were bonded to both sides of the sheet. The pressure bonding was performed while transferring the lithium foil to a 300 mm diameter polyethylene roller and simultaneously applying a pressure of 5 kg / cm 2 to both sides of the sheet. At this time, the coverage of the negative electrode sheet with lithium foil was 40%.

正極活物質としてLiCoO2を87重量部、導電剤としてアセチレンブラック3重量部とグラファイト6重量部の割合で混合し、さらに結着剤としてNipo1820B(日本ゼオン製)3重量部とカルボキシメチルセルロース1重量部を加え、水を媒体として混練して正極合剤スラリーを得た。 87 parts by weight of LiCoO 2 as a positive electrode active material, 3 parts by weight of acetylene black and 6 parts by weight of graphite as a conductive agent are mixed, and 3 parts by weight of Nipo1820B (manufactured by Nippon Zeon) and 1 part by weight of carboxymethylcellulose as a binder. And kneaded with water as a medium to obtain a positive electrode mixture slurry.

該スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔の両面にエクストルージョン式塗布機を使って塗設し、乾燥後カレンダープレス機により圧縮成形して厚さ260μm、幅53mm、長さ445mmの帯状の正極シート(1)を作成した。この正極シートの端部にアルミニウム製のリード板を溶接した後、露点−40℃以下の乾燥空気中で230℃で30分脱水乾燥した。   The slurry was applied to both sides of an aluminum foil having a thickness of 20 μm using an extrusion type coater, dried, and then compression-molded by a calendar press machine, and a strip-like positive electrode sheet having a thickness of 260 μm, a width of 53 mm, and a length of 445 mm ( 1) was created. After welding an aluminum lead plate to the end of the positive electrode sheet, it was dehydrated and dried at 230 ° C. for 30 minutes in dry air having a dew point of −40 ° C. or lower.

図1に示すように、熱処理済みの正極シート(1)、微多孔性ポリエチレン/ポリプロピレンフィルム製セパレータ(3)、負極シート(2)及びセパレータ(3)の順で積層し、これを渦巻状に巻回した。   As shown in FIG. 1, a heat-treated positive electrode sheet (1), a microporous polyethylene / polypropylene film separator (3), a negative electrode sheet (2) and a separator (3) are laminated in this order, and this is spirally formed. I wound it.

この巻回体を負極端子を兼ねる、ニッケルめっきを施した鉄製の有底円筒型電池缶(4)に収納した。
さらに、電解液溶媒としてエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの2対8重量比混合液を用いた。上記の溶媒に、1mol/リットルのLiPF6を支持塩として添加し、鎖式炭化水素を〔表1〕に示す種類と量だけ添加した。その電解液を電池缶(4)に、電池缶温度を室温に保ちながら注入した。正極端子を有する電池蓋(5)をガスケット(6)を介してかしめて高さ65mm、外径18mmの円筒型電池を作成した。なお、正極端子(5)は正極シート(1)と、電池缶(4)は負極シートと予めリード端子により接続した。なお、(7)は安全弁である。
This wound body was stored in a nickel-plated iron-bottomed cylindrical battery can (4) that also served as a negative electrode terminal.
Furthermore, a 2 to 8 weight ratio mixed solution of ethylene carbonate and diethyl carbonate was used as an electrolyte solution solvent. To the above solvent, 1 mol / liter of LiPF 6 was added as a supporting salt, and chain hydrocarbons were added in the types and amounts shown in [Table 1]. The electrolyte was injected into the battery can (4) while keeping the battery can temperature at room temperature. A battery lid (5) having a positive electrode terminal was caulked through a gasket (6) to produce a cylindrical battery having a height of 65 mm and an outer diameter of 18 mm. The positive electrode terminal (5) was connected to the positive electrode sheet (1) and the battery can (4) was previously connected to the negative electrode sheet by a lead terminal. (7) is a safety valve.

かしめを行った後、0℃で2時間、25℃で15時間エージングした後25℃で0.4mA/cm2で3.1Vまで定電圧充電した後、さらに50℃で2週間保存した。エージング3日後のこの電池の開路電圧は2.58Vであった。 After caulking, the mixture was aged at 0 ° C. for 2 hours and then at 25 ° C. for 15 hours, and then charged at 25 ° C. at a constant voltage of 0.4 mA / cm 2 to 3.1 V, and further stored at 50 ° C. for 2 weeks. The open circuit voltage of this battery after 3 days of aging was 2.58V.

保存終了後、1mA/cm2で4.1Vまで充電し、その後1mA/cm2で2.8Vまで放電した。放電容量はこのあと1mA/cm2で4.1Vまで充電した後、0.5mA/cm2で2.8Vまで放電して求めた。さらに2.5mA/cm2で4.1−2.8Vのサイクル試験を行ない、500サイクル目の容量維持率を測定した。結果を表1に示した。 After storage, the battery was charged at 1 mA / cm 2 to 4.1 V, and then discharged at 1 mA / cm 2 to 2.8 V. After discharge capacity was charged to 4.1V in this after 1mA / cm 2, it was determined to discharge at 0.5mA / cm 2 to 2.8V. Further, a cycle test of 4.1-2.8 V was performed at 2.5 mA / cm 2 , and the capacity retention rate at the 500th cycle was measured. The results are shown in Table 1.

Figure 0004207932
Figure 0004207932

電池1〜8、10〜12は、電解液に鎖式炭化水素を添加したものであり、電池9は電解液に鎖式炭化水素を添加しないものである。上記の電池1〜6、8、10〜12は、それぞれn−ドデカン、n−デカン、n−テトラデカン、n−オクタン、n−ヘキサンのうちのいずれか一種を電解液に含むものであり、電池7は、n−ドデカンとn−デカンの2種を1対1の重量比で電解液に添加したものである。   The batteries 1 to 8 and 10 to 12 are obtained by adding chain hydrocarbons to the electrolytic solution, and the battery 9 is one in which chain hydrocarbons are not added to the electrolytic solution. Each of the batteries 1 to 6, 8, and 10 to 12 includes any one of n-dodecane, n-decane, n-tetradecane, n-octane, and n-hexane in an electrolyte solution. No. 7 is obtained by adding two kinds of n-dodecane and n-decane to the electrolytic solution at a weight ratio of 1: 1.

鎖式炭化水素を添加した電池1〜8、10〜12は、鎖式炭化水素を添加しない電池9よりも容量維持率が高い。電解液に少なくとも一種の鎖式炭化水素を含ませると、電池の容量維持率が高くなり、良好な結果が得られる。   The batteries 1 to 8 and 10 to 12 to which chain hydrocarbons are added have a higher capacity maintenance rate than the battery 9 to which chain hydrocarbons are not added. When at least one kind of chain hydrocarbon is included in the electrolytic solution, the capacity retention rate of the battery is increased, and good results are obtained.

n−ヘキサンを添加した電池12は、他の鎖式炭化水素を添加した電池1〜8、10、11よりも容量維持率が低い。添加する鎖式炭化水素は炭素数が6以下の炭化水素(例えばn−ヘキサン)よりも、炭素数が7以上の炭化水素(例えば、n−ドデカン、n−デカン、n−テトラデカン、n−オクタン)であることが好ましい。電池7のように、2種の鎖式炭化水素の混合物を添加してもよいので、添加する鎖式炭化水素は炭素数7〜25の炭素水素から選ばれる1種又は複数種の任意の混合物であることが好ましい。上記の鎖式炭化水素は、特に直鎖又は分枝状のヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、ヘプタデカン、オクタデカン、ノナデカン、エイコサンのうちから選ばれる一種又は複数種の任意の混合物であることが好ましい。エイコサン以上の炭素数の化合物を用いると均一な電解液ができにくい。   The battery 12 to which n-hexane is added has a lower capacity retention rate than the batteries 1 to 8, 10 and 11 to which other chain hydrocarbons are added. The chain hydrocarbon to be added is a hydrocarbon having 7 or more carbon atoms (for example, n-dodecane, n-decane, n-tetradecane, n-octane) rather than a hydrocarbon having 6 or less carbon atoms (for example, n-hexane). ) Is preferable. Since a mixture of two types of chain hydrocarbons may be added as in the battery 7, the chain hydrocarbon to be added is one or a plurality of arbitrary mixtures selected from carbon atoms having 7 to 25 carbon atoms. It is preferable that The chain hydrocarbon is a straight chain or branched heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, tridecane, tetradecane, pentadecane, hexadecane, heptadecane, octadecane, nonadecane, or eicosane. An arbitrary mixture of plural kinds is preferable. If a compound having a carbon number equal to or greater than Eicosan is used, it is difficult to form a uniform electrolyte.

電池1〜4、9〜11は、それぞれ電解液に添加したn−ドデカンの量が異なる。図2に、n−ドデカンの含有量に対する容量維持率と放電容量の関係をグラフで示す。n−ドデカンの含有量が0.008〔重量%〕以下の電池9、10は、含有量が0.05〔重量%〕以上の電池1〜4に比べ、容量維持率が低く、好ましくない。また、n−ドデカンの含有量が3.2〔重量%〕以上の電池11は、含有量が2.0〔重量%〕以下の電池1〜4、9、10に比べ、放電容量が小さく好ましくない。放電容量を大きく、かつサイクル特性を良好にするためには、電解液中の鎖式炭化水素の含有量が0.01〜3〔重量%〕であることが好ましい。   Batteries 1 to 4 and 9 to 11 differ in the amount of n-dodecane added to the electrolyte. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the capacity retention ratio and the discharge capacity with respect to the n-dodecane content. Batteries 9 and 10 having an n-dodecane content of 0.008 [wt%] or less are not preferable because they have a lower capacity retention rate than the batteries 1 to 4 having a content of 0.05 [wt%] or more. Further, the battery 11 having an n-dodecane content of 3.2 wt% or more preferably has a smaller discharge capacity than the batteries 1 to 4, 9, and 10 having a content of 2.0 wt% or less. Absent. In order to increase the discharge capacity and improve the cycle characteristics, the chain hydrocarbon content in the electrolyte is preferably 0.01 to 3% by weight.

一般的な円筒型電池の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of a general cylindrical battery. 電解液中の鎖式炭化水素の含有量に対する容量維持率と放電容量の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the capacity | capacitance maintenance factor with respect to content of the chain type hydrocarbon in electrolyte solution, and discharge capacity.

符号の説明Explanation of symbols

1 正極
2 負極
3 セパレータ
4 電池缶
5 電池蓋
6 ガスケット
7 安全弁
1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator 4 Battery can 5 Battery lid 6 Gasket 7 Safety valve

Claims (4)

リチウム含有金属酸化物を主体とした層を有する正極シートと、天然黒鉛、人工黒鉛から選ばれる黒鉛構造を含む炭素質化合物及び/又は下記一般式(1)で表される錫を主体とする非晶質の複合化合物からなる負極材料を主体とした合剤層を有する負極シートと、リチウム塩を含む非水電解液及びセパレーターとを有する非水二次電池において、
該非水電解液が、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネートから選ばれる少なくとも一種の環状カーボネート及びジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートから選ばれる少なくとも一種の非環状カーボネート組み合わせを含み、さらに少なくともn−ドデカンを非水電解液に対して、0.01〜3重量%含むことを特徴とする非水二次電池。
SnM …一般式(1)
(式中、M は、Al、B、P、Si、Ge、周期律表第1族元素、第2族元素、第3族元素、ハロゲン元素から選ばれる2種以上の元素を表し、aは0.2以上、2以下の数、tは1以上、6以下の数、uは0.5以下の数を表す。)
A positive electrode sheet having a layer mainly composed of a lithium-containing metal oxide, a carbonaceous compound having a graphite structure selected from natural graphite and artificial graphite, and / or a non-mainly composed mainly of tin represented by the following general formula (1) In a non-aqueous secondary battery having a negative electrode sheet having a mixture layer mainly composed of a negative electrode material made of a crystalline composite compound , a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and a separator,
The non-aqueous electrolyte contains a combination of at least one cyclic carbonate selected from propylene carbonate, ethylene carbonate and butylene carbonate, and at least one non-cyclic carbonate selected from dimethyl carbonate and diethyl carbonate , and at least n-dodecane is non-aqueous. A non-aqueous secondary battery comprising 0.01 to 3% by weight with respect to the electrolytic solution.
SnM 1 a O t S u ... the general formula (1)
(In the formula, M 1 represents two or more elements selected from Al, B, P, Si, Ge, Group 1 element, Group 2 element, Group 3 element, and halogen element in the periodic table; Is a number of 0.2 or more and 2 or less, t is a number of 1 or more and 6 or less, and u is a number of 0.5 or less.)
前記非水電解液が、炭素数8〜16の鎖式炭化水素(n−ドデカンを除く)をさらに含み、炭素数8〜16の鎖式炭化水素(n−ドデカンを含む)を合計で0.01〜3重量%含むことを特徴とする請求項1に記載の非水二次電池。 0 The non-aqueous electrolyte further comprises a chain hydrocarbon having 8 to 16 carbon atoms (excluding n- dodecane), a chain hydrocarbon having 8 to 16 carbon atoms (including n- dodecane) in total. The non-aqueous secondary battery according to claim 1, comprising 0.1 to 3% by weight . 前記非水電解液が、LiBF及びLiPFの双方又はいずれか一方を含むことを特徴とする請求項1又は2記載の非水二次電池。 3. The non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the non-aqueous electrolyte contains both or one of LiBF 4 and LiPF 6. 4 . 前記炭素数8〜16の鎖式炭化水素(n−ドデカンを含む)の前記非水電解液中の含有率が、0.02〜2重量%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の非水二次電池。 The content of the C8-16 chain hydrocarbon (including n-dodecane) in the non-aqueous electrolyte is 0.02 to 2% by weight. The non-aqueous secondary battery in any one.
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