JP4599050B2 - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、非水電解質二次電池に関するものである。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.

近年、移動体通信機、ノートブック型パソコン、パームトップ型パソコン、一体型ビデオカメラ、ポータブルCD(MD)プレーヤー、コードレス電話等の電子機器の小形化、軽量化を図る上で、これらの電子機器の電源として、特に小型で大容量の電池が求められている。   In recent years, electronic devices such as mobile communication devices, notebook computers, palmtop computers, integrated video cameras, portable CD (MD) players, cordless telephones, etc. have been reduced in size and weight. As a power source, a battery having a small size and a large capacity is particularly demanded.

これら電子機器の電源として普及している電池としては、アルカリマンガン電池のような一次電池や、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池等の二次電池が挙げられる。その中でも、正極にリチウム複合酸化物を用い、負極にリチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素質材料を用いた非水電解質二次電池が、小型かつ軽量で、単電池電圧が高く、高エネルギー密度を得られることから注目されている。   Examples of batteries that are widely used as power sources for these electronic devices include primary batteries such as alkaline manganese batteries, and secondary batteries such as nickel cadmium batteries and lead storage batteries. Among them, the non-aqueous electrolyte secondary battery using a lithium composite oxide for the positive electrode and a carbonaceous material capable of occluding and releasing lithium ions for the negative electrode is small and lightweight, has a high unit cell voltage, and a high energy density. It is attracting attention because it is obtained.

特許文献1には、基本組成をLiMeO2(MeはNi、Coから選ばれる1種以上)とし、結晶構造が層状岩塩構造をなし、CuKα線によるX線回折分析から得られる(104)面の回折ピークの半値幅β(104)と(003)面の回折ピークの半値幅β(003)との間にβ(104)≧β(003)の関係が成立するリチウム遷移金属複合酸化物が記載されている。この公報には、I(003)/I(104)の値が4を超える場合は、1次粒子が強く配向した状態となっており、正極におけるLiの吸蔵・脱離がスムーズに行われず、パワー特性の低いリチウム二次電池になると記載されている。 In Patent Document 1, the basic composition is LiMeO 2 (Me is one or more selected from Ni and Co), the crystal structure is a layered rock salt structure, and the (104) plane obtained by X-ray diffraction analysis using CuKα rays is used. A lithium transition metal composite oxide is described in which a relationship of β (104) ≧ β (003) is established between the half-value width β (104) of the diffraction peak and the half-value width β (003) of the (003) plane diffraction peak. Has been. In this publication, when the value of I (003) / I (104) exceeds 4, the primary particles are strongly oriented, and Li occlusion / desorption at the positive electrode is not smoothly performed. It is described that the lithium secondary battery has low power characteristics.

また、特許文献2には、LiCoO2を活物質とし、CuKαを線源とするX線回折によって測定される2θ=18.5±0.5度の(003)面の回折ピーク強度(I003)と、2θ=44.5±1.0度の(104)面の回折ピーク強度(I104)との強度比(I003/I104)が2以上5未満である正極板を備える非水電解質二次電池が記載されている。この公報には、強度比(I003/I104)が5以上の電池は、極板自身の(003)面の配向が強くなるため、イオンの拡散を妨げ、高率放電性に劣ることが記載されている。
特開2001−167761号公報 特開平11−154509号公報
Patent Document 2 discloses a diffraction peak intensity (I003) on the (003) plane of 2θ = 18.5 ± 0.5 degrees measured by X-ray diffraction using LiCoO 2 as an active material and CuKα as a radiation source. And a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode plate having an intensity ratio (I003 / I104) of 2θ to 44.5 ± 1.0 degrees (104) plane diffraction peak intensity (I104) of 2 or more and less than 5 Is described. This publication describes that a battery having an intensity ratio (I003 / I104) of 5 or more has a strong orientation of the (003) plane of the electrode plate itself, thus preventing ion diffusion and being inferior in high-rate discharge performance. ing.
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-167761 Japanese Patent Laid-Open No. 11-154509

本発明は、充電状態で高温環境下に保管された際の膨れが抑制された非水電解質二次電池を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a nonaqueous electrolyte secondary battery in which swelling when stored in a high temperature environment in a charged state is suppressed.

本発明に係る第1の非水電解質二次電池は、正極活物質を含む正極と、負極と、非水電解質とを具備した非水電解質二次電池において、
前記正極活物質は、体積累積頻度10%の粒径(D10)が0.1μm以上4.5μm以下で、粉末X線回折における(003)面のピーク強度I003と(104)面のピーク強度I104との比(I003/I104)が5より大きく、500以下で、かつLiとCoをモル比(XLi/XCo)が1.02以上2以下で含有するリチウム複合酸化物粉末を50質量%より多く含み、
前記非水電解質は、環内に少なくとも一つの二重結合を有するスルトン化合物を0.01体積%以上10体積%以下含む非水溶媒を含有することを特徴とするものである。
A first nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte.
The positive electrode active material has a particle size (D10) with a volume cumulative frequency of 10% of 0.1 μm or more and 4.5 μm or less, and (003) plane peak intensity I 003 and (104) plane peak intensity in powder X-ray diffraction. the ratio (I 003 / I 104) greater than 5 with I 104, at 500, and the lithium composite oxide powder molar ratio of Li and Co (X Li / X Co) contains 1.02 to 2 More than 50% by weight ,
The nonaqueous electrolyte contains a nonaqueous solvent containing 0.01% by volume or more and 10% by volume or less of a sultone compound having at least one double bond in the ring.

本発明に係る第2の非水電解質二次電池は、正極活物質粒子を含む正極と、負極と、非水電解質とを具備した非水電解質二次電池であって、
前記正極活物質粒子は、ピーク強度比が下記(1)式を満足するリチウムコバルト含有複合酸化物粒子を50質量%より多く含み、
前記正極活物質粒子の体積累積頻度10%の粒径(D10)が0.1μm以上4.5μm以下で、前記正極活物質粒子のリチウムとコバルトのモル比が下記(2)式を満たし、
前記非水電解質は、環内に少なくとも一つの二重結合を有するスルトン化合物を0.01体積%以上10体積%以下含む非水溶媒を含有することを特徴とするものである。
A second non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode including positive electrode active material particles, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The positive electrode active material particles contain more than 50 mass % of lithium cobalt-containing composite oxide particles having a peak intensity ratio satisfying the following formula (1):
The positive electrode active material particles have a volume cumulative frequency 10% particle size (D10) of 0.1 μm or more and 4.5 μm or less, and the molar ratio of lithium and cobalt of the positive electrode active material particles satisfies the following formula (2):
The nonaqueous electrolyte contains a nonaqueous solvent containing 0.01% by volume or more and 10% by volume or less of a sultone compound having at least one double bond in the ring.

500≧(I003/I104)>5 (1)
1.02≦(YLi/YCo)≦2 (2)
但し、I003は前記リチウムコバルト含有複合酸化物粒子の粉末X線回折における(003)面のピーク強度(cps)で、I104は前記粉末X線回折における(104)面のピーク強度(cps)であり、YLiは前記正極活物質粒子中のリチウムのモル数で、YCoは前記正極活物質粒子中のコバルトのモル数である。
500 ≧ (I 003 / I 104 )> 5 (1)
1.02 ≦ (Y Li / Y Co ) ≦ 2 (2)
However, I 003 is the peak intensity (cps) of the (003) plane in the powder X-ray diffraction of the lithium cobalt-containing composite oxide particles, and I 104 is the peak intensity (cps) of the (104) plane in the powder X-ray diffraction. Y Li is the number of moles of lithium in the positive electrode active material particles, and Y Co is the number of moles of cobalt in the positive electrode active material particles.

本発明によれば、充電状態で高温環境下に保管した際の膨れが抑制された非水電解質二次電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nonaqueous electrolyte secondary battery by which the swelling at the time of storing in a high temperature environment in a charging state was suppressed can be provided.

本発明に係る第1,第2の非水電解質二次電池について説明する。   The first and second nonaqueous electrolyte secondary batteries according to the present invention will be described.

本発明に係る第1の非水電解質二次電池は、正極活物質を含む正極と、負極と、非水電解質とを具備した非水電解質二次電池であって、
前記正極活物質は、体積累積頻度10%の粒径(D10)が0.1μm以上4.5μm以下で、ピーク強度比が下記(A)式を満たし、かつリチウムとコバルトのモル比が下記(B)式を満足するリチウム複合酸化物粉末を含み、
前記非水電解質は、環内に少なくとも一つの二重結合を有するスルトン化合物を0.01体積%以上10体積%以下含む非水溶媒を含有する
A first nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte,
The positive electrode active material has a particle size (D10) with a volume cumulative frequency of 10% of 0.1 μm or more and 4.5 μm or less, a peak intensity ratio satisfying the following formula (A), and a molar ratio of lithium and cobalt is B) including a lithium composite oxide powder satisfying the formula,
The non-aqueous electrolyte contains a non-aqueous solvent containing 0.01% by volume to 10% by volume of a sultone compound having at least one double bond in the ring.

500≧(I003/I104)>5 (A)
2≧(XLi/XCo)≧1.02 (B)
但し、I003は前記リチウム複合酸化物粉末の粉末X線回折における(003)面のピーク強度(cps)で、I104は前記粉末X線回折における(104)面のピーク強度(cps)であり、XLiは前記リチウム複合酸化物粉末中のリチウムのモル数で、XCoは前記リチウム複合酸化物粉末中のコバルトのモル数である。
500 ≧ (I 003 / I 104 )> 5 (A)
2 ≧ (X Li / X Co ) ≧ 1.02 (B)
However, I003 is the peak intensity (cps) of the (003) plane in the powder X-ray diffraction of the lithium composite oxide powder, and I 104 is the peak intensity (cps) of the (104) plane in the powder X-ray diffraction. , X Li is the number of moles of lithium in the lithium composite oxide powder, and X Co is the number of moles of cobalt in the lithium composite oxide powder.

前述したリチウム複合酸化物粉末は、結晶性が高く、充電により正極電位が高電位(4.2V付近)に到達しても六方晶から単斜晶への構造相転移が起こり難いため、非常に効率よく充放電できるという特徴を持つ。また、高い正極電位で対称性の高い六方晶の状態を維持しているものは、正極電位の上昇により単斜晶に相転移を生じたものに比べて活性な状態にある。このような活性の高い状態にある酸化物は、高温環境下にあると非水電解質中のスルトン化合物と速やかに反応することができる。従って、前述したリチウム複合酸化物粉末を含む正極は、充電状態で高温環境下に保管された際、表面にスルトン化合物による保護被膜を速やかに形成することができるため、非水電解質の酸化分解反応を抑えることが可能である。その結果、二次電池が充電状態で高温環境下に保管された際のガス発生量を少なくすることができるため、電池の膨れを抑えることが可能になる。   The lithium composite oxide powder described above has high crystallinity, and even when the positive electrode potential reaches a high potential (around 4.2 V) by charging, the structural phase transition from hexagonal to monoclinic crystal is unlikely to occur. It has the feature that it can charge and discharge efficiently. In addition, those that maintain a highly symmetric hexagonal state at a high positive electrode potential are more active than those in which a monoclinic phase transition occurs due to an increase in the positive electrode potential. Such an oxide in a highly active state can react rapidly with the sultone compound in the non-aqueous electrolyte under a high temperature environment. Therefore, the positive electrode containing the lithium composite oxide powder described above can quickly form a protective film with a sultone compound on the surface when stored in a high temperature environment in a charged state, so that the oxidative decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte Can be suppressed. As a result, since the amount of gas generated when the secondary battery is stored in a high temperature environment in a charged state can be reduced, it is possible to suppress battery swelling.

以下、正極、負極及び非水電解質について説明する。   Hereinafter, the positive electrode, the negative electrode, and the nonaqueous electrolyte will be described.

1)正極
この正極は、集電体と、集電体の片面もしくは両面に担持され、前記正極活物質と結着剤と導電剤とを含有する正極層とを含む。
1) Positive electrode The positive electrode includes a current collector and a positive electrode layer supported on one or both sides of the current collector and containing the positive electrode active material, a binder, and a conductive agent.

リチウム複合酸化物におけるリチウム(XLi)とコバルト(XCo)のモル比(XLi/XCo)を1.02以上にする理由を説明する。リチウム複合酸化物は、例えば、各構成元素の化合物(例えば、酸化物、水酸化物)を混合した後、空気中または酸素雰囲気下において焼成することにより合成される。モル比(XLi/XCo)が1.02未満であるのものは、焼成時の粒成長速度が遅く、結晶性と結晶の配向性が低いため、充電により正極電位が高電位に達した時に構造相転移反応が起こりやすい。このため、スルトン化合物との反応性が劣る可能性があり、充電状態で高温環境下に保管した際のガス発生量が多くなる恐れがある。また、モル比(XLi/XCo)の上限値は、以下に説明する理由により1.1にすることが望ましい。 The reason why the molar ratio (X Li / X Co ) of lithium (X Li ) to cobalt (X Co ) in the lithium composite oxide is 1.02 or more will be described. The lithium composite oxide is synthesized, for example, by mixing compounds of constituent elements (for example, oxides and hydroxides) and then firing in air or in an oxygen atmosphere. When the molar ratio (X Li / X Co ) is less than 1.02, the grain growth rate during firing is slow, and the crystallinity and orientation of the crystal are low, so the positive electrode potential reached a high potential by charging. Sometimes structural phase transition reactions are likely to occur. For this reason, the reactivity with a sultone compound may be inferior, and there is a fear that the amount of gas generated when stored in a high temperature environment in a charged state may increase. The upper limit of the molar ratio (X Li / X Co ) is desirably 1.1 for the reason described below.

モル比(XLi/XCo)が1.1より大きいと、正極活物質焼成時にアルカリ溶融が完全に進行せずLiが残存している可能性が高くなる。この残存アルカリ分が多いと、バインダーのゲル化を引き起こし、塗工時のトラブルの原因となる。モル比(XLi/XCo)の上限値のさらに好ましい値は、1.08である。 When the molar ratio (X Li / X Co ) is greater than 1.1, there is a high possibility that the alkali melting does not proceed completely during firing of the positive electrode active material and Li remains. When this residual alkali content is large, it causes gelation of the binder and causes troubles during coating. A more preferable value of the upper limit of the molar ratio (X Li / X Co ) is 1.08.

リチウム複合酸化物は、リチウムとコバルト以外の元素を含んでいても良い。かかる元素としては、例えば、Ni、Mn、Al、Sn、Fe、Cu、Cr、Zn、Mg、Si、P、F、Cl、B等を挙げることができる。添加元素の種類は、1種類でも、2種類以上でも良い。   The lithium composite oxide may contain elements other than lithium and cobalt. Examples of such elements include Ni, Mn, Al, Sn, Fe, Cu, Cr, Zn, Mg, Si, P, F, Cl, and B. There may be one kind of additive element or two or more kinds.

前記リチウム複合酸化物は正極活物質の50%以上を占めていることが望ましい。   The lithium composite oxide preferably accounts for 50% or more of the positive electrode active material.

粉末X線回折における(003)面のピーク強度I003と(104)面のピーク強度I104との比(I003/I104)を前記範囲に限定する理由を説明する。ピーク強度比(I003/I104)が5未満であるものは、結晶性と結晶の配向性が低いため、高電位での構造相転移反応が起こりやすく、スルトン化合物との反応性に劣り、充電状態で高温環境下に保管した際のガス発生量が多くなる恐れがある。ピーク強度比(I003/I104)のより好ましい範囲は、7以上である。また、ピーク強度比が500より大きいものと、(104)面に由来するピークが検出されないものは、リチウムを吸蔵しない結晶構造を有している可能性があることから、ピーク強度比の上限は500にすることが望ましい。 The reason why the ratio (I 003 / I 104 ) of the peak intensity I 003 on the ( 003 ) plane and the peak intensity I 104 on the (104) plane in powder X-ray diffraction is limited to the above range will be described. Those having a peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) of less than 5 are low in crystallinity and crystal orientation, so that a structural phase transition reaction is likely to occur at a high potential, and the reactivity with a sultone compound is poor. There is a risk that the amount of gas generated when stored in a high temperature environment in a charged state will increase. A more preferable range of the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) is 7 or more. In addition, since the peak intensity ratio is greater than 500 and the peak derived from the (104) plane is not detected, it may have a crystal structure that does not occlude lithium, so the upper limit of the peak intensity ratio is 500 is desirable.

リチウム複合酸化物の体積累積頻度10%の粒径(D10)を前記範囲に規定する理由を説明する。ピーク強度比(I003/I104)が5より大きく、かつLiとCoをモル比(XLi/XCo)が1.02以上で含有するリチウム複合酸化物粉末は、二次凝集した粒子が少なく、実質的に単粒子から構成されている。よって、D10が4.5μmより大きくなると、正極の非水電解質との反応面積が少なくなるため、正極表面への保護被膜の形成速度が遅くなり、充電状態で高温環境下に保管した際のガス発生量が多くなる恐れがある。また、リチウム複合酸化物粉末のかさ密度が小さくなるため、正極のエネルギー密度が低下する可能性がある。D10は、3μm以下にすることがより望ましい。また、D10が0.1μm未満のものは、焼成時の粒成長が不十分なために結晶性と結晶の配向性が低い粒子の比率が高いことから、充電状態で高温環境下に保管した際のガス発生量が多くなる恐れがある。よって、D10の下限値は、0.1μm(より好ましくは0.5μm)にすることが望ましい。 The reason why the particle size (D10) with a volume cumulative frequency of 10% of the lithium composite oxide is defined in the above range will be described. The lithium composite oxide powder having a peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) of greater than 5 and containing Li and Co at a molar ratio (X Li / X Co ) of 1.02 or more has secondary agglomerated particles. There are few and is substantially composed of single particles. Therefore, when D10 is larger than 4.5 μm, the reaction area of the positive electrode with the non-aqueous electrolyte decreases, so the rate of formation of the protective coating on the positive electrode surface becomes slow, and the gas when stored in a high temperature environment in a charged state The amount generated may increase. Moreover, since the bulk density of the lithium composite oxide powder is reduced, the energy density of the positive electrode may be reduced. D10 is more preferably 3 μm or less. In addition, when D10 is less than 0.1 μm, the ratio of particles having low crystallinity and crystal orientation is high due to insufficient grain growth during firing. There is a risk that the amount of gas generated will increase. Therefore, it is desirable that the lower limit value of D10 is 0.1 μm (more preferably 0.5 μm).

前記導電剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。   Examples of the conductive agent include acetylene black, carbon black, and graphite.

前記結着剤は、活物質を集電体に保持させ、かつ活物質同士をつなぐ機能を有する。前記結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリエーテルサルフォン、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)等を用いることができる。   The binder has a function of holding the active material on the current collector and connecting the active materials to each other. Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyethersulfone, ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), and styrene-butadiene rubber (SBR). be able to.

前記正極活物質、導電剤および結着剤の配合割合は、正極活物質80〜95質量%、導電剤3〜20質量%、結着剤2〜7質量%の範囲にすることが好ましい。 The mixing ratio of the positive electrode active material, a conductive agent and a binder is the positive electrode active material 80 to 95% by weight, the conductive agent 3 to 20 wt%, is preferably in the range of the binder 2 to 7 wt%.

前記集電体としては、多孔質構造の導電性基板か、あるいは無孔の導電性基板を用いることができる。これら導電性基板は、例えば、アルミニウム、ステンレス、またはニッケルから形成することができる。   As the current collector, a conductive substrate having a porous structure or a non-porous conductive substrate can be used. These conductive substrates can be formed from, for example, aluminum, stainless steel, or nickel.

前記正極は、例えば、正極活物質に導電剤および結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を集電体に塗布、乾燥して薄板状にすることにより作製される。   The positive electrode is produced, for example, by suspending a conductive agent and a binder in an appropriate solvent in a positive electrode active material, applying the suspension to a current collector, and drying to form a thin plate.

2)負極
前記負極は、集電体と、集電体の片面もしくは両面に担持される負極層とを含む。
2) Negative electrode The negative electrode includes a current collector and a negative electrode layer supported on one side or both sides of the current collector.

前記負極層は、リチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質物及び結着剤を含む。   The negative electrode layer includes a carbonaceous material that occludes / releases lithium ions and a binder.

前記炭素質物としては、例えば、黒鉛、コークス、炭素繊維、球状炭素、熱分解気相炭素質物、樹脂焼成体などの黒鉛質材料もしくは炭素質材料; 熱硬化性樹脂、等方性ピッチ、メソフェーズピッチ系炭素、メソフェーズピッチ系炭素繊維、メソフェーズ小球体など(特に、メソフェーズピッチ系炭素繊維が容量や充放電サイクル特性が高くなり好ましい)に500〜3000℃で熱処理を施すことにより得られる黒鉛質材料または炭素質材料;等を挙げることができる。中でも、(002)面の面間隔d002が0.34nm以下である黒鉛結晶を有する黒鉛質材料を用いるのが好ましい。このような黒鉛質材料を炭素質物として含む負極を備えた非水電解質二次電池は、電池容量および大電流放電特性を大幅に向上することができる。前記面間隔d002 は、0.337nm以下であることが更に好ましい。 Examples of the carbonaceous material include graphite materials, carbonaceous materials such as graphite, coke, carbon fiber, spherical carbon, pyrolytic vapor phase carbonaceous material, and resin fired body; thermosetting resin, isotropic pitch, mesophase pitch, and the like. Graphite material obtained by performing heat treatment at 500 to 3000 ° C. on carbon-based carbon, mesophase pitch-based carbon fiber, mesophase microspheres, etc. (especially, mesophase pitch-based carbon fiber is preferable because of high capacity and charge / discharge cycle characteristics) or And carbonaceous materials. Among them, it is preferable to use a graphite material having a graphite crystal having a (002) plane spacing d002 of 0.34 nm or less. A nonaqueous electrolyte secondary battery including a negative electrode containing such a graphite material as a carbonaceous material can greatly improve battery capacity and large current discharge characteristics. More preferably, the surface interval d002 is 0.337 nm or less.

前記結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等を用いることができる。   Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), and the like. Can be used.

前記炭素質物及び前記結着剤の配合割合は、炭素質物90〜98質量%、結着剤2〜20質量%の範囲であることが好ましい。 Mixing ratio of the carbonaceous material and the binder, carbonaceous material 90-98 wt%, is preferably in the range of the binder 2-20% by weight.

前記集電体としては、多孔質構造の導電性基板か、あるいは無孔の導電性基板を用いることができる。これら導電性基板は、例えば、銅、ステンレス、またはニッケルから形成することができる。   As the current collector, a conductive substrate having a porous structure or a non-porous conductive substrate can be used. These conductive substrates can be formed from, for example, copper, stainless steel, or nickel.

前記負極は、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質物と結着剤とを溶媒の存在下で混練し、得られた懸濁物を集電体に塗布し、乾燥した後、所望の圧力で1回プレスもしくは2〜5回多段階プレスすることにより作製される。   The negative electrode is, for example, kneaded with a carbonaceous material that occludes / releases lithium ions and a binder in the presence of a solvent, and the resulting suspension is applied to a current collector and dried, followed by a desired pressure. It is produced by pressing once or multistage pressing 2-5 times.

以上説明したような正極と負極を用いて電極群が作製される。   An electrode group is produced using the positive electrode and the negative electrode as described above.

この電極群は、例えば、(i)正極及び負極をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回するか、(ii)正極及び負極をその間にセパレータを介在させて偏平形状に捲回するか、(iii)正極及び負極をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回した後、径方向に圧縮するか、(iv)正極及び負極をその間にセパレータを介在させて1回以上折り曲げるか、あるいは(v)正極と負極とをその間にセパレータを介在させながら積層する方法により作製される。   In this electrode group, for example, (i) whether the positive electrode and the negative electrode are wound in a spiral shape with a separator interposed therebetween, or (ii) the positive electrode and the negative electrode are wound in a flat shape with a separator interposed therebetween. (Iii) winding the positive electrode and the negative electrode in a spiral shape with a separator interposed therebetween, and then compressing in the radial direction, or (iv) bending the positive electrode and the negative electrode one or more times with a separator interposed therebetween, Or (v) It is produced by a method of laminating a positive electrode and a negative electrode with a separator interposed therebetween.

電極群には、プレスを施さなくても良いが、正極、負極及びセパレータの一体化強度を高めるためにプレスを施しても良い。また、プレス時に加熱を施すことも可能である。   The electrode group need not be pressed, but may be pressed to increase the integrated strength of the positive electrode, the negative electrode, and the separator. It is also possible to heat at the time of pressing.

電極群には、正極、負極及びセパレータの一体化強度を高めるために、接着性高分子を含有させることができる。前記接着性を有する高分子としては、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリアクリレート(PMMA)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリ塩化ビニル(PVC)、またはポリエチレンオキサイド(PEO)等を挙げることができる。   The electrode group can contain an adhesive polymer in order to increase the integrated strength of the positive electrode, the negative electrode, and the separator. Examples of the adhesive polymer include polyacrylonitrile (PAN), polyacrylate (PMMA), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinyl chloride (PVC), and polyethylene oxide (PEO). .

この電極群に使用するセパレータとしては、微多孔性の膜、織布、不織布、これらのうち同一材または異種材の積層物等を用いることができる。セパレータを形成する材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合ポリマー、エチレン−ブテン共重合ポリマー等を挙げることができる。セパレータの形成材料としては、前述した種類の中から選ばれる1種類または2種類以上を用いることができる。   As a separator used for this electrode group, a microporous film, a woven fabric, a non-woven fabric, a laminate of the same material or different materials among these can be used. Examples of the material for forming the separator include polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, and ethylene-butene copolymer. As a material for forming the separator, one type or two or more types selected from the types described above can be used.

前記セパレータの厚さは、30μm以下にすることが好ましく、さらに好ましい範囲は25μm以下である。また、厚さの下限値は5μmにすることが好ましく、さらに好ましい下限値は8μmである。   The thickness of the separator is preferably 30 μm or less, and more preferably 25 μm or less. Moreover, it is preferable that the lower limit of thickness is 5 micrometers, and a more preferable lower limit is 8 micrometers.

前記セパレータは、120℃、1時間での熱収縮率を20%以下であることが好ましい。前記熱収縮率は、15%以下にすることがより好ましい。   The separator preferably has a heat shrinkage rate of 20% or less at 120 ° C. for 1 hour. The heat shrinkage rate is more preferably 15% or less.

前記セパレータは、多孔度が30〜60%の範囲であることが好ましい。多孔度のより好ましい範囲は、35〜50%である。   The separator preferably has a porosity in the range of 30 to 60%. A more preferable range of the porosity is 35 to 50%.

前記セパレータは、空気透過率が600秒/100cm3 以下であることが好ましい。空気透過率は、100cm3の空気がセパレータを透過するのに要した時間(秒)を意味する。空気透過率の上限値は500秒/100cm3 にすることがより好ましい。また、空気透過率の下限値は50秒/100cm3 にすることが好ましく、さらに好ましい下限値は80秒/100cm3 である。 The separator preferably has an air permeability of 600 seconds / 100 cm 3 or less. The air permeability means time (seconds) required for 100 cm 3 of air to pass through the separator. The upper limit value of the air permeability is more preferably 500 seconds / 100 cm 3 . The lower limit value of the air permeability is preferably 50 seconds / 100 cm 3, and a more preferable lower limit value is 80 seconds / 100 cm 3 .

セパレータの幅は、正極と負極の幅に比べて広くすることが望ましい。このような構成にすることにより、正極と負極がセパレータを介さずに直接接触するのを防ぐことができる。   The width of the separator is desirably wider than the width of the positive electrode and the negative electrode. By adopting such a configuration, it is possible to prevent the positive electrode and the negative electrode from coming into direct contact without a separator.

3)非水電解質
非水電解質には、実質的に液状またはゲル状の形態を有するものを使用することができる。
3) Non-aqueous electrolyte As the non-aqueous electrolyte, one having a substantially liquid or gel-like form can be used.

液状非水電解質およびゲル状非水電解質に含まれる非水溶媒および電解質について説明する。   The nonaqueous solvent and electrolyte contained in the liquid nonaqueous electrolyte and the gel-like nonaqueous electrolyte will be described.

非水溶媒は、環内に少なくとも一つの二重結合を有するスルトン化合物を含む。   The non-aqueous solvent includes a sultone compound having at least one double bond in the ring.

ここで、環内に少なくとも1つの二重結合を有するスルトン化合物としては、下記の化1に示す一般式で表わされるスルトン化合物Aか、もしくはスルトン化合物Aの少なくとも1つのHが炭化水素基で置換されたスルトン化合物Bを用いることができる。なお、本願では、スルトン化合物Aまたはスルトン化合物Bを単独で用いても、スルトン化合物Aとスルトン化合物Bの双方を使用しても良い。

Figure 0004599050
Here, as the sultone compound having at least one double bond in the ring, the sultone compound A represented by the general formula shown in the following chemical formula 1 or at least one H of the sultone compound A is substituted with a hydrocarbon group The sultone compound B can be used. In the present application, sultone compound A or sultone compound B may be used alone, or both sultone compound A and sultone compound B may be used.
Figure 0004599050

化1において、Cmnは直鎖状の炭化水素基で、mとnは、2m>nを満たす2以上の整数である。 In Chemical Formula 1, C m H n is a linear hydrocarbon group, and m and n are integers of 2 or more that satisfy 2m> n.

環内に少なくとも一つの二重結合を有するスルトン化合物は、正極との反応により二重結合が開いて重合反応が起こるため、正極表面にリチウムイオン透過性の保護被膜を形成することができる。スルトン化合物の中でも好ましいのは、スルトン化合物Aのうちm=3、n=4である化合物、即ち1,3−プロペンスルトン(PRS)、または、m=4、n=6である化合物、即ち1,4−ブチレンスルトン(BTS)である。スルトン化合物としては、1,3−プロペンスルトン(PRS)あるいは1,4−ブチレンスルトン(BTS)を単独で用いても、これらPRSとBTSを併用しても良い。   Since a sultone compound having at least one double bond in the ring opens a double bond by reaction with the positive electrode to cause a polymerization reaction, a lithium ion-permeable protective film can be formed on the surface of the positive electrode. Among the sultone compounds, a compound in which sultone compound A has m = 3 and n = 4, that is, 1,3-propene sultone (PRS), or a compound in which m = 4 and n = 6, that is, 1 , 4-butylene sultone (BTS). As the sultone compound, 1,3-propene sultone (PRS) or 1,4-butylene sultone (BTS) may be used alone, or these PRS and BTS may be used in combination.

スルトン化合物の比率は、10体積%以下にすることが望ましい。これは、スルトン化合物の比率が10%体積を超えると、上記の保護被膜が極めて厚くなってリチウムイオン透過性が低下し、常温よりも低い温度における放電容量が低下するからである。更に、例えば−20℃等の低い温度でも放電容量を高く保つためには、スルトン化合物が含まれる割合は4%体積以下であることが望ましい。また、保護被膜の形成量を十分に確保するためには、スルトン化合物の比率を最低でも0.01体積%確保することが望ましい。更に、スルトン化合物の比率が0.1体積%以上あれば、例えば65℃等の更に高い温度でも保護被膜による保護機能を充分に示すことができる。   The ratio of the sultone compound is desirably 10% by volume or less. This is because when the ratio of the sultone compound exceeds 10% by volume, the protective film becomes very thick, the lithium ion permeability is lowered, and the discharge capacity at a temperature lower than room temperature is lowered. Furthermore, in order to keep the discharge capacity high even at a low temperature such as −20 ° C., the ratio of the sultone compound is desirably 4% or less. Further, in order to sufficiently secure the formation amount of the protective film, it is desirable to secure a sultone compound ratio of at least 0.01% by volume. Furthermore, when the ratio of the sultone compound is 0.1% by volume or more, the protective function by the protective film can be sufficiently exhibited even at a higher temperature such as 65 ° C.

非水溶媒には、さらにエチレンカーボネート(EC)が含まれていることが望ましい。非水溶媒中のECの含有量は、25体積%〜50体積%の範囲内にすることが望ましい。これにより、導電率が高く、かつ適度な粘性を有する非水電解質が得られる。さらに好ましいEC含有量は、25体積%〜45体積%の範囲内である。   It is desirable that the non-aqueous solvent further contains ethylene carbonate (EC). The EC content in the non-aqueous solvent is desirably in the range of 25% by volume to 50% by volume. As a result, a non-aqueous electrolyte having high conductivity and appropriate viscosity can be obtained. Further preferred EC content is in the range of 25% to 45% by volume.

非水溶媒には、スルトン化合物とECと併せて、他の溶媒を使用することができる。他の溶媒としては、例えば、鎖状カーボネート{例えば、メチルエチルカーボネート(MEC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)など}、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、フェニルエチレンカーボネート(phEC)、プロピレンカーボネート(PC)、γ−ブチロラクトン(GBL)、γ−バレロラクトン(VL)、プロピオン酸メチル(MP)、プロピオン酸エチル(EP)、2−メチルフラン(2Me−F)、フラン(F)、チオフェン(TIOP)、カテコールカーボネート(CATC)、エチレンサルファイト(ES)、12−クラウン−4(Crown)、テトラエチレングリコールジメチルエーテル(Ether)等を挙げることができる。他の溶媒の種類は、1種類もしくは2種類以上にすることができる。   As the non-aqueous solvent, other solvents can be used in combination with the sultone compound and EC. Other solvents include, for example, chain carbonate {eg, methyl ethyl carbonate (MEC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), etc.}, vinylene carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate (VEC), phenylethylene Carbonate (phEC), propylene carbonate (PC), γ-butyrolactone (GBL), γ-valerolactone (VL), methyl propionate (MP), ethyl propionate (EP), 2-methylfuran (2Me-F), Examples include furan (F), thiophene (TIOP), catechol carbonate (CATC), ethylene sulfite (ES), 12-crown-4 (Crown), and tetraethylene glycol dimethyl ether (Ether). The type of the other solvent can be one type or two or more types.

前記非水溶媒に溶解される電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム(LiClO4 )、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6 )、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム[LiN(CF3 SO2 2 ]、LiN(C25SO22などのリチウム塩を挙げることができる。使用する電解質の種類は、1種類または2種類以上にすることができる。 Examples of the electrolyte dissolved in the nonaqueous solvent include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), and lithium arsenic hexafluoride. Lithium salts such as (LiAsF 6 ), lithium trifluorometasulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bistrifluoromethylsulfonylimide [LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ], LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 Can be mentioned. The type of electrolyte used can be one type or two or more types.

前記電解質の前記非水溶媒に対する溶解量は、0.5〜2.5モル/Lとすることが望ましい。さらに好ましい範囲は、1〜2.5モル/Lである。   The amount of the electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent is preferably 0.5 to 2.5 mol / L. A more preferable range is 1 to 2.5 mol / L.

前記液状非水電解質には、トリオクチルフォスフェート(TOP)のような界面活性剤を含有させても良い。界面活性剤の添加量は、3%以下が好ましく、さらには0.1〜1%の範囲内にすることが好ましい。   The liquid non-aqueous electrolyte may contain a surfactant such as trioctyl phosphate (TOP). The addition amount of the surfactant is preferably 3% or less, and more preferably in the range of 0.1 to 1%.

前記液状非水電解質の量は、電池単位容量100mAh当たり0.2〜0.6gにすることが好ましい。液状非水電解質量のより好ましい範囲は、0.25〜0.55g/100mAhである。   The amount of the liquid non-aqueous electrolyte is preferably 0.2 to 0.6 g per 100 mAh of battery unit capacity. A more preferable range of the liquid nonaqueous electrolytic mass is 0.25 to 0.55 g / 100 mAh.

以上説明した電極群及び非水電解質が収納される容器について説明する。   The container in which the electrode group and nonaqueous electrolyte described above are stored will be described.

容器の形状は、例えば、有底円筒形、有底矩形筒型、袋状、カップ状等にすることができる。   The shape of the container can be, for example, a bottomed cylindrical shape, a bottomed rectangular tube shape, a bag shape, a cup shape, or the like.

この容器は、例えば、金属板、金属フィルム、樹脂層を含むフィルム等から形成することができる。   This container can be formed from, for example, a metal plate, a metal film, a film including a resin layer, or the like.

前記金属板及び前記金属フィルムは、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウムから形成することができる。   The metal plate and the metal film can be formed of, for example, iron, stainless steel, or aluminum.

前記金属板及び金属フィルムの厚さは、0.4mm以下にすることが望ましく、より好ましい範囲は0.3mm以下で、最も好ましい範囲は0.25mm以下である。また、厚さが0.05mmより薄いと、十分な強度を得られない恐れがあることから、金属板及び金属フィルムの厚さの下限値は0.05mmにすることが好ましい。   The thicknesses of the metal plate and the metal film are desirably 0.4 mm or less, more preferably 0.3 mm or less, and most preferably 0.25 mm or less. Moreover, since there exists a possibility that sufficient intensity | strength may not be acquired when thickness is thinner than 0.05 mm, it is preferable that the lower limit of the thickness of a metal plate and a metal film shall be 0.05 mm.

前記フィルムに含まれる樹脂層は、例えば、ポリオレフィン(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン)、ポリアミド等から形成することができる。樹脂層を含むフィルムの中でも、金属層と、前記金属層の両面に配置された保護層とが一体化されたラミネートフィルムを用いることが望ましい。前記金属層は、水分を遮断する役割と容器の形状保持を担う。前記金属層は、例えば、アルミニウム、ステンレス、鉄、銅、ニッケル等を挙げることができる。中でも、軽量で、水分を遮断する機能が高いアルミニウムが好ましい。前記金属層は、1種類の金属から形成しても良いが、2種類以上の金属層を一体化させたものから形成しても良い。前記2つの保護層のうち、外部と接する保護層は前記金属層の損傷を防止する役割をなす。この外部保護層は、1種類の樹脂層、もしくは2種類以上の樹脂層から形成される。一方、内部保護層は、前記金属層が非水電解質により腐食されるのを防止する役割を担う。この内部保護層は、1種類の樹脂層、もしくは2種類以上の樹脂層から形成される。また、かかる内部保護層の表面に、容器をヒートシールにより封止するための熱可塑性樹脂を配することができる。   The resin layer contained in the film can be formed from, for example, polyolefin (for example, polyethylene, polypropylene), polyamide, or the like. Among films including a resin layer, it is desirable to use a laminate film in which a metal layer and protective layers arranged on both sides of the metal layer are integrated. The metal layer is responsible for blocking moisture and maintaining the shape of the container. Examples of the metal layer include aluminum, stainless steel, iron, copper, and nickel. Among these, aluminum that is lightweight and has a high function of blocking moisture is preferable. The metal layer may be formed from one type of metal, but may be formed from a combination of two or more types of metal layers. Of the two protective layers, the protective layer in contact with the outside serves to prevent damage to the metal layer. This external protective layer is formed of one type of resin layer or two or more types of resin layers. On the other hand, the internal protective layer plays a role of preventing the metal layer from being corroded by the non-aqueous electrolyte. This internal protective layer is formed of one type of resin layer or two or more types of resin layers. Moreover, the thermoplastic resin for sealing a container by heat seal can be distribute | arranged on the surface of this internal protective layer.

樹脂層を含むフィルムの厚さは、0.3mm以下にすることが望ましく、より好ましい範囲は0.25mm以下で、更に好ましい範囲は0.15mm以下で、最も好ましい範囲は0.12mm以下である。また、厚さが0.05mmより薄いと、変形や破損し易くなることから、フィルムの厚さの下限値は0.05mmにすることが好ましい。   The thickness of the film including the resin layer is desirably 0.3 mm or less, a more preferable range is 0.25 mm or less, a further preferable range is 0.15 mm or less, and a most preferable range is 0.12 mm or less. . Moreover, since it will become easy to deform | transform and damage when thickness is thinner than 0.05 mm, it is preferable that the lower limit of the thickness of a film shall be 0.05 mm.

本発明に係る第2の非水電解質二次電池は、正極活物質粒子を含む正極と、負極と、非水電解質とを具備した非水電解質二次電池であって、
前記正極活物質粒子は、ピーク強度比が下記(C)式を満足するリチウムコバルト含有複合酸化物粒子を50質量%より多く含み、
前記正極活物質粒子の体積累積頻度10%の粒径(D10)が0.1μm以上4.5μm以下で、前記正極活物質粒子のリチウムとコバルトのモル比が下記(D)式を満たし、
前記非水電解質は、環内に少なくとも一つの二重結合を有するスルトン化合物を0.01体積%以上10体積%以下含む非水溶媒を含有する
A second non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode including positive electrode active material particles, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The positive electrode active material particles contain more than 50 mass % of lithium cobalt-containing composite oxide particles having a peak intensity ratio satisfying the following formula (C):
The positive electrode active material particles have a volume cumulative frequency 10% particle size (D10) of 0.1 μm or more and 4.5 μm or less, and the molar ratio of lithium and cobalt of the positive electrode active material particles satisfies the following formula (D):
The non-aqueous electrolyte contains a non-aqueous solvent containing 0.01% by volume to 10% by volume of a sultone compound having at least one double bond in the ring.

500≧(I003/I104)>5 (C)
1.02≦(YLi/YCo)≦2 (D)
但し、I003は前記リチウムコバルト含有複合酸化物粒子の粉末X線回折における(003)面のピーク強度(cps)で、I104は前記粉末X線回折における(104)面のピーク強度(cps)であり、YLiは前記正極活物質粒子中のリチウムのモル数で、YCoは前記正極活物質粒子中のコバルトのモル数である。
500 ≧ (I 003 / I 104 )> 5 (C)
1.02 ≦ (Y Li / Y Co ) ≦ 2 (D)
However, I 003 is the peak intensity (cps) of the (003) plane in the powder X-ray diffraction of the lithium cobalt-containing composite oxide particles, and I 104 is the peak intensity (cps) of the (104) plane in the powder X-ray diffraction. Y Li is the number of moles of lithium in the positive electrode active material particles, and Y Co is the number of moles of cobalt in the positive electrode active material particles.

本発明に係る第2の非水電解質二次電池においては、正極以外は前述した第1の非水電解質二次電池で説明したのと同様な構成にすることができる。以下、正極について説明する。   The second non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention can have the same configuration as that described in the first non-aqueous electrolyte secondary battery except for the positive electrode. Hereinafter, the positive electrode will be described.

この正極は、集電体と、集電体の片面もしくは両面に担持され、前記正極活物質粒子と結着剤と導電剤とを含有する正極層とを含む。   The positive electrode includes a current collector and a positive electrode layer supported on one or both sides of the current collector and containing the positive electrode active material particles, a binder, and a conductive agent.

正極活物質粒子におけるリチウムとコバルトのモル比(YLi/YCo)を前記範囲に規定する理由を説明する。モル比(YLi/YCo)が1.02未満であるか、あるいは2より大きいと、ピーク強度比(I003/I104)が5を超えるリチウムコバルト含有複合酸化物粒子のリチウムコバルト比(XLi/XCo)が適正値から外れるため、充電高温貯蔵時の電池膨れを抑えられない。 The reason why the molar ratio of lithium to cobalt (Y Li / Y Co ) in the positive electrode active material particles is specified in the above range will be described. If the molar ratio (Y Li / Y Co ) is less than 1.02 or greater than 2, the lithium cobalt ratio of the lithium cobalt-containing composite oxide particles having a peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) of more than 5 ( (X Li / X Co ) deviates from the appropriate value, so that it is not possible to suppress battery swelling during high-temperature storage.

特に、正極活物質中のLiとO以外の元素中に占めるCoのモル比が0.9以上1以下である場合には、モル比(YLi/YCo)を1.02〜1.1の範囲にすることによって、リチウムコバルト含有複合酸化物粒子のスルトン化合物との反応性をより高くし、充電高温貯蔵特性をより優れたものとすることができる。この場合、モル比(YLi/YCo)の上限値のさらに好ましい値は、1.08である。 In particular, when the molar ratio of Co in the elements other than Li and O in the positive electrode active material is 0.9 or more and 1 or less, the molar ratio (Y Li / Y Co ) is set to 1.02 to 1.1. By making it into this range, the reactivity of the lithium cobalt-containing composite oxide particles with the sultone compound can be made higher, and the charge high-temperature storage characteristics can be made more excellent. In this case, the more preferable value of the upper limit of the molar ratio (Y Li / Y Co ) is 1.08.

正極活物質粒子の粒度分布には、正極活物質粒子中に50質量%より多く含まれているリチウムコバルト含有複合酸化物粒子の粒度分布が大きく反映されている。ピーク強度比が5より大きいリチウムコバルト含有複合酸化物粒子においては、正極活物質のモル比(YLi/YCo)が1.02〜2の範囲である時、単粒子の存在比率が高い傾向がある。従って、正極活物質粒子の体積累積頻度10%の粒径(D10)が4.5μmより大きくなると、正極の非水電解質との反応面積が少なくなるため、正極表面への保護被膜の形成速度が遅くなり、充電状態で高温環境下に保管した際のガス発生量が多くなる恐れがある。また、リチウムコバルト含有複合酸化物粒子のかさ密度が小さくなるため、正極のエネルギー密度が低下する可能性がある。D10は、3μm以下にすることがより望ましい。また、D10を0.1μm未満にすると、結晶性と結晶の配向性が低い粒子の比率が高くなることから、充電状態で高温環境下に保管した際のガス発生量が多くなる恐れがある。よって、D10の下限値は、0.1μm(より好ましくは0.5μm)にすることが望ましい。 The particle size distribution of the positive electrode active material particles largely reflects the particle size distribution of the lithium cobalt-containing composite oxide particles contained in the positive electrode active material particles in an amount of more than 50% by mass . In lithium cobalt-containing composite oxide particles having a peak intensity ratio greater than 5, when the molar ratio of the positive electrode active material (Y Li / Y Co ) is in the range of 1.02 to 2, the abundance ratio of single particles tends to be high There is. Accordingly, when the particle size (D10) with a volume cumulative frequency of 10% of the positive electrode active material particles is larger than 4.5 μm, the reaction area of the positive electrode with the non-aqueous electrolyte decreases, so that the rate of formation of the protective film on the positive electrode surface is increased. There is a risk that the amount of gas generated when stored in a high temperature environment in a charged state is increased. Moreover, since the bulk density of the lithium cobalt-containing composite oxide particles is reduced, the energy density of the positive electrode may be reduced. D10 is more preferably 3 μm or less. Further, when D10 is less than 0.1 μm, the ratio of particles having low crystallinity and crystal orientation becomes high, and there is a risk that the amount of gas generated when stored in a high temperature environment in a charged state may increase. Therefore, it is desirable that the lower limit value of D10 is 0.1 μm (more preferably 0.5 μm).

正極活物質粒子中のリチウムコバルト含有複合酸化物粒子の含有量が多い方が、正極活物質粒子の結晶性と結晶の配向性が高くなり、正極のスルトン化合物との反応性を向上することができる。従って、充電状態で高温環境下に保管した際のガス発生量を十分に少なくするためには、正極活物質粒子中のリチウムコバルト含有複合酸化物粒子の含有量を60質量%以上にすることがより好ましく、70質量%以上にすることがさらに好ましい。 The higher the content of lithium cobalt-containing composite oxide particles in the positive electrode active material particles, the higher the crystallinity and crystal orientation of the positive electrode active material particles, and the higher the reactivity of the positive electrode with the sultone compound. it can. Therefore, in order to sufficiently reduce the amount of gas generated when stored in a high temperature environment in a charged state, the content of the lithium cobalt-containing composite oxide particles in the positive electrode active material particles should be 60% by mass or more. More preferably, it is more preferably 70% by mass or more.

前記リチウムコバルト含有複合酸化物粒子は、リチウムとコバルト以外の元素を含んでいても良い。かかる元素としては、例えば、Ni、Mn、Al、Sn、Fe、Cu、Cr、Zn、Mg、Si、P、F、Cl、B等を挙げることができる。添加元素の種類は、1種類でも、2種類以上でも良い。中でも、下記(E)式で表わされる組成が好ましい。   The lithium cobalt-containing composite oxide particles may contain elements other than lithium and cobalt. Examples of such elements include Ni, Mn, Al, Sn, Fe, Cu, Cr, Zn, Mg, Si, P, F, Cl, and B. There may be one kind of additive element or two or more kinds. Among these, a composition represented by the following formula (E) is preferable.

LiaCoM12 (E)
但し、前記M1は、Ni、Mn、B、Al及びSnよりなる群から選択される1種類以上の元素であり、前記モル比a、b、cは、それぞれ、0.95≦a≦1.05、0.95≦b≦1.05、0≦c≦0.05、0.95≦b+c≦1.05を示す。モル比a,b,cのさらに好ましい範囲は、それぞれ、0.97≦a≦1.03、0.97≦b≦1.03、0.001≦c≦0.03である。
Li a Co b M1 c O 2 (E)
However, M1 is one or more elements selected from the group consisting of Ni, Mn, B, Al and Sn, and the molar ratios a, b and c are 0.95 ≦ a ≦ 1. 05, 0.95 ≦ b ≦ 1.05, 0 ≦ c ≦ 0.05, 0.95 ≦ b + c ≦ 1.05. More preferable ranges of the molar ratios a, b, and c are 0.97 ≦ a ≦ 1.03, 0.97 ≦ b ≦ 1.03, and 0.001 ≦ c ≦ 0.03, respectively.

前述したリチウムコバルト含有複合酸化物粒子においては、全ての粒子が同じ組成を有していなくても良く、ピーク強度比が5より大きければ、組成の異なる2種類以上の粒子から構成されていても良い。   In the above-described lithium cobalt-containing composite oxide particles, all the particles may not have the same composition, and if the peak intensity ratio is larger than 5, it may be composed of two or more kinds of particles having different compositions. good.

また、前記正極活物質粒子は、前述したリチウムコバルト含有複合酸化物粒子から形成されていても良いが、リチウムコバルト含有複合酸化物粒子以外の他の粒子を含んでいても良い。   Moreover, although the said positive electrode active material particle may be formed from the lithium cobalt containing complex oxide particle mentioned above, you may contain other particles other than lithium cobalt containing complex oxide particle.

他の粒子としては、例えば、ピーク強度比(I003/I104)が2以上5未満であるリチウム含有複合酸化物粒子を挙げることができる。このリチウム含有複合酸化物粒子を正極に添加することによって、充放電サイクルで膨張収縮が繰り返されることによる正極表面からの保護被膜の剥離を抑制することができ、正極表面に形成される保護被膜の安定性を高くすることができるため、優れた充電高温貯蔵特性を持ちつつ、二次電池の充放電サイクル寿命を向上することができる。なお、結晶が配向性を持たず、完全に等方的である場合には、ピーク強度比(I003/I104)は計算上2となるため、ピーク強度比は2以上、5未満にすることが好ましい。ピーク強度比のさらに好ましい範囲は、2より大きく、4.95以下である。 Examples of the other particles include lithium-containing composite oxide particles having a peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) of 2 or more and less than 5. By adding the lithium-containing composite oxide particles to the positive electrode, it is possible to suppress peeling of the protective film from the surface of the positive electrode due to repeated expansion and contraction in the charge / discharge cycle. Since the stability can be increased, the charge / discharge cycle life of the secondary battery can be improved while having excellent charge high temperature storage characteristics. When the crystal has no orientation and is completely isotropic, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) is 2 in the calculation, so the peak intensity ratio is 2 or more and less than 5. It is preferable. A more preferable range of the peak intensity ratio is greater than 2 and 4.95 or less.

充放電サイクル寿命と充電高温貯蔵特性の双方に優れる二次電池を実現するためには、ピーク強度比(I003/I104)が2以上5未満であるリチウム含有複合酸化物粒子の正極活物質粒子中の割合を0.1質量%以上、50質量%未満の範囲にすることが好ましい。さらに好ましい範囲は、0.5〜48質量%である。 In order to realize a secondary battery excellent in both charge / discharge cycle life and charge high-temperature storage characteristics, a positive electrode active material of lithium-containing composite oxide particles having a peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) of 2 or more and less than 5 The proportion in the particles is preferably in the range of 0.1 mass % or more and less than 50 mass %. A more preferable range is 0.5 to 48% by mass .

リチウム含有複合酸化物としては、例えば、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物などを挙げることができる。各複合酸化物には、構成元素と異なる種類の元素を少なくとも1種類添加することができ、添加元素としては、例えば、Ni,Mn,Al,Sn,Fe,Cu,Cr,Zn,Mg,Si,P,F,Cl,Bなどを挙げることができる。中でも、下記(F)式で表わされる組成を有するリチウム含有複合酸化物が好ましい。   Examples of the lithium-containing composite oxide include a lithium manganese composite oxide, a lithium nickel composite oxide, a lithium cobalt composite oxide, and a lithium nickel cobalt composite oxide. At least one kind of element different from the constituent elements can be added to each composite oxide. Examples of the additive element include Ni, Mn, Al, Sn, Fe, Cu, Cr, Zn, Mg, and Si. , P, F, Cl, B, and the like. Among these, a lithium-containing composite oxide having a composition represented by the following formula (F) is preferable.

LixNiyCozM2w2 (F)
但し、前記M2は、Mn、B、Al及びSnよりなる群から選択される1種類以上の元素であり、前記モル比x、y、z、wは、それぞれ、0.95≦x≦1.05、0.7≦y≦0.95、0.05≦z≦0.3、0≦w≦0.1、0.95≦y+z+w≦1.05を示す。モル比x,y,zのさらに好ましい範囲は、0.97≦x≦1.03、0.75≦y≦0.9、0.1≦z≦0.25である。モル比wのより好ましい範囲は0≦w≦0.07で、さらに好ましい範囲は0≦w≦0.05で、最も好ましい範囲は0≦w≦0.03である。元素M2の添加効果を十分に得るために、モル比wの下限値は0.001にすることが好ましい。
Li x Ni y Co z M 2 w O 2 (F)
However, M2 is one or more elements selected from the group consisting of Mn, B, Al and Sn, and the molar ratios x, y, z and w are 0.95 ≦ x ≦ 1. 05, 0.7 ≦ y ≦ 0.95, 0.05 ≦ z ≦ 0.3, 0 ≦ w ≦ 0.1, 0.95 ≦ y + z + w ≦ 1.05. More preferable ranges of the molar ratio x, y, z are 0.97 ≦ x ≦ 1.03, 0.75 ≦ y ≦ 0.9, and 0.1 ≦ z ≦ 0.25. A more preferable range of the molar ratio w is 0 ≦ w ≦ 0.07, a more preferable range is 0 ≦ w ≦ 0.05, and a most preferable range is 0 ≦ w ≦ 0.03. In order to sufficiently obtain the effect of adding the element M2, the lower limit value of the molar ratio w is preferably set to 0.001.

このリチウム含有複合酸化物粒子においては、全ての粒子が同じ組成を有していなくても良く、ピーク強度比が2以上5未満であれば、組成の異なる2種類以上の粒子から構成されていても良い。   In this lithium-containing composite oxide particle, not all particles may have the same composition, and if the peak intensity ratio is 2 or more and less than 5, it is composed of two or more kinds of particles having different compositions. Also good.

前記導電剤、前記結着剤、前記集電体には、それぞれ、前述した第1の非水電解質二次電池において説明したのと同様なものを挙げることができる。   Examples of the conductive agent, the binder, and the current collector are the same as those described in the first nonaqueous electrolyte secondary battery.

前記正極は、例えば、正極活物質に導電剤および結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を集電体に塗布、乾燥して薄板状にすることにより作製される。   The positive electrode is produced, for example, by suspending a conductive agent and a binder in an appropriate solvent in a positive electrode active material, applying the suspension to a current collector, and drying to form a thin plate.

以上説明した本発明に係る第2の非水電解質二次電池に使用される正極活物質は、ピーク強度比(I003/I104)が5より大きいリチウムコバルト含有複合酸化物粒子を50質量%より多く含み、D10が0.1μm以上4.5μm以下で、かつモル比(YLi/YCo)が1.02〜2の範囲であるため、高温環境下において非水電解質中のスルトン化合物と速やかに反応することができる。従って、充電状態で高温環境下に保管された際、正極表面にスルトン化合物による保護被膜を速やかに形成することができるため、非水電解質の酸化分解反応を抑えることが可能である。その結果、二次電池が充電状態で高温環境下に保管された際のガス発生量を少なくすることができるため、電池の膨れを抑えることが可能になる。 The positive electrode active material used in the second non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention described above contains 50% by mass of lithium cobalt-containing composite oxide particles having a peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) greater than 5. The sultone compound in the non-aqueous electrolyte in a high-temperature environment because D10 is 0.1 μm or more and 4.5 μm or less and the molar ratio (Y Li / Y Co ) is in the range of 1.02 to 2. It can react quickly. Therefore, when stored in a high temperature environment in a charged state, a protective film made of a sultone compound can be quickly formed on the surface of the positive electrode, so that the oxidative decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte can be suppressed. As a result, since the amount of gas generated when the secondary battery is stored in a high temperature environment in a charged state can be reduced, it is possible to suppress battery swelling.

本発明に係る第1、第2の非水電解質二次電池の一例である薄型、角形、円筒形非水電解質二次電池を図1〜図4を参照して詳細に説明する。   A thin, square, and cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery as an example of the first and second nonaqueous electrolyte secondary batteries according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

図1は、本発明に係わる非水電解質二次電池の一例である薄型非水電解質二次電池を示す斜視図、図2は図1の薄型非水電解質二次電池を短辺方向に沿って切断した部分断面図で、図3は本発明に係る非水電解質二次電池の一例である角形非水電解質二次電池を示す部分切欠斜視図、図4は本発明に係る非水電解質二次電池の一例である円筒形非水電解質二次電池を示す部分断面図である。   FIG. 1 is a perspective view showing a thin nonaqueous electrolyte secondary battery as an example of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, and FIG. 2 shows the thin nonaqueous electrolyte secondary battery of FIG. 1 along the short side direction. FIG. 3 is a cutaway partial sectional view, FIG. 3 is a partially cutaway perspective view showing a rectangular nonaqueous electrolyte secondary battery as an example of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, and FIG. 4 is a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention. It is a fragmentary sectional view which shows the cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery which is an example of a battery.

まず、薄型非水電解質二次電池について説明する。   First, a thin nonaqueous electrolyte secondary battery will be described.

図1に示すように、矩形のカップ状をなす容器本体1内には、電極群2が収納されている。電極群2は、正極3と、負極4と、正極3と負極4の間に配置されるセパレータ5を含む積層物が偏平形状に捲回された構造を有する。非水電解質は、電極群2に保持されている。容器本体1の縁の一部は幅広になっており、蓋板6として機能する。容器本体1と蓋板6は、それぞれ、ラミネートフィルムから構成される。このラミネートフィルムは、外部保護層7と、熱可塑性樹脂を含有する内部保護層8と、外部保護層7と内部保護層8の間に配置される金属層9とを含む。容器本体1には蓋体6が内部保護層8の熱可塑性樹脂を用いてヒートシールによって固定され、それにより容器内に電極群2が密封される。正極3には正極タブ10が接続され、負極4には負極タブ11が接続され、それぞれ容器の外部に引き出されて、正極端子及び負極端子の役割を果たす。   As shown in FIG. 1, an electrode group 2 is accommodated in a container body 1 having a rectangular cup shape. The electrode group 2 has a structure in which a laminate including a positive electrode 3, a negative electrode 4, and a separator 5 disposed between the positive electrode 3 and the negative electrode 4 is wound into a flat shape. The nonaqueous electrolyte is held in the electrode group 2. A part of the edge of the container body 1 is wide and functions as the lid plate 6. The container body 1 and the cover plate 6 are each composed of a laminate film. The laminate film includes an external protective layer 7, an internal protective layer 8 containing a thermoplastic resin, and a metal layer 9 disposed between the external protective layer 7 and the internal protective layer 8. A lid 6 is fixed to the container body 1 by heat sealing using a thermoplastic resin of the inner protective layer 8, whereby the electrode group 2 is sealed in the container. A positive electrode tab 10 is connected to the positive electrode 3, and a negative electrode tab 11 is connected to the negative electrode 4, and each is pulled out of the container and serves as a positive electrode terminal and a negative electrode terminal.

次いで、角形非水電解質二次電池について説明する。   Next, the prismatic nonaqueous electrolyte secondary battery will be described.

図3に示すように、例えばアルミニウムのような金属製の有底矩形筒状容器12内には、電極群13が収納されている。電極群13は、正極14、セパレータ15及び負極16がこの順序で積層され、扁平状に捲回されたものである。中央付近に開口部を有するスペーサ17は、電極群13の上方に配置されている。   As shown in FIG. 3, an electrode group 13 is accommodated in a bottomed rectangular cylindrical container 12 made of metal such as aluminum. In the electrode group 13, a positive electrode 14, a separator 15 and a negative electrode 16 are laminated in this order and wound in a flat shape. A spacer 17 having an opening near the center is disposed above the electrode group 13.

非水電解質は、電極群13に保持されている。防爆機構18aを備え、かつ中央付近に円形孔が開口されている封口板18bは、容器12の開口部にレーザ溶接されている。負極端子19は、封口板18bの円形孔にハーメチックシールを介して配置されている。負極16から引き出された負極タブ20は、負極端子19の下端に溶接されている。一方、正極タブ(図示しない)は、正極端子を兼ねる容器12に接続されている。   The nonaqueous electrolyte is held in the electrode group 13. A sealing plate 18 b having an explosion-proof mechanism 18 a and having a circular hole opened near the center is laser welded to the opening of the container 12. The negative electrode terminal 19 is disposed in a circular hole of the sealing plate 18b via a hermetic seal. The negative electrode tab 20 drawn out from the negative electrode 16 is welded to the lower end of the negative electrode terminal 19. On the other hand, a positive electrode tab (not shown) is connected to a container 12 that also serves as a positive electrode terminal.

次いで、円筒形非水電解質二次電池について説明する。   Next, a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery will be described.

ステンレスからなる有底円筒状の容器21は、底部に絶縁体22が配置されている。電極群23は、前記容器21に収納されている。前記電極群23は、正極24、セパレータ25、負極26及びセパレータ25を積層した帯状物を前記セパレータ25が外側に位置するように渦巻き状に捲回した構造になっている。   A bottomed cylindrical container 21 made of stainless steel has an insulator 22 disposed at the bottom. The electrode group 23 is accommodated in the container 21. The electrode group 23 has a structure in which a belt-like material in which a positive electrode 24, a separator 25, a negative electrode 26, and a separator 25 are laminated is wound in a spiral shape so that the separator 25 is located outside.

前記容器21内には、非水電解質が収容されている。中央部が開口された絶縁紙27は、前記容器21内の前記電極群23の上方に配置されている。絶縁封口板28は、前記容器21の上部開口部に配置され、かつ前記上部開口部付近を内側にかしめ加工することにより前記封口板28は前記容器21に固定されている。正極端子29は、前記絶縁封口板28の中央に嵌合されている。正極リード30の一端は、前記正極24に、他端は前記正極端子29にそれぞれ接続されている。前記負極26は、図示しない負極リードを介して負極端子である前記容器21に接続されている。   A nonaqueous electrolyte is accommodated in the container 21. An insulating paper 27 having an opening at the center is disposed above the electrode group 23 in the container 21. The insulating sealing plate 28 is disposed in the upper opening of the container 21, and the sealing plate 28 is fixed to the container 21 by caulking the vicinity of the upper opening. The positive terminal 29 is fitted in the center of the insulating sealing plate 28. One end of the positive electrode lead 30 is connected to the positive electrode 24, and the other end is connected to the positive electrode terminal 29. The negative electrode 26 is connected to the container 21 which is a negative electrode terminal through a negative electrode lead (not shown).

以下、本発明の実施例を前述した図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings described above.

(実施例1)
<正極の作製>
下記表1に示す組成を有し、かつ体積累積頻度10%粒径D10とピーク強度比(I003/I104)が下記表1に示す値であるリチウム複合酸化物粒子を用意した。なお、体積累積頻度10%粒径D10とピーク強度比(I003/I104)は、下記に説明する方法で測定した。
Example 1
<Preparation of positive electrode>
Lithium composite oxide particles having the composition shown in Table 1 below and having a volume cumulative frequency of 10% particle diameter D10 and a peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) shown in Table 1 below were prepared. The volume cumulative frequency 10% particle size D10 and the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) were measured by the method described below.

<D10の測定>
すなわち、レーザー回折・散乱法によりリチウム複合酸化物粒子の粒径と各粒度区間での粒子の占有体積を測定する。粒度区間の体積を累積して全体の10%となった時の粒径を体積累積頻度10%粒径とした。
<Measurement of D10>
That is, the particle diameter of the lithium composite oxide particles and the occupied volume of the particles in each particle size section are measured by a laser diffraction / scattering method. The particle size when the volume of the particle size section was accumulated to be 10% of the total was defined as the particle size with a volume accumulation frequency of 10%.

<ピーク強度比の測定>
X線回折測定は、理学電気(株)製のRINT2000を用いた。X線線源にCu−Kα1(波長1.5405Å)を用いて以下の機器条件で行った。管電圧は40kV、電流は40mA、発散スリットは0.5°、散乱スリットは0.5°、受光スリット幅は0.15mmであった。さらに、モノクロメーターを使用した。測定は、走査速度が2°/分、走査ステップが0.01°で、走査軸が2θ/θの条件で行った。2θ=45.2°±0.1°のピークを(104)面のピークとし、2θ=18.8°±0.1°のピークを(003)面のピークとした。また、ピーク強度(cps)は、2θ軸で表記した回折模様の測定値からバックグラウンドを引いたものとした。
<Measurement of peak intensity ratio>
For the X-ray diffraction measurement, RINT2000 manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd. was used. The test was performed under the following equipment conditions using Cu-Kα1 (wavelength: 1.5405 mm) as the X-ray source. The tube voltage was 40 kV, the current was 40 mA, the divergence slit was 0.5 °, the scattering slit was 0.5 °, and the light receiving slit width was 0.15 mm. In addition, a monochromator was used. The measurement was performed under the conditions of a scanning speed of 2 ° / min, a scanning step of 0.01 °, and a scanning axis of 2θ / θ. The peak at 2θ = 45.2 ° ± 0.1 ° was defined as the (104) plane peak, and the peak at 2θ = 18.8 ° ± 0.1 ° was defined as the (003) plane peak. The peak intensity (cps) was obtained by subtracting the background from the measured value of the diffraction pattern expressed on the 2θ axis.

上記リチウム複合酸化物粉末90質量%に、アセチレンブラック5質量%と、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)5質量%のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液とを加えて混合し、スラリーを調製した。前記スラリーを厚さが15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した後、乾燥し、プレスすることにより、正極層が集電体の両面に担持された構造の正極を作製した。なお、正極層の厚さは、片面当り60μmであった。 To the lithium composite oxide powder 90 wt%, and 5 wt% of acetylene black, and mixed with polyvinylidene fluoride (PVdF) of 5 wt% N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution to prepare a slurry . The slurry was applied to both sides of a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, then dried and pressed to produce a positive electrode having a structure in which the positive electrode layer was supported on both sides of the current collector. The thickness of the positive electrode layer was 60 μm per side.

<負極の作製>
炭素質材料として3000℃で熱処理したメソフェーズピッチ系炭素繊維(粉末X線回折により求められる(002)面の面間隔(d002 )が0.336nm)の粉末を95質量%と、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)5質量%のジメチルフォルムアミド(DMF)溶液とを混合し、スラリーを調製した。前記スラリーを厚さが12μmの銅箔からなる集電体の両面に塗布し、乾燥し、プレスすることにより、負極層が集電体に担持された構造の負極を作製した。なお、負極層の厚さは、片面当り55μmであった。
<Production of negative electrode>
As a carbonaceous material, 95% by mass of a powder of mesophase pitch carbon fiber (having a (002) plane spacing (d 002 ) of 0.336 nm determined by powder X-ray diffraction) heat-treated at 3000 ° C. and polyvinylidene fluoride ( (PVdF) 5% by mass dimethylformamide (DMF) solution was mixed to prepare a slurry. The slurry was applied to both surfaces of a current collector made of a copper foil having a thickness of 12 μm, dried, and pressed to prepare a negative electrode having a structure in which the negative electrode layer was supported on the current collector. The thickness of the negative electrode layer was 55 μm per side.

なお、炭素質物の(002)面の面間隔d002は、粉末X線回折スペクトルから半値幅中点法によりそれぞれ求めた。この際、ローレンツ散乱等の散乱補正は、行わなかった。 The surface spacing d 002 of (002) plane of the carbonaceous material were respectively determined by the powder X-ray diffraction spectrum half width midpoint method. At this time, scattering correction such as Lorentz scattering was not performed.

<セパレータ>
厚さが25μmの微多孔性ポリエチレン膜からなるセパレータを用意した。
<Separator>
A separator made of a microporous polyethylene film having a thickness of 25 μm was prepared.

<非水電解液の調製>
エチレンカーボネート(EC)、メチルエチルカーボネート(MEC)および1,3−プロペンスルトン(PRS)を体積比率(EC:MEC:PRS)が33:66:1になるように混合して非水溶媒を調製した。得られた非水溶媒に六フッ化リン酸リチウム(LiPF)をその濃度が1モル/Lになるように溶解させて、液状非水電解質を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
A non-aqueous solvent is prepared by mixing ethylene carbonate (EC), methyl ethyl carbonate (MEC) and 1,3-propene sultone (PRS) so that the volume ratio (EC: MEC: PRS) is 33: 66: 1. did. A liquid nonaqueous electrolyte was prepared by dissolving lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) in the obtained nonaqueous solvent so that the concentration thereof was 1 mol / L.

<電極群の作製>
前記正極の集電体に帯状アルミニウム箔(厚さ100μm)からなる正極リードを超音波溶接し、前記負極の集電体に帯状ニッケル箔(厚さ100μm)からなる負極リードを超音波溶接した後、前記正極及び前記負極をその間に前記セパレータを介して渦巻き状に捲回した後、偏平状に成形し、電極群を作製した。
<Production of electrode group>
After the positive electrode lead made of a strip-shaped aluminum foil (thickness 100 μm) is ultrasonically welded to the positive electrode current collector, and the negative electrode lead made of a strip-shaped nickel foil (thickness 100 μm) is ultrasonically welded to the negative electrode current collector The positive electrode and the negative electrode were spirally wound through the separator therebetween, and then formed into a flat shape to produce an electrode group.

肉厚が0.25mmのアルミニウム製の角形缶に、電極群を収納した。次いで、金属缶内の電極群に80℃で真空乾燥を12時間施すことにより電極群及び金属缶に含まれる水分を除去した。   The electrode group was stored in an aluminum square can having a wall thickness of 0.25 mm. Subsequently, the electrode group in the metal can was vacuum-dried at 80 ° C. for 12 hours to remove moisture contained in the electrode group and the metal can.

引き続き、金属缶内の電極群に液状非水電解質を電池容量1Ah当たりの量が4.8gとなるように注入し、注液孔を溶接により封止することにより、前述した図3に示す構造を有し、厚さが4.8mm、幅が30mm、高さが48mmの角形非水電解質二次電池を組み立てた。   Subsequently, the liquid nonaqueous electrolyte is injected into the electrode group in the metal can so that the amount per battery capacity 1Ah is 4.8 g, and the injection hole is sealed by welding, whereby the structure shown in FIG. A rectangular nonaqueous electrolyte secondary battery having a thickness of 4.8 mm, a width of 30 mm, and a height of 48 mm was assembled.

(実施例2〜8)
非水電解質の組成を下記表2に示すように変更すること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様にして角形非水電解質二次電池を組み立てた。
(Examples 2 to 8)
A prismatic nonaqueous electrolyte secondary battery was assembled in the same manner as described in Example 1 except that the composition of the nonaqueous electrolyte was changed as shown in Table 2 below.

なお、表2において、DECはジエチルカーボネート、GBLはγ−ブチロラクトン、PCはプロピレンカーボネート、BTSは1,4−ブチレンスルトンを示す。   In Table 2, DEC represents diethyl carbonate, GBL represents γ-butyrolactone, PC represents propylene carbonate, and BTS represents 1,4-butylene sultone.

(実施例9〜13)
LiとCoのモル比(XLi/XCo)および、ピーク強度比(I003/I104)、体積累積頻度10%粒径D10を、下記表1に示すように変更すること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様にして角形非水電解質二次電池を組み立てた。
(Examples 9 to 13)
Except for changing the molar ratio of Li and Co (X Li / X Co ), the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ), and the volume cumulative frequency 10% particle size D10 as shown in Table 1 below, A rectangular nonaqueous electrolyte secondary battery was assembled in the same manner as described in Example 1.

(比較例1〜5)
非水電解質の組成を下記表4に示すように変更すること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様にして角形非水電解質二次電池を組み立てた。
(Comparative Examples 1-5)
A prismatic nonaqueous electrolyte secondary battery was assembled in the same manner as described in Example 1 except that the composition of the nonaqueous electrolyte was changed as shown in Table 4 below.

なお、表4において、ECはエチレンカーボネート、MECはメチルエチルカーボネート、PRSは1,3−プロペンスルトン、DECはジエチルカーボネート、GBLはγ−ブチロラクトン、PCはプロピレンカーボネート、PSはプロパンスルトンを示す。   In Table 4, EC is ethylene carbonate, MEC is methyl ethyl carbonate, PRS is 1,3-propene sultone, DEC is diethyl carbonate, GBL is γ-butyrolactone, PC is propylene carbonate, and PS is propane sultone.

(比較例6〜8)
LiとCoのモル比(XLi/XCo)および、ピーク強度比(I003/I104)、体積累積頻度10%粒径D10を、下記表3に示すように変更すること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様にして角形非水電解質二次電池を組み立てた。
(Comparative Examples 6-8)
Except for changing the molar ratio of Li and Co (X Li / X Co ), the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ), and the volume cumulative frequency 10% particle diameter D10 as shown in Table 3 below, A rectangular nonaqueous electrolyte secondary battery was assembled in the same manner as described in Example 1.

得られた実施例1〜13および比較例1〜8の二次電池について、充電高温保存特性を下記に説明する条件で評価し、その結果を下記表2、表4に示す。   About the obtained secondary battery of Examples 1-13 and Comparative Examples 1-8, the charge high temperature storage characteristic was evaluated on the conditions demonstrated below, and the result is shown in the following Table 2 and Table 4.

(充電高温貯蔵特性)
各二次電池について、初充放電工程として、室温で0.2C(130mA)で4.2Vまで定電流・定電圧充電を15時間行い、その後、室温で0.2Cで3.0Vまで放電した。
(Charge high temperature storage characteristics)
For each secondary battery, as an initial charge / discharge process, constant current / constant voltage charge was performed at room temperature at 0.2 C (130 mA) to 4.2 V for 15 hours, and then discharged at room temperature at 0.2 C to 3.0 V. .

次に、充電レート1C、充電終止電圧4.2Vで充電し、温度80℃の環境中において120時間保存した後の電池容器の厚みを測定し、(2)式より保存中の電池容器の厚み変化率を求めた。   Next, the thickness of the battery container after charging at a charge rate of 1 C and a charge end voltage of 4.2 V and storing for 120 hours in an environment at a temperature of 80 ° C. is measured. The rate of change was determined.

{(t1−t0)/t0}×100(%) (2)
但し、前記t0は、保存直前の電池容器厚さで、前記t1は、保存120時間後の電池容器厚さを示す。
{(T 1 −t 0 ) / t 0 } × 100 (%) (2)
Where t 0 is the thickness of the battery container just before storage, and t 1 is the thickness of the battery container after 120 hours of storage.

Figure 0004599050
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表1〜表4から明らかなように、D10が4.5μm以下で、ピーク強度比(I003/I104)が5より大きく、かつモル比(XLi/XCo)が1.02以上であるリチウム複合酸化物粉末と、環内に少なくとも一つの二重結合を有するスルトン化合物とを含む実施例1〜13の二次電池は、80℃の環境下に充電状態で保管した際の電池膨れが、比較例1〜8の二次電池に比較して小さいことが理解できる。 As apparent from Tables 1 to 4, when D10 is 4.5 μm or less, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) is larger than 5, and the molar ratio (X Li / X Co ) is 1.02 or more. The secondary batteries of Examples 1 to 13 containing a certain lithium composite oxide powder and a sultone compound having at least one double bond in the ring are expanded when stored in a charged state in an environment at 80 ° C. However, compared with the secondary battery of Comparative Examples 1-8, it can be understood that it is small.

なお、スルトン化合物が無添加の比較例1〜4の二次電池と、二重結合を持たないPSを添加剤として用いる比較例5の二次電池と、モル比(XLi/XCo)が1.02未満で、かつピーク強度比(I003/I104)が5以下の比較例6,7の二次電池と、D10が4.5μmを超える比較例8の二次電池は、いずれも、80℃の環境下に充電状態で保管した際の電池膨れが、4%以上と大きかった。 The molar ratio (X Li / X Co ) of the secondary batteries of Comparative Examples 1 to 4 to which no sultone compound was added, the secondary battery of Comparative Example 5 using PS having no double bond as an additive, and Both the secondary batteries of Comparative Examples 6 and 7 having a peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) of 5 or less and the secondary battery of Comparative Example 8 having a D10 exceeding 4.5 μm are less than 1.02. The battery swollen when stored in a charged state in an environment at 80 ° C. was as large as 4% or more.

(実施例14)
D10が2.9μmで、ピーク強度比(I003/I104)が30のLi1.04CoO2粒子(第1の活物質粒子)を70質量%と、D10が1.8μmで、ピーク強度比(I003/I104)が50のLi1.05Co0.97Sn0.032粒子(第2の活物質粒子)を30質量%とを混合することにより、正極活物質粒子を得た。得られた正極活物質粒子のD10と、正極活物質粒子のモル比(YLi/YCo)と、正極活物質におけるLiとO以外の元素を1とした際のCoのモル比率を下記表5に示す。
(Example 14)
70% by mass of Li 1.04 CoO 2 particles (first active material particles) having a D10 of 2.9 μm and a peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) of 30, and a peak intensity ratio (D10 of 1.8 μm) by I 003 / I 104) is mixed with 30% by weight 50 of Li 1.05 Co 0.97 Sn 0.03 O 2 particles (second active material particles), to obtain a positive electrode active material particles. The following table shows D10 of the obtained positive electrode active material particles, the molar ratio (Y Li / Y Co ) of the positive electrode active material particles, and the molar ratio of Co when the elements other than Li and O in the positive electrode active material are 1. As shown in FIG.

得られた正極活物質粒子を用いること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様な構成の角形非水電解質二次電池を得た。   A square nonaqueous electrolyte secondary battery having the same configuration as that described in Example 1 was obtained except that the obtained positive electrode active material particles were used.

(実施例15〜18)
第1の正極活物質並びに第2の正極活物質の組成、ピーク強度比(I003/I104)及びD10と、正極活物質中の第1の正極活物質の質量比率と、正極活物質のモル比(YLi/YCo)並びにD10と、正極活物質におけるLiとO以外の元素を1とした際のCoのモル比率を下記表5に示すようにすること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様な構成の角形非水電解質二次電池を得た。
(Examples 15 to 18)
The composition of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material, the peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) and D10, the mass ratio of the first positive electrode active material in the positive electrode active material, and the positive electrode active material The examples described above except that the molar ratio (Y Li / Y Co ), D10, and the molar ratio of Co when the elements other than Li and O in the positive electrode active material are set to 1 are shown in Table 5 below. A prismatic nonaqueous electrolyte secondary battery having the same configuration as described in 1 was obtained.

得られた実施例14〜18の二次電池について、前述した実施例1で説明したのと同様にして電池容器の厚み変化率を測定し、その結果を下記表6に示す。   For the obtained secondary batteries of Examples 14 to 18, the rate of change in thickness of the battery container was measured in the same manner as described in Example 1 above, and the results are shown in Table 6 below.

また、実施例14〜18及び前述した実施例1について、充放電レート1C、充電終止電圧4.2V、放電終止電圧3.0Vの充放電試験を行い、温度20℃の環境中において充放電を500回繰り返した後の放電容量維持率を、1回目の放電の容量を100%として算出し、その結果を下記表6に示す。   Moreover, about Examples 14-18 and Example 1 mentioned above, the charging / discharging test of 1C of charge / discharge rates, 4.2V of charge end voltages, and the end-of-discharge voltage of 3.0V is done, and charge / discharge is carried out in the environment of temperature 20 degreeC. The discharge capacity retention ratio after repeating 500 times was calculated with the capacity of the first discharge as 100%, and the results are shown in Table 6 below.

Figure 0004599050
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表5,表6から明らかなように、ピーク強度比が(I003/I104)が5より大きい2種類のリチウムコバルト含有複合酸化物からなる正極活物質を含む正極を備えた実施例14〜15の電池は実施例1に比べて厚み変化率とサイクル維持率のどちらかが良くなっている。また、ピーク強度比が(I003/I104)が5より大きいリチウムコバルト含有複合酸化物とピーク強度比が(I003/I104)が5未満のリチウム含有複合酸化物とを含む正極を備えた実施例16〜18の二次電池は、500サイクル時の容量維持率を実施例1に比較して高くすることができた。 As apparent from Tables 5 and 6, Examples 14 to 14 provided with positive electrodes each including a positive electrode active material composed of two types of lithium cobalt-containing composite oxides having a peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) greater than 5. In the battery No. 15, either the thickness change rate or the cycle maintenance rate is improved as compared with Example 1. And a positive electrode including a lithium cobalt-containing composite oxide having a peak intensity ratio (I 003 / I 104 ) of greater than 5 and a lithium-containing composite oxide having a peak intensity ratio of (I 003 / I 104 ) of less than 5. In the secondary batteries of Examples 16 to 18, the capacity retention rate at 500 cycles was higher than that of Example 1.

(PRSの検出方法)
また、実施例1の二次電池について、前記初充放電工程後、5時間以上回路を開放して十分に電位を落ち着かせた後、Ar濃度が99.9%以上、かつ露点が−50℃以下のグローブボックス内で分解し、電極群を取り出した。前記電極群を遠沈管につめ、ジメチルスルホキシド(DMSO)−d6を加えて密封し、前記グローブボックスより取り出し、遠心分離を行った。その後、前記グローブボックス内で、前記遠沈管から前記電解液と前記DMSO−d6の混合溶液を採取した。前記混合溶媒を5mmφのNMR用試料管に0.5ml程度入れ、NMR測定を行った。前記NMR測定に用いた装置は日本電子株式会社製JNM−LA400WBであり、観測核は1H、観測周波数は400MHz、ジメチルスルホキシド(DMSO)−d6中に僅かに含まれる残余プロトン信号を内部基準として利用した(2.5ppm)。測定温度は25℃とした。1HNMRスペクトルではECに対応するピークが4.5ppm付近、PRSに対応するピークが、図5に示すスペクトルのように5.1ppm付近(P1)、7.05ppm付近(P2)及び7.2ppm付近(P3)に観測された。これらの結果から、初充放電工程後の実施例1の二次電池に存在する非水溶媒中にPRSが含まれていることを確認できた。
(PRS detection method)
For the secondary battery of Example 1, after the initial charge / discharge step, the circuit was opened for 5 hours or more to sufficiently settle the potential, and then the Ar concentration was 99.9% or more and the dew point was −50 ° C. It decomposed | disassembled in the following glove boxes and took out the electrode group. The electrode group was put in a centrifuge tube, dimethyl sulfoxide (DMSO) -d 6 was added and sealed, removed from the glove box, and centrifuged. Thereafter, a mixed solution of the electrolytic solution and the DMSO-d 6 was collected from the centrifuge tube in the glove box. About 0.5 ml of the mixed solvent was put into a 5 mmφ NMR sample tube and subjected to NMR measurement. The apparatus used for the NMR measurement is JNM-LA400WB manufactured by JEOL Ltd., the observation nucleus is 1 H, the observation frequency is 400 MHz, and the residual proton signal slightly contained in dimethyl sulfoxide (DMSO) -d 6 is used as an internal reference. (2.5 ppm). The measurement temperature was 25 ° C. In the 1 HNMR spectrum, the peak corresponding to EC is around 4.5 ppm, and the peak corresponding to PRS is around 5.1 ppm (P 1 ), 7.05 ppm (P 2 ) and 7. It was observed around 2 ppm (P 3 ). From these results, it was confirmed that PRS was contained in the nonaqueous solvent present in the secondary battery of Example 1 after the initial charge / discharge step.

また、観測周波数を100MHzとし、ジメチルスルホキシド(DMSO)−d6(39.5ppm)を内部基準物質として13CNMR測定を行ったところ、ECに対応するピークが66ppm付近、PRSに対応するピークが74ppm付近と124ppm付近と140ppm付近に観測され、この結果からも、初充放電工程後の実施例1の二次電池に存在する非水溶媒中にPRSが含まれていることを確認できた。 Further, when 13 CNMR measurement was performed using an observation frequency of 100 MHz and dimethyl sulfoxide (DMSO) -d 6 (39.5 ppm) as an internal reference substance, a peak corresponding to EC was around 66 ppm and a peak corresponding to PRS was 74 ppm. It was observed in the vicinity of 124 ppm and 140 ppm. From this result, it was confirmed that PRS was contained in the nonaqueous solvent present in the secondary battery of Example 1 after the initial charge / discharge process.

なお、本発明は、上記の実施例に限るものではなく、他の種類の正極・負極・セパレータ・容器の組合わせにおいても同様に適用可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be similarly applied to combinations of other types of positive electrode, negative electrode, separator, and container.

また、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

本発明に係わる非水電解質二次電池の一例である薄型非水電解質二次電池を示す斜視図。The perspective view which shows the thin nonaqueous electrolyte secondary battery which is an example of the nonaqueous electrolyte secondary battery concerning this invention. 図1の薄型非水電解質二次電池を短辺方向に沿って切断した部分断面図。The fragmentary sectional view which cut | disconnected the thin nonaqueous electrolyte secondary battery of FIG. 1 along the short side direction. 本発明に係る非水電解質二次電池の一例である角形非水電解質二次電池を示す部分切欠斜視図。The partial notch perspective view which shows the square nonaqueous electrolyte secondary battery which is an example of the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on this invention. 本発明に係る非水電解質二次電池の一例である円筒形非水電解質二次電池を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows the cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery which is an example of the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on this invention. 実施例1の非水電解質二次電池の非水電解質に含まれるPRSについての1HNMRスペクトルを示す特性図。FIG. 3 is a characteristic diagram showing a 1 HNMR spectrum of PRS contained in the nonaqueous electrolyte of the nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 1.

符号の説明Explanation of symbols

1…容器本体、2…電極群、3…正極、4…負極、5…セパレータ、6…蓋板、7…外部保護層、8…内部保護層、9…金属層、10…正極端子、11…負極端子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Container main body, 2 ... Electrode group, 3 ... Positive electrode, 4 ... Negative electrode, 5 ... Separator, 6 ... Cover plate, 7 ... External protective layer, 8 ... Internal protective layer, 9 ... Metal layer, 10 ... Positive electrode terminal, 11 ... negative terminal.

Claims (4)

正極活物質を含む正極と、負極と、非水電解質とを具備した非水電解質二次電池において、
前記正極活物質は、体積累積頻度10%の粒径(D10)が0.1μm以上4.5μm以下で、粉末X線回折における(003)面のピーク強度I003と(104)面のピーク強度I104との比(I003/I104)が5より大きく、500以下で、かつLiとCoをモル比(XLi/XCo)が1.02以上2以下で含有するリチウム複合酸化物粉末を50質量%より多く含み、
前記非水電解質は、環内に少なくとも一つの二重結合を有するスルトン化合物を0.01体積%以上10体積%以下含む非水溶媒を含有することを特徴とする非水電解質二次電池。
In a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The positive electrode active material has a particle size (D10) with a volume cumulative frequency of 10% of 0.1 μm or more and 4.5 μm or less, and (003) plane peak intensity I 003 and (104) plane peak intensity in powder X-ray diffraction. the ratio (I 003 / I 104) greater than 5 with I 104, at 500, and the lithium composite oxide powder molar ratio of Li and Co (X Li / X Co) contains 1.02 to 2 More than 50% by weight ,
The non-aqueous electrolyte contains a non-aqueous solvent containing a sultone compound having at least one double bond in the ring in an amount of 0.01% by volume to 10% by volume .
正極活物質粒子を含む正極と、負極と、非水電解質とを具備した非水電解質二次電池であって、
前記正極活物質粒子は、ピーク強度比が下記(1)式を満足するリチウムコバルト含有複合酸化物粒子を50質量%より多く含み、
前記正極活物質粒子の体積累積頻度10%の粒径(D10)が0.1μm以上4.5μm以下で、前記正極活物質粒子のリチウムとコバルトのモル比が下記(2)式を満たし、
前記非水電解質は、環内に少なくとも一つの二重結合を有するスルトン化合物を0.01体積%以上10体積%以下含む非水溶媒を含有することを特徴とする非水電解質二次電池。
500≧(I003/I104)>5 (1)
1.02≦(YLi/YCo)≦2 (2)
但し、I003は前記リチウムコバルト含有複合酸化物粒子の粉末X線回折における(003)面のピーク強度(cps)で、I104は前記粉末X線回折における(104)面のピーク強度(cps)であり、YLiは前記正極活物質粒子中のリチウムのモル数で、YCoは前記正極活物質粒子中のコバルトのモル数である。
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode including positive electrode active material particles, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The positive electrode active material particles contain more than 50 mass % of lithium cobalt-containing composite oxide particles having a peak intensity ratio satisfying the following formula (1):
The positive electrode active material particles have a volume cumulative frequency 10% particle size (D10) of 0.1 μm or more and 4.5 μm or less, and the molar ratio of lithium and cobalt of the positive electrode active material particles satisfies the following formula (2):
The non-aqueous electrolyte contains a non-aqueous solvent containing a sultone compound having at least one double bond in the ring in an amount of 0.01% by volume to 10% by volume .
500 ≧ (I 003 / I 104 )> 5 (1)
1.02 ≦ (Y Li / Y Co ) ≦ 2 (2)
However, I 003 is the peak intensity (cps) of the (003) plane in the powder X-ray diffraction of the lithium cobalt-containing composite oxide particles, and I 104 is the peak intensity (cps) of the (104) plane in the powder X-ray diffraction. Y Li is the number of moles of lithium in the positive electrode active material particles, and Y Co is the number of moles of cobalt in the positive electrode active material particles.
前記正極活物質粒子は、ピーク強度比が下記(3)式を満足するリチウム含有複合酸化物粒子をさらに含有することを特徴とする請求項2記載の非水電解質二次電池。
2≦(I003/I104)<5 (3)
但し、I003は前記リチウム含有複合酸化物粒子の粉末X線回折における(003)面のピーク強度(cps)で、I104は前記粉末X線回折における(104)面のピーク強度(cps)である。
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 2, wherein the positive electrode active material particles further contain lithium-containing composite oxide particles having a peak intensity ratio satisfying the following formula (3).
2 ≦ (I 003 / I 104 ) <5 (3)
However, I 003 in the lithium-containing composite oxide peak intensity of (003) plane in a powder X-ray diffraction of the particles (cps), I 104 is a peak intensity of the powder in the X-ray diffraction (104) plane (cps) is there.
前記スルトン化合物は、1,3−プロペンスルトン及び1,4−ブチレンスルトンのうち少なくとも一方から構成されることを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載の非水電解質二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the sultone compound is composed of at least one of 1,3-propene sultone and 1,4-butylene sultone.
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