JP4674458B2 - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、正極と負極との間にセパレータを介して巻回した巻回電極体を備えた非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery including a wound electrode body wound between a positive electrode and a negative electrode via a separator.
電子機器の小型化に伴い、高エネルギー密度を有する電池の開発が要求されている。この要求に応える電池として、リチウム(Li)の析出・溶解反応を利用したリチウム金属二次電池がある。しかし、リチウム金属二次電池では充電時に負極上にリチウムがデンドライト析出し不活性化するため、サイクル寿命が短いという問題ある。 With the miniaturization of electronic devices, development of batteries having high energy density is required. As a battery that meets this requirement, there is a lithium metal secondary battery that utilizes a precipitation / dissolution reaction of lithium (Li). However, the lithium metal secondary battery has a problem that the cycle life is short because lithium dendrites on the negative electrode during charging and becomes inactive.
このサイクル寿命を改善したものとしては、リチウムイオン二次電池が製品化されている。リチウムイオン二次電池の負極には、黒鉛層間へのリチウムのインターカレーション反応を利用した黒鉛材料、あるいは細孔中へのリチウムの吸蔵・放出作用を応用した炭素質材料などの負極活物質が用いられている。そのため、リチウムイオン二次電池では、リチウムがデンドライト析出せず、サイクル寿命が長い。また、黒鉛材料あるいは炭素質材料は空気中で安定であるので、工業的に生産する上でもメリットが大きい。 As a battery with improved cycle life, a lithium ion secondary battery has been commercialized. The negative electrode of a lithium ion secondary battery has a negative electrode active material such as a graphite material using lithium intercalation reaction between graphite layers, or a carbonaceous material applying lithium occlusion / release action into pores. It is used. Therefore, in a lithium ion secondary battery, lithium does not deposit dendrites and the cycle life is long. In addition, since the graphite material or the carbonaceous material is stable in the air, there is a great merit in industrial production.
しかし、インターカレーションによる負極容量は第1ステージ黒鉛層間化合物の組成C6 Liに規定されるように上限が存在する。また、炭素質材料の微小な細孔構造を制御することは工業的に困難であると共に炭素質材料の比重の低下をもたらし、単位体積当たりの負極容量ひいては単位体積当たりの電池容量向上の有効な手段とはなり得ない。 However, the negative electrode capacity due to intercalation has an upper limit as defined by the composition C 6 Li of the first stage graphite intercalation compound. In addition, it is industrially difficult to control the fine pore structure of the carbonaceous material and causes a decrease in the specific gravity of the carbonaceous material, which is effective in improving the negative electrode capacity per unit volume and thus the battery capacity per unit volume. It cannot be a means.
そこで最近では、更なる高容量化を図るために、ある種のリチウム合金が電気化学的かつ可逆的に生成および分解することを応用した材料が広く研究されてきた。このような材料としては、例えば、リチウム−アルミニウム合金が広く研究され、特許文献1にはケイ素合金が報告されている。
しかしながら、これらの材料は、充放電の際の膨張・収縮が炭素材料に比べて大きいので、充放電の繰り返しによりセパレータが損傷しやすく、内部短絡が生じやすいという問題があった。特に、セパレータの損傷は高温時において生じやすく、高温特性の改善が望まれていた。 However, since these materials have larger expansion / contraction during charging / discharging than carbon materials, there is a problem that the separator is easily damaged by repeated charging / discharging and internal short circuit is likely to occur. In particular, the separator is easily damaged at high temperatures, and improvement of the high temperature characteristics has been desired.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、内部短絡を抑制することができる非水電解質二次電池を提供することにある。 This invention is made | formed in view of this problem, The objective is to provide the nonaqueous electrolyte secondary battery which can suppress an internal short circuit.
本発明による非水電解質二次電池は、正極と負極とをセパレータを介して巻回した巻回電極体を備え、負極は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能である負極活物質として、スズとコバルトと炭素とを構成元素として含み、炭素の含有量が9.9質量%以上29.7質量%以下であると共にスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合が30質量%以上70質量%以下である材料を含有し、セパレータは、突刺強度が厚みを20μmに換算した値で4.0N以上9.8N以下であり、巻回軸方向の引張強度が40MPa以上150MPa以下であるものである。 Non-aqueous electrolyte secondary battery according to the invention comprises a wound electrode body formed by winding via a separator and a positive electrode and the negative electrode, the negative electrode, the negative electrode active material of the electrode reactant Ru can der of occluding and releasing As a constituent element, tin, cobalt and carbon are included as constituent elements, the carbon content is 9.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and the ratio of cobalt to the total of tin and cobalt is 30 mass% or more and 70 mass%. The separator contains a material having a mass% or less, and the separator has a pin puncture strength of 4.0 N to 9.8 N in terms of thickness converted to 20 μm, and a tensile strength in the winding axis direction of 40 MPa to 150 MPa. It is.
本発明の非水電解質二次電池によれば、負極は、負極活物質として、スズとコバルトと炭素とを構成元素として含み、炭素の含有量が9.9質量%以上29.7質量%以下であると共にスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合が30質量%以上70質量%以下である材料を含有する。この場合において、セパレータの上述した突刺強度を4.0N以上、引張強度を40MPa以上とするようにしたので、充放電に伴い大きく膨張・収縮する負極活物質を用いても、セパレータの損傷を抑制することができ、内部短絡の発生を抑制することができる。よって、高温特性を向上させることができる。また、セパレータの上述した突刺強度を9.8N以下、引張強度を150MPa以下とするようにしたので、熱収縮を抑制することができ、加熱時における内部短絡の発生も抑制することができる。よって、信頼性を向上させることができる。 According to the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the negative electrode includes tin, cobalt, and carbon as constituent elements as the negative electrode active material, and the carbon content is 9.9 mass% or more and 29.7 mass% or less. And the ratio of cobalt to the total of tin and cobalt is 30% by mass or more and 70% by mass or less. In this case, the above-described puncture strength of the separator is set to 4.0 N or more and the tensile strength is set to 40 MPa or more. Therefore, even when a negative electrode active material that greatly expands and contracts with charge and discharge is used, damage to the separator is suppressed. It is possible to suppress the occurrence of an internal short circuit. Therefore, high temperature characteristics can be improved. Moreover, since the puncture strength of the separator described above is 9.8 N or less and the tensile strength is 150 MPa or less, thermal shrinkage can be suppressed, and the occurrence of an internal short circuit during heating can also be suppressed. Therefore, reliability can be improved.
以下、本発明の実施の形態について、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.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る二次電池の断面構成を表すものである。この二次電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、帯状の正極21と負極22とがセパレータ23を介して巻回された巻回電極体20を有している。電池缶11は、例えばニッケル(Ni)のめっきがされた鉄(Fe)により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶11の内部には、巻回電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12, 13がそれぞれ配置されている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of the secondary battery according to the first embodiment of the present invention. This secondary battery is a so-called cylindrical type, and a
電池缶11の開放端部には、電池蓋14と、この電池蓋14の内側に設けられた安全弁機構15および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)16とが、ガスケット17を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶11の内部は密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池缶11と同様の材料により構成されている。安全弁機構15は、熱感抵抗素子16を介して電池蓋14と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板15Aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子16は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット17は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
At the open end of the battery can 11, a
巻回電極体20の中心には例えばセンターピン24が挿入されている。巻回電極体20の正極21にはアルミニウム(Al)などよりなる正極リード25が接続されており、負極22にはニッケルなどよりなる負極リード26が接続されている。正極リード25は安全弁機構15に溶接されることにより電池蓋14と電気的に接続されており、負極リード26は電池缶11に溶接され電気的に接続されている。
For example, a center pin 24 is inserted in the center of the
図2は図1に示した巻回電極体20の一部を拡大して表すものである。正極21は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体21Aの両面または片面に正極活物質層21Bが設けられた構造を有している。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
FIG. 2 shows an enlarged part of the spirally
正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出可能な正極材料のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて炭素材料などの導電材およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。リチウムを吸蔵および放出可能な正極材料としては、例えば、硫化チタン(TiS2 ),硫化モリブデン(MoS2 ),セレン化ニオブ(NbSe2 )あるいは酸化バナジウム(V2 O5 )などのリチウムを含有しない金属硫化物,金属セレン化物あるいは金属酸化物など、またはリチウムを含有するリチウム含有化合物が挙げられる。
The positive electrode
中でも、リチウム含有化合物は、高電圧および高エネルギー密度を得ることができるものがあるので好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、またはリチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物が挙げられ、特にコバルト(Co),ニッケルおよびマンガン(Mn)のうちの少なくとも1種を含むものが好ましい。より高い電圧を得ることができるからである。その化学式は、例えば、Lix MIO2 あるいはLiy MIIPO4 で表される。式中、MIおよびMIIは1種類以上の遷移金属元素を表す。xおよびyの値は電池の充放電状態によって異なり、通常、0.05≦x≦1.10、0.05≦y≦1.10である。 Among these, lithium-containing compounds are preferable because some compounds can obtain a high voltage and a high energy density. Examples of such a lithium-containing compound include a composite oxide containing lithium and a transition metal element, or a phosphate compound containing lithium and a transition metal element. In particular, cobalt (Co), nickel and manganese (Mn Among these, those containing at least one of them are preferred. This is because a higher voltage can be obtained. The chemical formula is represented by, for example, Li x MIO 2 or Li y MIIPO 4 . In the formula, MI and MII represent one or more transition metal elements. The values of x and y vary depending on the charge / discharge state of the battery, and are generally 0.05 ≦ x ≦ 1.10 and 0.05 ≦ y ≦ 1.10.
リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物の具体例としては、リチウムコバルト複合酸化物(Lix CoO2 )、リチウムニッケル複合酸化物(Lix NiO2 )、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(Lix Ni1-z Coz O2 (z<1))、あるいはスピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物(LiMn2 O4 )などが挙げられる。中でも、ニッケルを含む複合酸化物が好ましい。高い容量を得ることができると共に、優れたサイクル特性も得ることができるからである。リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物の具体例としては、例えばリチウム鉄リン酸化合物(LiFePO4 )あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物(LiFe1-v Mnv PO4 (v<1))が挙げられる。 Specific examples of the composite oxide containing lithium and a transition metal element include lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ), and lithium nickel cobalt composite oxide (Li x Ni 1-z Co z O 2 (z <1)) or lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) having a spinel structure. Among these, a composite oxide containing nickel is preferable. This is because a high capacity can be obtained and excellent cycle characteristics can also be obtained. Specific examples of the phosphate compound containing lithium and a transition metal element include, for example, a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) or a lithium iron manganese phosphate compound (LiFe 1-v Mn v PO 4 (v <1)). Can be mentioned.
負極22は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体22Aの両面または片面に負極活物質層22Bが設けられた構造を有している。負極集電体22Aは、例えば、銅(Cu)箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
The negative electrode 22 has, for example, a structure in which a negative electrode
負極活物質層22Bは、負極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能であり、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素として含む負極材料を含有している。このような負極材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるからである。この負極材料は金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またこれらの1種または2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本発明において、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体,共晶(共融混合物),金属間化合物あるいはそれらのうちの2種以上が共存するものがある。
The negative electrode
この負極材料を構成する金属元素あるいは半金属元素としては、例えばリチウムと合金を形成可能な金属元素あるいは半金属元素が挙げられる。具体的には、マグネシウム(Mg),ホウ素(B),アルミニウム,ガリウム(Ga),インジウム(In),ケイ素(Si),ゲルマニウム(Ge),スズ(Sn),鉛(Pb),ビスマス(Bi),カドミウム(Cd),銀(Ag),亜鉛(Zn),ハフニウム(Hf),ジルコニウム(Zr),イットリウム(Y),パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)などが挙げられる。 Examples of the metal element or metalloid element constituting the negative electrode material include a metal element or metalloid element capable of forming an alloy with lithium. Specifically, magnesium (Mg), boron (B), aluminum, gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), bismuth (Bi) ), Cadmium (Cd), silver (Ag), zinc (Zn), hafnium (Hf), zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium (Pd) or platinum (Pt).
中でも、この負極材料としては、長周期型周期表における14族の金属元素あるいは半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、特に好ましいのはケイ素およびスズの少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素およびスズは、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。具体的には、例えば、ケイ素の単体,合金,あるいは化合物、またはスズの単体,合金,あるいは化合物、またはこれらの1種あるいは2種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。
Among these, the negative electrode material preferably includes a
スズの合金としては、例えば、スズ以外の第2の構成元素として、ケイ素,ニッケル,銅,鉄,コバルト,マンガン,亜鉛,インジウム,銀,チタン(Ti),ゲルマニウム,ビスマス,アンチモン(Sb)およびクロム(Cr)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第2の構成元素として、スズ,ニッケル,銅,鉄,コバルト,マンガン,亜鉛,インジウム,銀,チタン,ゲルマニウム,ビスマス,アンチモンおよびクロムからなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。 As an alloy of tin, for example, as a second constituent element other than tin, silicon, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium (Ti), germanium, bismuth, antimony (Sb) and The thing containing at least 1 sort (s) of the group which consists of chromium (Cr) is mentioned. As an alloy of silicon, for example, as a second constituent element other than silicon, among the group consisting of tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony and chromium The thing containing at least 1 sort (s) is mentioned.
スズの化合物あるいはケイ素の化合物としては、例えば、酸素(O)あるいは炭素(C)を含むものが挙げられ、スズまたはケイ素に加えて、上述した第2の構成元素を含んでいてもよい。 Examples of the tin compound or silicon compound include those containing oxygen (O) or carbon (C), and may contain the second constituent element described above in addition to tin or silicon.
中でも、この負極材料としては、スズと、コバルトと、炭素とを構成元素として含み、炭素の含有量が9.9質量%以上29.7質量%以下であり、かつスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合が30質量%以上70質量%以下であるCoSnC含有材料が好ましい。このような組成範囲において高いエネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるからである。 Among these, as this negative electrode material, tin, cobalt, and carbon are included as constituent elements, the carbon content is 9.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and the total of tin and cobalt is A CoSnC-containing material having a cobalt ratio of 30% by mass to 70% by mass is preferable. This is because a high energy density can be obtained in such a composition range, and excellent cycle characteristics can be obtained.
このCoSnC含有材料は、必要に応じて更に他の構成元素を含んでいてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素,鉄,ニッケル,クロム,インジウム,ニオブ(Nb),ゲルマニウム,チタン,モリブデン(Mo),アルミニウム,リン(P),ガリウムまたはビスマスが好ましく、2種以上を含んでいてもよい。容量またはサイクル特性を更に向上させることができるからである。 This CoSnC-containing material may further contain other constituent elements as necessary. As other constituent elements, for example, silicon, iron, nickel, chromium, indium, niobium (Nb), germanium, titanium, molybdenum (Mo), aluminum, phosphorus (P), gallium or bismuth are preferable, and two or more kinds are included. May be included. This is because the capacity or cycle characteristics can be further improved.
なお、このCoSnC含有材料は、スズと、コバルトと、炭素とを含む相を有しており、この相は結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。また、このCoSnC含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下はスズなどが凝集あるいは結晶化することによるものであると考えられるが、炭素が他の元素と結合することにより、そのような凝集あるいは結晶化を抑制することができるからである。 This CoSnC-containing material has a phase containing tin, cobalt, and carbon, and this phase preferably has a low crystallinity or an amorphous structure. In this CoSnC-containing material, it is preferable that at least a part of carbon as a constituent element is bonded to a metal element or a semimetal element as another constituent element. The decrease in cycle characteristics is thought to be due to the aggregation or crystallization of tin or the like, but this is because such aggregation or crystallization can be suppressed by combining carbon with other elements. .
元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えばX線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)が挙げられる。XPSでは、炭素の1s軌道(C1s)のピークは、グラファイトであれば、金原子の4f軌道(Au4f)のピークが84.0eVに得られるようにエネルギー較正された装置において、284.5eVに現れる。また、表面汚染炭素であれば、284.8eVに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば炭素が金属元素または半金属元素と結合している場合には、C1sのピークは、284.5eVよりも低い領域に現れる。すなわち、CoSnC含有材料について得られるC1sの合成波のピークが284.5eVよりも低い領域に現れる場合には、CoSnC含有材料に含まれる炭素の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合している。 As a measuring method for examining the bonding state of elements, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) can be cited. In XPS, the peak of the carbon 1s orbital (C1s) appears at 284.5 eV in an energy calibrated apparatus so that the peak of the gold atom 4f orbital (Au4f) is obtained at 84.0 eV if it is graphite. . Moreover, if it is surface contamination carbon, it will appear at 284.8 eV. On the other hand, when the charge density of the carbon element increases, for example, when carbon is bonded to a metal element or a metalloid element, the C1s peak appears in a region lower than 284.5 eV. That is, when the peak of the synthetic wave of C1s obtained for the CoSnC-containing material appears in a region lower than 284.5 eV, at least a part of the carbon contained in the CoSnC-containing material is a metal element or a half of other constituent elements. Combined with metal elements.
なお、XPS測定では、スペクトルのエネルギー軸の補正に、例えばC1sのピークを用いる。通常、表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のC1sのピークを284.8eVとし、これをエネルギー基準とする。XPS測定では、C1sのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとCoSnC含有材料中の炭素のピークとを含んだ形として得られるので、例えば市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、CoSnC含有材料中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準(284.8eV)とする。 In XPS measurement, for example, the C1s peak is used to correct the energy axis of the spectrum. Usually, since surface-contaminated carbon exists on the surface, the C1s peak of the surface-contaminated carbon is set to 284.8 eV, which is used as an energy standard. In the XPS measurement, the waveform of the C1s peak is obtained as a shape including the surface contamination carbon peak and the carbon peak in the CoSnC-containing material. For example, by analyzing using a commercially available software, the surface contamination The carbon peak and the carbon peak in the CoSnC-containing material are separated. In the waveform analysis, the position of the main peak existing on the lowest bound energy side is used as the energy reference (284.8 eV).
負極活物質層12は、更に、他の負極活物質を含んでいてもよく、また、導電剤,結着剤あるいは粘度調整剤などの充電に寄与しない他の材料を含んでいてもよい。他の負極活物質としては、例えば、天然黒鉛,人造黒鉛,難黒鉛化炭素あるいは易黒鉛化炭素などの炭素材料が挙げられる。導電剤としては、黒鉛繊維,金属繊維あるいは金属粉末などが挙げられる。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素系高分子化合物、またはスチレンブタジエンゴムあるいはエチレンプロピレンジエンゴムなどの合成ゴムなどが挙げられる。粘度調整剤としては、カルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。 The negative electrode active material layer 12 may further include other negative electrode active materials, and may include other materials that do not contribute to charging, such as a conductive agent, a binder, or a viscosity modifier. Examples of other negative electrode active materials include carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, non-graphitizable carbon, and graphitizable carbon. Examples of the conductive agent include graphite fiber, metal fiber, and metal powder. Examples of the binder include a fluorine-based polymer compound such as polyvinylidene fluoride, or a synthetic rubber such as styrene butadiene rubber or ethylene propylene diene rubber. Examples of the viscosity modifier include carboxymethylcellulose.
セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータ23を構成する材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどの合成樹脂が挙げられる。セパレータ23の突刺強度は、厚みを20μmに換算した値で4.0N以上9.8N以下の範囲内であることが好ましく、巻回軸方向の引張強度は、40MPa以上150MPa以下の範囲内であることが好ましい。突刺強度および引張強度が小さいと、充放電に伴う負極22の膨張・収縮により、セパレータ23が損傷し、内部短絡が発生しやすくなり、突刺強度および引張強度が大きいと、セパレータ23の熱収縮率が大きくなり、加熱時に内部短絡が発生しやすくなるからである。なお、セパレータ23の突刺強度は、数1に示した式により換算する。
The
(数1)
Y(N)={X(N)/a(μm)}×20(μm)
Y;厚み20μmに換算した突刺強度
X;セパレータ23の突刺強度
a;セパレータ23の厚み
(Equation 1)
Y (N) = {X (N) / a (μm)} × 20 (μm)
Y: Puncture strength converted to a thickness of 20 μm X: Puncture strength of the separator 23 a: Thickness of the
セパレータ23には、液状の電解質である電解液が含浸されている。電解液は、例えば、溶媒と、この溶媒に溶解された電解質塩とを含んでいる。
The
溶媒としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルエチル、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、1,3−ジオキソール−2−オン、4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステル、プロピオン酸エステル、フルオロベンゼン、tert−ブチルベンゼン、tert−シクロヘキシルベンゼンあるいはエチレンスルフィトなどの非水溶媒が挙げられる。溶媒は、1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。 Examples of the solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, tetrahydrofuran, 2- Methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,3-dioxol-2-one, 4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-fluoro-1,3 -Dioxolan-2-one, diethyl ether, sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile, propionitrile, anisole, acetate ester, butyrate ester, propionate ester, fluorobenzene, tert-butylbenzene, tert-cyclohexylbenzene, ethylenesulfite, etc. Non-aqueous solvents are mentioned. A solvent may be used individually by 1 type, but 2 or more types may be mixed and used for it.
電解質塩としては、例えば、LiPF6 、LiBF4 、LiClO4 、LiAsF6 、LiN(CF3 SO2 )2 、LiN(C2 F5 SO2 )2 、LiC(CF3 SO2 )3 、LiB(C6 H5 )4 、LiB(C2 O4 )2 、LiCF3 SO3 、LiCH3 SO3 、LiCl、あるいはLiBrなどのリチウム塩が挙げられる。電解質塩は、1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。 Examples of the electrolyte salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiB ( Examples thereof include lithium salts such as C 6 H 5 ) 4 , LiB (C 2 O 4 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiCH 3 SO 3 , LiCl, or LiBr. One electrolyte salt may be used alone, or two or more electrolyte salts may be mixed and used.
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。 For example, the secondary battery can be manufactured as follows.
まず、例えば、正極集電体21Aに正極活物質層21Bを形成し正極21を作製する。正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質の粉末と導電剤と結着剤とを混合して正極合剤を調製したのち、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとし、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し乾燥させ、圧縮成型することにより形成する。また、例えば、正極21と同様にして、負極集電体22Aに負極活物質層22Bを形成し負極22を作製する。
First, for example, the positive electrode
次いで、正極集電体21Aに正極リード25を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体22Aに負極リード26を溶接などにより取り付ける。続いて、正極21と負極22とをセパレータ23を介して巻回し、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接すると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接して、巻回した正極21および負極22を一対の絶縁板12,13で挟み電池缶11の内部に収納する。正極21および負極22を電池缶11の内部に収納したのち、電解液を電池缶11の内部に注入し、セパレータ23に含浸させる。そののち、電池缶11の開口端部に電池蓋14,安全弁機構15および熱感抵抗素子16をガスケット17を介してかしめることにより固定する。これにより、図1に示した二次電池が完成する。
Next, the
この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極21からリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極22に吸蔵される。一方、放電を行うと、例えば、負極22からリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極21に吸蔵される。この充放電に伴い負極22は積層方向および幅方向に大きく膨張・収縮するが、セパレータ23の突刺強度および引張強度が所定の範囲内とされているので、衝撃に対する耐久性が向上し、内部短絡が抑制される。
In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are extracted from the
このように本実施の形態によれば、セパレータ23の突刺強度を厚み20μmに換算した値で4.0N以上、巻回軸方向の引張強度を40MPa以上とするようにしたので、負極活物質として、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素として含む材料を用いても、負極22の膨張・収縮による損傷を抑制することができる。よって、内部短絡の発生を抑制することができ、特に、損傷が発生しやすい高温特性を向上させることができる。また、セパレータ23の突刺強度を厚み20μmに換算した値で9.8N以下、巻回軸方向の引張強度を150MPa以下とするようにしたので、セパレータ23の熱収縮を抑制することができ、加熱時における内部短絡の発生も抑制することができる。よって、信頼性を向上させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the puncture strength of the
(第2の実施の形態)
図3は、本発明の第2の実施の形態の二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、いわゆるラミネートフィルム型といわれるものであり、正極リード31および負極リード32が取り付けられた巻回電極体30をフィルム状の外装部材40の内部に収容したものである。
(Second Embodiment)
FIG. 3 shows the configuration of the secondary battery according to the second embodiment of the present invention. This secondary battery is a so-called laminate film type, and has a
正極リード31および負極リード32は、それぞれ、外装部材40の内部から外部に向かい例えば同一方向に導出されている。正極リード31および負極リード32は、例えば、アルミニウム,銅,ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成されており、それぞれ薄板状または網目状とされている。
The
外装部材40は、例えば、ナイロンフィルム,アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装部材40は、例えば、ポリエチレンフィルム側と巻回電極体30とが対向するように配設されており、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。外装部材40と正極リード31および負極リード32との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム41が挿入されている。密着フィルム41は、正極リード31および負極リード32に対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン,ポリプロピレン,変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されている。
The
なお、外装部材40は、上述したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム,ポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。
The
図4は、図3に示した巻回電極体30のI−I線に沿った断面構造を表すものである。電極巻回体30は、正極33と負極34とをセパレータ35および電解質層36を介して積層し、巻回したものであり、最外周部は保護テープ37により保護されている。
FIG. 4 shows a cross-sectional structure taken along line II of the spirally
正極33は、正極集電体33Aの片面あるいは両面に正極活物質層33Bが設けられた構造を有している。負極34は、負極集電体34Aの片面あるいは両面に負極活物質層34Bが設けられた構造を有しており、負極活物質層34Bと正極活物質層33Bとが対向するように配置されている。正極集電体33A,正極活物質層33B,負極集電体34A,負極活物質層34Bおよびセパレータ35の構成は、上述した第1の実施の形態における正極集電体21A,正極活物質層21B,負極集電体22A,負極活物質層22Bおよびセパレータ23と同様である。
The
電解質層36は、本実施の形態に係る電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の電解質は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。高分子材料としては、例えば、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物あるいはアクリレート系高分子化合物、またはポリフッ化ビニリデンあるいはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ化ビニリデンの重合体が挙げられ、これらのうちのいずれか1種または2種以上が混合して用いられる。特に、酸化還元安定性の観点からは、フッ化ビニリデンの重合体などのフッ素系高分子化合物を用いることが望ましい。
The
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。 For example, the secondary battery can be manufactured as follows.
まず、正極33および負極34のそれぞれに、電解液と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させて電解質層36を形成する。そののち、正極集電体33Aの端部に正極リード31を溶接により取り付けると共に、負極集電体34Aの端部に負極リード32を溶接により取り付ける。次いで、電解質層36が形成された正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層し積層体としたのち、この積層体をその長手方向に巻回して、最外周部に保護テープ37を接着して巻回電極体30を形成する。最後に、例えば、外装部材40の間に巻回電極体30を挟み込み、外装部材40の外縁部同士を熱融着などにより密着させて封入する。その際、正極リード31および負極リード32と外装部材40との間には密着フィルム41を挿入する。これにより、図3および図4に示した二次電池が完成する。
First, a precursor solution containing an electrolytic solution, a polymer compound, and a mixed solvent is applied to each of the
また、この二次電池は、次のようにして作製してもよい。まず、上述したようにして正極33および負極34を作製し、正極33および負極34に正極リード31および負極リード32を取り付けたのち、正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層して巻回し、最外周部に保護テープ37を接着して、巻回電極体30の前駆体である巻回体を形成する。次いで、この巻回体を外装部材40に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装部材40の内部に収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を用意し、外装部材40の内部に注入する。
Further, this secondary battery may be manufactured as follows. First, the
電解質用組成物を注入したのち、外装部材40の開口部を真空雰囲気下で熱融着して密封する。次いで、熱を加えてモノマーを重合させて高分子化合物とすることによりゲル状の電解質層36を形成し、図3および図4に示した二次電池を組み立てる。
After injecting the electrolyte composition, the opening of the
この二次電池の作用および効果は、上述した第1の実施の形態と同様である。すなわち、セパレータ35の突刺強度および引張強度を所定の範囲内とするようにしたので、内部短絡の発生を抑制することができる。
The operation and effect of the secondary battery are the same as those in the first embodiment described above. That is, since the puncture strength and tensile strength of the
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。 Further, specific embodiments of the present invention will be described in detail.
(実施例1−1〜1−4)
図1に示したような円筒型の二次電池を作製した。
(Examples 1-1 to 1-4)
A cylindrical secondary battery as shown in FIG. 1 was produced.
まず、正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2 )を用意し、このリチウムコバルト複合酸化物粉末91質量部と、導電剤であるグラファイト(ロンザ製KS−15)6質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合して正極合剤を調製したのち、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーを作製した。次いで、正極合剤スラリーをアルミニウム箔よりなる正極集電体21Aの両面に塗布し乾燥させたのち圧縮成型して正極活物質層21Bを形成することにより帯状の正極21を作製した。
First, lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) is prepared as a positive electrode active material, 91 parts by mass of this lithium cobalt composite oxide powder, and 6 parts by mass of graphite (KS-15 made by Lonza) as a conductive agent are bound. A positive electrode mixture was prepared by mixing 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as an agent, and then dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to prepare a positive electrode mixture slurry. Next, the positive electrode mixture slurry was applied to both surfaces of a positive electrode
一方、コバルト粉末10質量部とスズ粉末90質量部とを混合し、この混合物を石英ボートに入れ、アルゴンガス雰囲気中において1000℃に加熱し、室温まで放冷した。これにより得られた塊を、アルゴンガス雰囲気でボールミルにて粉砕し、コバルト−スズ合金粉末(10Co−90Sn)を得た。なお、化学記号の前に示した数字は質量比である。次いで、このコバルト−スズ合金粉末を負極活物質として用い、コバルト−スズ合金粉末80質量部と、導電剤および負極活物質であるグラファイト(ロンザ製KS−15)11質量部およびアセチレンブラック1質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン8質量部とを混合して負極合剤を調製したのち、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーを作製した。続いて、負極合剤スラリーを銅箔よりなる負極集電体22Aの両面に塗布し乾燥させたのち圧縮成型して負極活物質層22Bを形成することにより帯状の負極22を作製した。
On the other hand, 10 parts by mass of cobalt powder and 90 parts by mass of tin powder were mixed, and this mixture was put into a quartz boat, heated to 1000 ° C. in an argon gas atmosphere, and allowed to cool to room temperature. The lump thus obtained was pulverized by a ball mill in an argon gas atmosphere to obtain a cobalt-tin alloy powder (10Co-90Sn). In addition, the number shown before the chemical symbol is a mass ratio. Next, using this cobalt-tin alloy powder as a negative electrode active material, 80 parts by mass of cobalt-tin alloy powder, 11 parts by mass of a conductive agent and negative electrode active material graphite (KS-15 made by Lonza), and 1 part by mass of acetylene black Then, 8 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder was mixed to prepare a negative electrode mixture, and then dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to prepare a negative electrode mixture slurry. Subsequently, the negative electrode mixture slurry was applied to both surfaces of the negative electrode
次に、微多孔性ポリエチレンフィルムよりなるセパレータ23を用意し、これを加工することによりセパレータ23の突刺強度および引張強度を実施例1−1〜1−4で表1に示したように変化させた。具体的には、実施例1−1では、厚みを20μmに換算した突刺強度を4.0N、巻回軸方向の引張強度を40MPa、実施例1−2では、同突刺強度を4.0N、同引張強度を70MPa、実施例1−3では、同突刺強度を7.0N、同引張強度を88MPa、実施例1−4では、同突刺強度を9.8N、同引張強度を150MPaとした。
Next, a
続いて、作製した正極21と負極22とをセパレータ23を介して巻回し、巻回電極体20を作製した。そののち、巻回電極体20を絶縁板12, 13で挟んで電池缶11に収納し、電解液を注入した。電解液は、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン20質量%と、炭酸エチレン20質量%と、炭酸ジメチル45質量%と、電解質塩であるLiPF6 15質量%とを混合して調製した。次いで、ガスケット17を介して電池缶11をかしめることにより、安全弁機構15、熱感抵抗素子16および電池蓋14を固定し、二次電池を得た。
Subsequently, the produced
また、実施例1−1〜1−4に対する比較例1−1〜1−3として、セパレータの突刺強度および引張強度を表1に示したように変化させたことを除き、他は実施例1−1〜1−4と同様にして二次電池を作製した。 Further, as Comparative Examples 1-1 to 1-3 with respect to Examples 1-1 to 1-4, except that the puncture strength and tensile strength of the separator were changed as shown in Table 1, other than Example 1 Secondary batteries were fabricated in the same manner as -1 to 1-4.
作製した実施例1−1〜1−4および比較例1−1〜1−3の二次電池について、高温サイクル特性、加熱安全性および高温保存特性を以下のようにして評価した。これらの結果を表1に示す。 With respect to the fabricated secondary batteries of Examples 1-1 to 1-4 and Comparative Examples 1-1 to 1-3, the high-temperature cycle characteristics, heating safety, and high-temperature storage characteristics were evaluated as follows. These results are shown in Table 1.
〈高温サイクル特性〉
45℃の環境中において、電流値1C、上限電圧4.2Vの定電流定電圧充電を行ったのち、電流値1Cの定電流放電を終止電圧2.5Vまで行うという充放電を200サイクル行い、2サイクル目の放電容量に対する200サイクル目の放電容量の容量維持率(%)を求めた。なお、1Cというのは電池容量を1時間で放電しきる電流値である。
<High temperature cycle characteristics>
In an environment of 45 ° C., after performing constant current and constant voltage charging with a current value of 1 C and an upper limit voltage of 4.2 V, 200 cycles of charging and discharging that perform constant current discharging with a current value of 1 C up to a final voltage of 2.5 V, The capacity retention rate (%) of the discharge capacity at the 200th cycle relative to the discharge capacity at the second cycle was determined. Note that 1C is a current value at which the battery capacity can be discharged in one hour.
〈加熱安全性〉
各実施例ごとに5個の電池を用意し、充電した状態で150℃のオーブン中に1時間保存し、安全弁機構15が作動した個数を調べた。表1には安全弁機構15が作動しなかった良品の割合を示した。
<Heating safety>
Five batteries were prepared for each example, stored in an oven at 150 ° C. for 1 hour in a charged state, and the number of
〈高温保存特性〉
各実施例ごとに5個の電池を用意し、4.3Vに過充電した状態で45℃の恒温槽中に1週間保存し、安全弁機構15が作動した個数を調べた。表1には安全弁機構15が作動しなかった良品の割合を示した。
<High temperature storage characteristics>
Five batteries were prepared for each example, stored in a 45 ° C. thermostatic bath for one week in an overcharged state of 4.3 V, and the number of
表1に示したように、セパレータ23の突刺強度を4.0N以上9.8N以下、引張強度を40MPa以上150MPa以下とした実施例1−1〜1−4によれば、高温サイクル特性、加熱安全性および高温保存特性のいずれについても優れた結果が得られた。これに対して、セパレータの突刺強度または引張強度が小さい比較例1−1,1−2では、高温サイクル特性および高温保存特性が低く、突刺強度および引張強度が大きい比較例1−3では、加熱安全性が低かった。
As shown in Table 1, according to Examples 1-1 to 1-4 in which the puncture strength of the
すなわち、セパレータ23の突刺強度を厚み20μmに換算した値で4.0N以上9.8N以下、巻回軸方向の引張強度を40MPa以上150MPa以下とするようにしれば、スズを構成元素として含む負極活物質を用いても、高温特性および信頼性を向上させることができることが分かった。
That is, if the puncture strength of the
(実施例2−1〜2−4)
負極活物質として、コバルト−スズ合金粉末に代えて、ケイ化マグネシウム(Mg2 Si)粉末を用いたことを除き、他は実施例1−1〜1−4と同様にして二次電池を作製した。その際、実施例2−1〜2−4で、実施例1−1〜1−4と同様に、セパレータ23の突刺強度および引張強度を表2に示したように変化させた。また、実施例2−1〜2−4に対する比較例2−1〜2−3として、セパレータの突刺強度および引張強度を表2に示したように変化させたことを除き、他は実施例2−1〜2−4と同様にして二次電池を作製した。
(Examples 2-1 to 2-4)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 1-1 to 1-4 except that magnesium silicide (Mg 2 Si) powder was used as the negative electrode active material instead of cobalt-tin alloy powder. did. At that time, in Examples 2-1 to 2-4, as in Examples 1-1 to 1-4, the puncture strength and tensile strength of the
作製した実施例2−1〜2−4および比較例2−1〜2−3の二次電池についても、実施例1−1〜1−4と同様に高温サイクル特性、加熱安全性および高温保存特性を評価した。これらの結果を表2に示す。 For the fabricated secondary batteries of Examples 2-1 to 2-4 and Comparative Examples 2-1 to 2-3, high-temperature cycle characteristics, heating safety, and high-temperature storage are the same as in Examples 1-1 to 1-4. Characteristics were evaluated. These results are shown in Table 2.
表2に示したように、セパレータ23の突刺強度を4.0N以上9.8N以下、引張強度を40MPa以上150MPa以下とした実施例2−1〜2−4によれば、高温サイクル特性、加熱安全性および高温保存特性のいずれについても優れた結果が得られたのに対して、突刺強度または引張強度が小さい比較例2−1,2−2では、高温サイクル特性および高温保存特性が低く、突刺強度および引張強度が大きい比較例2−3では、加熱安全性が低かった。
As shown in Table 2, according to Examples 2-1 to 2-4 in which the puncture strength of the
すなわち、ケイ素を構成元素として含む負極活物質を用いても、セパレータ23の突刺強度および引張強度を上述した範囲内とすれば、高温特性および信頼性を向上させることができることが分かった。
That is, it has been found that even when a negative electrode active material containing silicon as a constituent element is used, high temperature characteristics and reliability can be improved if the puncture strength and tensile strength of the
(実施例3−1〜3−4)
負極活物質として、コバルト−スズ合金粉末に代えて、CoSnC含有材料を用いたことを除き、他は実施例1−1〜1−4と同様にして二次電池を作製した。その際、実施例3−1〜3−4で、実施例1−1〜1−4と同様に、セパレータ23の突刺強度および引張強度を表3に示したように変化させた。
(Examples 3-1 to 3-4)
Secondary batteries were fabricated in the same manner as in Examples 1-1 to 1-4 except that a CoSnC-containing material was used as the negative electrode active material instead of the cobalt-tin alloy powder. At that time, in Examples 3-1 to 3-4, as in Examples 1-1 to 1-4, the puncture strength and tensile strength of the
なお、CoSnC含有材料は次のようにして作製した。まず、原料としてコバルト粉末とスズ粉末と炭素粉末とを用意し、コバルト粉末とスズ粉末とを合金化してコバルト・スズ合金粉末を作製したのち、この合金粉末に炭素粉末を加えて乾式混合した。続いて、この混合物を遊星ボールミルを用いてメカノケミカル反応を利用して合成し、CoSnC含有材料を得た。 The CoSnC-containing material was produced as follows. First, cobalt powder, tin powder, and carbon powder were prepared as raw materials, and cobalt powder and tin powder were alloyed to produce a cobalt-tin alloy powder. Then, carbon powder was added to the alloy powder and dry mixed. Subsequently, this mixture was synthesized using a mechanochemical reaction using a planetary ball mill to obtain a CoSnC-containing material.
得られたCoSnC含有材料について組成の分析を行ったところ、コバルトの含有量は29.3質量%、スズの含有量は49.9質量%、炭素の含有量は19.8質量%であった。なお、炭素の含有量は、炭素・硫黄分析装置により測定し、コバルトおよびスズの含有量は、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)発光分析により測定した。また、得られたCoSnC含有材料についてX線回折を行ったところ、回折角2θ=20°〜50°の間に、回折角2θが1.0°以上の広い半値幅を有する回折ピークが観察された。更に、このCoSnC含有材料についてXPSを行ったところ、CoSnC含有材料中におけるC1sのピークは284.5eVよりも低い領域に得られた。すなわち、CoSnC含有材料中の炭素が他の元素と結合していることが確認された。 When the composition of the obtained CoSnC-containing material was analyzed, the cobalt content was 29.3 mass%, the tin content was 49.9 mass%, and the carbon content was 19.8 mass%. . The carbon content was measured by a carbon / sulfur analyzer, and the cobalt and tin contents were measured by ICP (Inductively Coupled Plasma) emission analysis. Further, when X-ray diffraction was performed on the obtained CoSnC-containing material, a diffraction peak having a wide half-width with a diffraction angle 2θ of 1.0 ° or more was observed between diffraction angles 2θ = 20 ° to 50 °. It was. Further, when XPS was performed on the CoSnC-containing material, the C1s peak in the CoSnC-containing material was obtained in a region lower than 284.5 eV. That is, it was confirmed that carbon in the CoSnC-containing material was bonded to other elements.
また、実施例3−1〜3−4に対する比較例3−1〜3−3として、セパレータの突刺強度および引張強度を表3に示したように変化させたことを除き、他は実施例3−1〜3−4と同様にして二次電池を作製した。 Further, as Comparative Examples 3-1 to 3-3 with respect to Examples 3-1 to 3-4, except that the puncture strength and tensile strength of the separator were changed as shown in Table 3, the others were Example 3. Secondary batteries were fabricated in the same manner as in -1 to 3-4.
作製した実施例3−1〜3−4および比較例3−1〜3−3の二次電池についても、実施例1−1〜1−4と同様に高温サイクル特性、加熱安全性および高温保存特性を評価した。これらの結果を表3に示す。なお、表3において負極活物質は構成元素の前にその含有量を質量%で示した。 For the fabricated secondary batteries of Examples 3-1 to 3-4 and Comparative Examples 3-1 to 3-3, high-temperature cycle characteristics, heating safety, and high-temperature storage were the same as in Examples 1-1 to 1-4. Characteristics were evaluated. These results are shown in Table 3. In Table 3, the content of the negative electrode active material was shown in mass% before the constituent elements.
表3に示したように、セパレータ23の突刺強度を4.0N以上9.8N以下、引張強度を40MPa以上150MPa以下とした実施例3−1〜3−4によれば、高温サイクル特性、加熱安全性および高温保存特性のいずれについても優れた結果が得られたのに対して、突刺強度または引張強度が小さい比較例3−1,3−2では、高温サイクル特性および高温保存特性が低く、突刺強度および引張強度が大きい比較例3−3では、加熱安全性が低かった。すなわち、他の組成を有する負極活物質を用いても、セパレータ23の突刺強度および引張強度を上述した範囲内とすれば、高温特性および信頼性を向上させることができることが分かった。
As shown in Table 3, according to Examples 3-1 to 3-4 in which the puncture strength of the
また、表1と表3とを比較すれば分かるように、コバルト−スズ合金を用いた実施例1−1〜1−4に比べて、CoSnC含有材料を用いた実施例3−1〜3−4の方が優れたサイクル特性を得ることができた。すなわち、負極活物質としてCoSnC含有材料を用いれば好ましことが分かった。 Further, as can be seen from a comparison between Table 1 and Table 3, Examples 3-1 to 3- using CoSnC-containing materials as compared with Examples 1-1 to 1-4 using a cobalt-tin alloy. No. 4 was able to obtain excellent cycle characteristics. In other words, it has been found preferable to use a CoSnC-containing material as the negative electrode active material.
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、電解質として電解液を用いる場合について説明し、更に上記実施の形態では、電解液を高分子化合物に保持させたゲル状電解質を用いる場合についても説明したが、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、イオン伝導性セラミックス,イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などのイオン伝導性無機化合物と電解液とを混合したもの、または他の無機化合物と電解液とを混合したもの、またはこれらの無機化合物とゲル状電解質とを混合したものが挙げられる。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiments and examples, the case where an electrolytic solution is used as the electrolyte is described. In the above-described embodiment, the case where a gel electrolyte in which the electrolytic solution is held in a polymer compound is used is also described. Other electrolytes may be used. Other electrolytes include, for example, a mixture of an ion conductive inorganic compound such as ion conductive ceramics, ion conductive glass or ionic crystal and an electrolytic solution, or a mixture of another inorganic compound and an electrolytic solution. Or a mixture of these inorganic compounds and a gel electrolyte.
また、上記実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる電池について説明したが、ナトリウム(Na)あるいはカリウム(K)などの他のアルカリ金属、またはマグネシウムあるいはカルシウム(Ca)などのアルカリ土類金属、またはアルミニウムなどの他の軽金属を用いる場合についても、本発明を適用することができる。その際、負極には、上記実施の形態で説明した負極活物質、例えばスズまたはケイ素を構成元素として含む物質を同様にして用いることができる。 In the above embodiment and examples, a battery using lithium as an electrode reactant has been described. However, other alkali metals such as sodium (Na) or potassium (K), or alkalis such as magnesium or calcium (Ca) are used. The present invention can also be applied to the case of using an earth metal or another light metal such as aluminum. At that time, the negative electrode active material described in the above embodiment, for example, a material containing tin or silicon as a constituent element can be used in the same manner for the negative electrode.
更に、上記実施の形態および実施例では、円筒型あるいはラミネートフィルム型の二次電池を具体的に挙げて説明したが、本発明は角型などの他の形状を有する二次電池についても同様に適用することができる。また、本発明は、二次電池に限らず、一次電池などの他の電池についても同様に適用することができる。 Furthermore, in the above embodiments and examples, a cylindrical or laminated film type secondary battery has been specifically described. However, the present invention also applies to secondary batteries having other shapes such as a square type. Can be applied. Further, the present invention is not limited to the secondary battery, and can be similarly applied to other batteries such as a primary battery.
11…電池缶、12,13…絶縁板、14…電池蓋、15…安全弁機構、15A…ディスク板、16…熱感抵抗素子、17…ガスケット、20,30…巻回電極体、21,33…正極、21A,33A…正極集電体、21B,33B…正極活物質層、22,34…負極、22A,34A…負極集電体、22B,34B…負極活物質層、23,35…セパレータ、24…センターピン、25,31…正極リード、26,32…負極リード、36…電解質層、37…保護テープ、40…外装部材、41…密着フィルム。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery can, 12, 13 ... Insulation board, 14 ... Battery cover, 15 ... Safety valve mechanism, 15A ... Disc board, 16 ... Heat sensitive resistance element, 17 ... Gasket, 20, 30 ... Winding electrode body, 21, 33 ... Positive electrode, 21A, 33A ... Positive electrode current collector, 21B, 33B ... Positive electrode active material layer, 22, 34 ... Negative electrode, 22A, 34A ... Negative electrode current collector, 22B, 34B ... Negative electrode active material layer, 23, 35 ... Separator , 24 ... Center pin, 25, 31 ... Positive electrode lead, 26, 32 ... Negative electrode lead, 36 ... Electrolyte layer, 37 ... Protective tape, 40 ... Exterior member, 41 ... Adhesion film.
Claims (3)
前記負極は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能である負極活物質として、スズ(Sn)とコバルト(Co)と炭素(C)とを構成元素として含み、炭素の含有量が9.9質量%以上29.7質量%以下であると共にスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合が30質量%以上70質量%以下である材料を含有し、
前記セパレータは、突刺強度が厚みを20μmに換算した値で4.0N以上9.8N以下であり、巻回軸方向の引張強度が40MPa以上150MPa以下である、
非水電解質二次電池。 A winding electrode body in which a positive electrode and a negative electrode are wound through a separator,
The negative electrode, the electrode reactant as an anode active material Ru can der of occluding and releasing includes as an element tin (Sn) and cobalt (Co) and carbon (C), the content of carbon 9 Containing a material that is not less than 9.9% by mass and not more than 29.7% by mass and the ratio of cobalt to the total of tin and cobalt is not less than 30% by mass and not more than 70% by mass
The separator has a puncture strength of 4.0 N to 9.8 N in terms of thickness converted to 20 μm, and a tensile strength in the winding axis direction of 40 MPa to 150 MPa .
Non-aqueous electrolyte secondary battery.
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