JP4686131B2 - 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 light, has a high unit cell voltage, and can obtain a high energy density. It is attracting attention.

特許文献1には、ビニレンカーボネート(VC)をゲル状電解質の非水電解液に対して0.05重量%以上、5重量%以下の範囲で含有させることにより、ガス発生による膨れを抑制することが記載されている。また、特許文献1には、VCを0.5重量%添加したサンプル1〜3の電池では、充電直前に対する初回充電直後の電池体積が103.9%であり、VCを5.0重量%添加したサンプル13〜15の電池では、充電直前に対する初回充電直後の電池体積は100.1%であることが記載され、VCの添加量が多い方が電池膨れが小さくなることが示されている。   Patent Document 1 discloses that vinylene carbonate (VC) is contained in the range of 0.05% by weight or more and 5% by weight or less with respect to the non-aqueous electrolyte of the gel electrolyte, thereby suppressing swelling due to gas generation. Is described. Further, in Patent Document 1, in the batteries of Samples 1 to 3 to which VC is added by 0.5% by weight, the battery volume immediately after the initial charge with respect to immediately before charging is 103.9%, and VC is added by 5.0% by weight. In the batteries of Samples 13 to 15, it is described that the battery volume immediately after the first charge with respect to immediately before the charge is 100.1%, which indicates that the larger the amount of VC added, the smaller the battery swelling.

また、特許文献1の表1,2,5,6には、ジフルオロアニソール無添加のサンプル32〜34の電池のサイクル特性が、ジフルオロアニソールが1重量%添加されているサンプル1〜3の電池と同等であることが記載されている。同様な傾向がサンプル4〜6,35〜37にも示されている。
特開2001−167797号公報
Tables 1, 2, 5, and 6 of Patent Document 1 show that the cycle characteristics of the samples 32-34 to which no difluoroanisole was added are the batteries of samples 1-3 to which 1% by weight of difluoroanisole was added. It is described that they are equivalent. Similar trends are shown in Samples 4-6, 35-37.
JP 2001-167797 A

本発明は、充電貯蔵時の膨れが小さく、かつ充放電サイクル寿命の長い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 that has a small swelling during charge storage and a long charge / discharge cycle life.

本発明に係る非水電解質二次電池は、正極活物質を含む正極と、負極と、ビニレンカーボネート(VC)及び2,4−ジフルオロアニソール(DFA)を含む非水電解質とを具備する非水電解質二次電池であって、
初充放電後の前記非水電解質中のVCの含有量が0.01質量%以上0.6質量%以下で、正極活物質表面積1m2当りのDFA量が1〜50mgの範囲であり、
前記負極は、粉末X線回折測定による(002)面の面間隔d002が0.336nm以下で、かつ粉末X線回折測定において回折角2θが42.8°〜44.0°と45.5°〜46.6°にピークが現れる黒鉛質材料を含み、かつ前記負極の表面のBET法による比表面積が0.5m2/g〜5m2/gの範囲であることを特徴とする。
A non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte including vinylene carbonate (VC) and 2,4-difluoroanisole (DFA). A secondary battery,
The VC content in the non-aqueous electrolyte after the initial charge / discharge is 0.01% by mass to 0.6% by mass, and the DFA amount per 1 m 2 of the positive electrode active material surface area is in the range of 1 to 50 mg.
The negative electrode, the surface spacing d 002 of by powder X-ray diffraction measurement (002) plane is not more than 0.336 nm, and the diffraction angle 2θ is 42.8 ° in the powder X-ray diffraction measurement ~44.0 ° and 45.5 ° include ~46.6 graphitic material which peak appears in °, and a BET specific surface area of the surface of the negative electrode is characterized by a range of 0.5m 2 / g~5m 2 / g.

以上詳述したように本発明によれば、充電貯蔵時の膨れが抑制され、かつ充放電サイクル寿命の長い非水電解質二次電池を提供することができる。   As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a nonaqueous electrolyte secondary battery in which swelling during charge storage is suppressed and the charge / discharge cycle life is long.

以下、本発明に係る非水電解質二次電池の一実施形態について説明する。この非水電解質二次電池に含まれる正極、負極及び非水電解質について説明する。   Hereinafter, an embodiment of a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention will be described. A positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte included in the nonaqueous electrolyte secondary battery will be described.

1)非水電解質
この非水電解質は、非水溶媒と、前記非水溶媒に溶解される電解質とを含むものである。非水溶媒には、ビニレンカーボネート(VC)及び2,4−ジフルオロアニソール(DFA)が含まれる。また、初充放電後の前記非水電解質中のVCの含有量が0.01質量%以上0.6質量%以下の範囲内であり、かつ正極活物質表面積1m2当りのDFA量が1〜50mgの範囲である。
1) Nonaqueous electrolyte This nonaqueous electrolyte contains a nonaqueous solvent and an electrolyte dissolved in the nonaqueous solvent. Non-aqueous solvents include vinylene carbonate (VC) and 2,4-difluoroanisole (DFA). Further, the VC content in the non-aqueous electrolyte after the initial charge / discharge is in the range of 0.01% by mass to 0.6% by mass, and the amount of DFA per 1 m 2 of the positive electrode active material surface area is 1 to 2 %. The range is 50 mg.

ここで、「使用開始時」とは、電池出荷後、ユーザが初めて充電もしくは放電するときを意味する。使用開始時の非水電解質中にVCが存在していないと、正負極間の効率バランスが崩れやすくなるため、正極劣化の進行が早く、充放電サイクル寿命が低下する。十分な充放電サイクル寿命を得るためには、初充放電後の非水電解質中のVC含有量を0.01質量%以上にすることが望ましいものの、初充放電後の非水電解質中のVC含有量が0.6質量%を超えると、充電時に正極とVCが反応して多量のガスが発生するため、充電状態で貯蔵した際の電池膨れが大きくなる。また、この正極とVCとの反応は、正極劣化を招くため、充放電サイクル寿命が短くなる。初充放電後の非水電解質中のVC含有量のさらに好ましい範囲は、0.01〜0.45質量%である。 Here, “at the start of use” means when the user is charged or discharged for the first time after the battery is shipped. If VC is not present in the non-aqueous electrolyte at the start of use, the efficiency balance between the positive and negative electrodes tends to be lost, so that the positive electrode progresses quickly and the charge / discharge cycle life is reduced. To obtain a sufficient charge-discharge cycle life, although it is desirable that the VC content of the non-aqueous electrolyte after initial charge discharge more than 0.01 mass%, VC of the non-aqueous electrolyte after initial charge discharge If the content exceeds 0.6% by mass, the positive electrode and VC react at the time of charging to generate a large amount of gas, so that the battery swells when stored in a charged state increases. Further, since the reaction between the positive electrode and VC causes the positive electrode to deteriorate, the charge / discharge cycle life is shortened. A more preferable range of the VC content in the non-aqueous electrolyte after the initial charge / discharge is 0.01 to 0.45% by mass.

使用開始時の非水電解質中のVC含有量は、初期添加量が多い方が大きくなるという傾向はあるものの、VCの初期添加量を定めても一義的に定まらず、初期添加量が一定でも負極組成や負極の表面状態あるいは初充電条件などが、製造において許容され得る誤差範囲内で変動することにより変わり得るものである。本発明者らは、電池特性がVCの初期添加量によって一義的に定まるものではなく、使用開始時の非水電解質中のVC含有量と電池特性の間に相関性があることを見出し、本発明に至ったのである。   Although the VC content in the non-aqueous electrolyte at the start of use tends to increase as the initial addition amount increases, it is not uniquely determined even if the initial addition amount of VC is determined. The negative electrode composition, the surface state of the negative electrode, the initial charging conditions, and the like can be changed by changing within an allowable error range in manufacturing. The present inventors have found that the battery characteristics are not uniquely determined by the initial addition amount of VC, and that there is a correlation between the VC content in the nonaqueous electrolyte at the start of use and the battery characteristics. It led to the invention.

正極活物質表面積1m2当りのDFA量を前記範囲に限定するのは以下に説明する理由によるものである。正極活物質表面積1m2当りのDFA量を1mg未満にすると、正極とVCの反応を抑えられないため、充電貯蔵時の電池膨れが大きくなり、また充放電サイクル寿命が低下する。一方、正極活物質表面積1m2当りのDFA量が50mgを超えると、DFAの分解により生成した抵抗被膜により内部インピーダンスが上昇するため、充放電サイクル寿命が低下する。正極活物質表面積1m2当りのDFA量のより好ましい範囲は、5〜40mgである。 The reason why the amount of DFA per 1 m 2 of the positive electrode active material surface area is limited to the above range is as follows. When the amount of DFA per 1 m 2 of the positive electrode active material surface area is less than 1 mg, the reaction between the positive electrode and VC cannot be suppressed, so that the battery swells during charge storage increases and the charge / discharge cycle life decreases. On the other hand, when the amount of DFA per 1 m 2 of the positive electrode active material surface area exceeds 50 mg, the internal impedance increases due to the resistance film generated by the decomposition of DFA, and therefore the charge / discharge cycle life is reduced. A more preferable range of the DFA amount per 1 m 2 of the positive electrode active material surface area is 5 to 40 mg.

非水溶媒には、VCとDFA以外の他の溶媒を含有させることが好ましい。他の溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)やプロピレンカーボネート(PC)のような環状カーボネート、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)}、γ−ブチロラクトン(GBL)、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)、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)、シクロヘキシルベンゼン(CHB)等を挙げることができる。他の溶媒の種類は、1種類または2種類以上にすることができる。中でも、環状カーボネート及び鎖状カーボネートのうち少なくとも一方を非水溶媒に含有させることが望ましい。   The non-aqueous solvent preferably contains a solvent other than VC and DFA. Other solvents include, for example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC), chain carbonates {eg, methyl ethyl carbonate (MEC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC)} , Γ-butyrolactone (GBL), vinyl ethylene carbonate (VEC), phenyl ethylene carbonate (phEC), γ-valerolactone (VL), methyl propionate (MP), ethyl propionate (EP), 2-methylfuran (2Me) -F), furan (F), thiophene (TIOP), catechol carbonate (CATC), ethylene sulfite (ES), 12-crown-4 (Crown), tetraethylene glycol dimethyl ether (Ether), cyclohexane Examples include xylbenzene (CHB). The type of the other solvent can be one type or two or more types. Among these, it is desirable to contain at least one of a cyclic carbonate and a chain carbonate in a non-aqueous solvent.

非水溶媒には、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が含まれていることが望ましい。   The non-aqueous solvent desirably contains 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 0004686131
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. 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 0004686131

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.

環内に二重結合を有するスルトン化合物は、負極との還元反応の際に二重結合が開いて重合反応が起こり、ガス発生を伴うことなく負極表面に緻密な保護被膜を形成することができる。この際、VCが存在していると、リチウムイオン透過性に優れる緻密な保護被膜を形成することができる。   A sultone compound having a double bond in the ring can form a dense protective film on the surface of the negative electrode without gas generation due to the double bond opening during the reduction reaction with the negative electrode to cause a polymerization reaction. . At this time, if VC is present, a dense protective film excellent in lithium ion permeability can be formed.

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。これら化合物に由来する保護被膜は、黒鉛質材料中のLi+と非水電解質との接触による副反応を抑制する効果が最も高いからである。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。 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). This is because the protective coating derived from these compounds has the highest effect of suppressing side reactions caused by contact between Li + in the graphite material and the nonaqueous electrolyte. 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.

非水電解質中のスルトン化合物の含有量は、10質量%以下にすることが望ましく、さらに好ましい範囲は5質量%以下で、最も好ましい範囲は4質量%以下である。また、スルトン化合物による保護被膜形成の効果を十分に得るためには、スルトン化合物の比率を最低でも0.01質量%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質量%以上あれば、初充電時のガス発生を抑制するなどの保護機能を充分なものにすることができる。 The content of the sultone compound in the non-aqueous electrolyte is desirably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and most preferably 4% by mass or less. Further, in order to sufficiently obtain the effect of forming a protective film with the sultone compound, it is desirable to ensure a sultone compound ratio of at least 0.01% by mass . Furthermore, when the ratio of the sultone compound is 0.1% by mass or more, a protective function such as suppression of gas generation during the initial charge can be made sufficient.

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。中でも、LiPF6あるいはLiBF4を含むものが好ましい。 Examples of the electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium arsenic hexafluoride ( LiAsF 6 ), lithium trifluorometasulfonate (LiCF 3 SO 3 ), bistrifluoromethylsulfonylimide lithium [(LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ], LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 and other lithium salts The type of electrolyte used can be one type or two or more types, and among them, those containing LiPF 6 or LiBF 4 are preferable.

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.

前記非水電解質には、セパレータとの濡れ性を良くするために、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ることが望ましい。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 non-aqueous electrolyte preferably contains a surfactant such as trioctyl phosphate (TOP) in order to improve the wettability with the separator. The addition amount of the surfactant is preferably 3% or less, and more preferably in the range of 0.1 to 1%.

前記非水電解質には、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。   As the non-aqueous electrolyte, one having a substantially liquid or gel-like form can be used.

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。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 non-aqueous electrolyte is preferably 0.2 to 0.6 g per 100 mAh of battery unit capacity. A more preferable range of the nonaqueous electrolytic mass is 0.25 to 0.55 g / 100 mAh.

2)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、活物質を含む正極層とを含む。
2) Positive electrode The positive electrode includes a current collector and a positive electrode layer that is supported on one or both surfaces of the current collector and includes an active material.

前記正極層は、正極活物質、結着剤及び導電剤を含む。   The positive electrode layer includes a positive electrode active material, a binder, and a conductive agent.

前記正極活物質としては、種々の酸化物、例えば二酸化マンガン、リチウムマンガン複合酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物、リチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物、リチウム含有鉄酸化物、リチウムを含むバナジウム酸化物や、二硫化チタン、二硫化モリブデンなどのカルコゲン化合物などを挙げることができる。中でも、リチウム含有コバルト酸化物(例えば、LiCoO2 )、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物(例えば、LiNi0.8 Co0.2 2 )、リチウムマンガン複合酸化物(例えば、LiMn2 4 、LiMnO2 )を用いると、高電圧が得られるために好ましい。なお、正極活物質としては、1種類の酸化物を単独で使用しても、あるいは2種類以上の酸化物を混合して使用しても良い。 Examples of the positive electrode active material include various oxides such as manganese dioxide, lithium manganese composite oxide, lithium-containing nickel oxide, lithium-containing cobalt oxide, lithium-containing nickel cobalt oxide, lithium-containing iron oxide, and lithium. Examples thereof include vanadium oxide and chalcogen compounds such as titanium disulfide and molybdenum disulfide. Among them, when a lithium-containing cobalt oxide (for example, LiCoO 2 ), a lithium-containing nickel cobalt oxide (for example, LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 ), or a lithium manganese composite oxide (for example, LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 ) is used. This is preferable because a high voltage can be obtained. As the positive electrode active material, one kind of oxide may be used alone, or two or more kinds of oxides may be mixed and used.

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。   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85〜98質量%、導電剤1〜10質量%、結着剤1〜5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 85 to 98% by weight, the conductive agent 1 to 10 mass%, is preferably in the range of binder 1 to 5 mass%.

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、乾燥してプレスを施す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, drying it, and applying a press.

3)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。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。
3) 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. The negative electrode layer includes a carbonaceous material that occludes / releases lithium ions and a binder.

前記炭素質物は、粉末X線回折測定による面間隔d002が0.336nm以下で、かつ粉末X線回折測定において回折角2θが42.8°〜44.0°と45.5°〜46.6°にピークが現れる黒鉛質材料を含む。 The carbonaceous material has an interplanar spacing d 002 of 0.336 nm or less by powder X-ray diffraction measurement, and a diffraction angle 2θ of 42.8 ° to 44.0 ° and 45.5 ° to 46.46 in powder X-ray diffraction measurement. Includes graphite materials that have a peak at 6 °.

このような黒鉛質材料は、充放電サイクル中も継続してVCと反応して負極表面の保護被膜の機能を維持することができるため、負極の充放電効率を高くすることができる。また、負極とVCが反応することで正極とVCの反応機会を少なくすることができる。これらの結果、充放電サイクルの進行に伴う正極劣化を抑制することができる。また、面間隔d002は、完全な黒鉛結晶における(002)面の面間隔d002、すなわち0.3354nmよりも大きくすることが好ましい。 Since such a graphite material can continue to react with VC during the charge / discharge cycle and maintain the function of the protective coating on the negative electrode surface, the charge / discharge efficiency of the negative electrode can be increased. Moreover, the reaction opportunity of a positive electrode and VC can be decreased because a negative electrode and VC react. As a result, it is possible to suppress positive electrode deterioration accompanying the progress of the charge / discharge cycle. The surface spacing d 002 is spacing of (002) plane in complete graphite crystal d 002, i.e. it is preferably larger than 0.3354 nm.

黒鉛質材料は、ラマンスペクトル測定によるR値が強度比で0.3以上、面積比で1以上であることが望ましい。このような黒鉛質材料は、表面の一部もしくは全部の結晶性が内部よりも低く、プロピレンカーボネート(PC)のような非水溶媒の分解反応を抑制することができるため、初充放電効率を向上することができ、放電容量とサイクル寿命の双方に優れる二次電池を実現することができる。また、強度比が1.5より大きく、面積比も4より大きくなると、黒鉛質材料中の低結晶性構造領域の比率が高くなるため、負極表面の保護被膜が不十分なものとなる可能性がある。また、低結晶性部分にリチウムがトラップされる非可逆な反応が知られており、これにより、効率が低下する恐れがある。よって、強度比の上限を1.5にし、かつ面積比の上限を4にすることが望ましい。面積比のより好ましい範囲は1〜3である。   The graphite material preferably has an R value measured by Raman spectrum of 0.3 or more in intensity ratio and 1 or more in area ratio. Such a graphitic material has a part or all of the surface having lower crystallinity than the inside, and can suppress the decomposition reaction of a non-aqueous solvent such as propylene carbonate (PC). The secondary battery can be improved, and both the discharge capacity and the cycle life can be realized. Further, when the strength ratio is larger than 1.5 and the area ratio is larger than 4, the ratio of the low crystalline structure region in the graphite material is increased, so that the protective film on the negative electrode surface may be insufficient. There is. In addition, an irreversible reaction in which lithium is trapped in a low crystalline portion is known, which may reduce efficiency. Therefore, it is desirable to set the upper limit of the intensity ratio to 1.5 and the upper limit of the area ratio to 4. A more preferable range of the area ratio is 1 to 3.

黒鉛質材料は、例えば、以下に説明する方法で作製される。すなわち、天然黒鉛にコークス、ピッチ、熱硬化性樹脂等の炭素質物もしくは炭素前駆体を、液状または粉砕して微粉化した後成形した黒鉛質材料と混合し、その後不活性雰囲気下で2500℃以下の温度で熱処理することにより得られる。また、黒鉛質材料にベンゼン、トルエン等を用いて化学蒸着を行い、表面に結晶性の低い炭素層を析出させたものを用いても良い。   The graphite material is produced, for example, by the method described below. That is, carbonaceous material such as coke, pitch, thermosetting resin, or carbon precursor is mixed with natural graphite in liquid form or pulverized and then molded into a graphite material, and then 2500 ° C. or less in an inert atmosphere. It can be obtained by heat treatment at a temperature of Further, a material obtained by performing chemical vapor deposition using benzene, toluene or the like as a graphite material and depositing a carbon layer having low crystallinity on the surface may be used.

黒鉛質材料を含む炭素質物のBET法による比表面積は、1.5m2/g以上、10m2/g以下の範囲内であることが望ましい。すなわち、比表面積を1.5m2/g未満にすると、リチウムインターカレーション反応に対して保護被膜が抵抗成分として働いて二次電池の放電容量が低下する恐れがある。一方、比表面積が10m2/gを超えると、保護被膜の分布の均一性が低下する恐れがある。比表面積のより好ましい範囲は、1.5〜10m2/gで、さらに好ましい範囲は1.5〜6m2/gである。 The specific surface area according to the BET method of the carbonaceous material containing the graphite material is desirably in the range of 1.5 m 2 / g or more and 10 m 2 / g or less. That is, if the specific surface area is less than 1.5 m 2 / g, the protective coating may act as a resistance component against the lithium intercalation reaction, and the discharge capacity of the secondary battery may be reduced. On the other hand, when the specific surface area exceeds 10 m 2 / g, the uniformity of the distribution of the protective film may be lowered. A more preferable range of the specific surface area is 1.5 to 10 m 2 / g, and a more preferable range is 1.5 to 6 m 2 / g.

負極表面のBET法による比表面積は、0.5〜5m2/gの範囲にすることが望ましい。これは以下に説明する理由によるものである。比表面積を0.5m2/g未満にすると、負極とVCの反応性が低下することから、充放電サイクル寿命の向上を図れない恐れがある。一方、比表面積が5m2/gを超えるものは、充放電サイクルの初期に非水電解質中のVCが消失する恐れがある。比表面積のより好ましい範囲は、1〜4m2/gである。 The specific surface area of the negative electrode surface by the BET method is desirably in the range of 0.5 to 5 m 2 / g. This is due to the reason explained below. When the specific surface area is less than 0.5 m 2 / g, the reactivity between the negative electrode and VC is lowered, and thus there is a possibility that the charge / discharge cycle life cannot be improved. On the other hand, when the specific surface area exceeds 5 m 2 / g, VC in the non-aqueous electrolyte may disappear at the initial stage of the charge / discharge cycle. A more preferable range of the specific surface area is 1 to 4 m 2 / g.

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2〜10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 2-10% by weight.

負極には導電フィラーを含有させることができる。導電フィラーとしては、例えば、鱗片状黒鉛、アセチレンブラックのようなカーボンブラック等を挙げることができる。   The negative electrode can contain a conductive filler. Examples of the conductive filler include carbon black such as flaky graphite and acetylene black.

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.

本発明に係る非水電解質二次電池においては、正極と負極の間にセパレータを介在させた電極群を容器内に収納した構造を有することが望ましい。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention preferably has a structure in which an electrode group in which a separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode is housed in a container.

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偏平形状または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渦巻き状に捲回した後、径方向に圧縮するか、(iii)正極及び負極をその間にセパレータを介在させて1回以上折り曲げるか、あるいは(iv)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。   For example, (i) the positive electrode and the negative electrode are wound in a flat shape or a spiral shape with a separator interposed therebetween, or (ii) the positive electrode and the negative electrode are wound in a spiral shape with a separator interposed therebetween. Rotating and then compressing in the radial direction, (iii) bending the positive electrode and the negative electrode one or more times with a separator interposed therebetween, or (iv) laminating the positive electrode and the negative electrode with a separator interposed therebetween It is produced by.

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.

この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 this separator, 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 .

また、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。   Moreover, the shape of a container can be made into a bottomed cylindrical shape, a bottomed rectangular cylinder shape, a bag shape, a cup shape, etc., for example.

この容器は、例えば、樹脂層を含むシート、金属板、金属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 sheet including a resin layer, a metal plate, a metal film, or the like.

前記シートに含まれる樹脂層は、例えば、ポリオレフィン、ポリアミド類から構成することができる。   The resin layer contained in the sheet can be composed of, for example, polyolefin or polyamide.

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.

容器の厚さ(容器の壁の厚さ)は、0.3mm以下にすることが望ましい。これは、厚さが0.3mmより厚いと、高い重量エネルギー密度及び体積エネルギー密度を得られ難くなるからである。容器の厚さの好ましい範囲は、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、容器の厚さの下限値は0.05mmにすることが好ましい。   The thickness of the container (the thickness of the container wall) is desirably 0.3 mm or less. This is because if the thickness is greater than 0.3 mm, it is difficult to obtain a high weight energy density and volume energy density. A preferable range of the thickness of the container is 0.25 mm or less, a more 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 break when thickness is thinner than 0.05 mm, it is preferable that the lower limit of the thickness of a container shall be 0.05 mm.

以上説明した本発明によれば、初充放電後の非水電解質中のVCの含有量が0.01質量%以上0.6質量%以下で、正極活物質表面積1m2当りのDFA量が1〜50mgの範囲で、かつ負極に粉末X線回折測定において回折角2θが42.8°〜44.0°と45.5°〜46.6°にピークが現れる面間隔d002が0.336nm以下の黒鉛質材料を含み、かつ前記負極の表面のBET法による比表面積が0.5m2/g〜5m2/gの範囲であるため、充放電サイクルの進行に伴う正極の劣化を抑制することができ、充電状態で貯蔵した際の電池膨れが少なく、かつ充放電サイクル寿命の長い非水電解質二次電池を実現することができる。 According to the present invention described above, the VC content in the non-aqueous electrolyte after initial charge / discharge is 0.01% by mass or more and 0.6% by mass or less, and the amount of DFA per 1 m 2 of the positive electrode active material surface area is 1. In the range of ˜50 mg, and the powder X-ray diffractometry on the negative electrode, the diffraction angle 2θ is 42.8 ° to 44.0 ° and 45.5 ° to 46.6 °, and the interplanar spacing d 002 is 0.336 nm. include the following graphitic material, and specific surface area by the BET method of the surface of the negative electrode is in the range of 0.5m 2 / g~5m 2 / g, suppresses the deterioration of the positive electrode with the progress of charge-discharge cycles Therefore, it is possible to realize a non-aqueous electrolyte secondary battery that has less battery swelling when stored in a charged state and has a long charge / discharge cycle life.

本発明に係る二次電池により正極劣化が抑制されるのは、(1)充放電サイクル中の負極とVCの反応により保護被膜の機能を維持することができるため、充放電サイクル中、負極特性を良好に保つことができること、(2)負極とVCが反応する分、VCと正極との反応機会が減少すること、(3)DFAによる正極とVCの反応抑制効果などが寄与しているものと推測される。   The secondary battery according to the present invention suppresses the deterioration of the positive electrode because (1) the function of the protective film can be maintained by the reaction between the negative electrode and the VC during the charge / discharge cycle. (2) The reaction opportunity between the VC and the positive electrode is reduced by the amount of the reaction between the negative electrode and the VC, and (3) the effect of suppressing the reaction between the positive electrode and the VC by DFA contributes. It is guessed.

また、非水電解質に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有させることによって、二次電池の充放電サイクル寿命をさらに向上することができる。これは、負極特性が充放電サイクル中、長期に亘り良好な状態に維持された結果、正極劣化がさらに抑えられたためであると推測される。   In addition, the charge / discharge cycle life of the secondary battery can be further improved by incorporating a sultone compound having at least one double bond in the ring in the nonaqueous electrolyte. This is presumably because the negative electrode characteristics were maintained in a good state for a long period during the charge / discharge cycle, and as a result, the deterioration of the positive electrode was further suppressed.

本発明に係る非水電解質二次電池は、円筒形、角形、薄型等の様々な形態にすることができる。そのうちの薄型リチウムイオン二次電池と角形リチウムイオン二次電池を図1〜図3を参照して詳細に説明する。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention can have various forms such as a cylindrical shape, a rectangular shape, and a thin shape. Among them, a thin lithium ion secondary battery and a prismatic lithium ion secondary battery will be described in detail with reference to FIGS.

まず、薄型リチウムイオン二次電池を図1,2を参照して説明する。   First, a thin lithium ion secondary battery will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、長箱型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 long box-like 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。注液口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。なお、注液口18aは封止蓋(図示しない)で覆われている。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 a liquid injection port 18 a and having a circular hole opened near the center is laser welded to the opening of the container 12. The liquid injection port 18a is covered with a sealing lid (not shown). 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.

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

(実施例1〜4)
<正極の作製>
まず、リチウムコバルト酸化物(LixCoO2;但し、Xは0<X≦1である)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%のジメチルフォルムアミド(DMF)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。
(Examples 1-4)
<Preparation of positive electrode>
First, lithium cobalt oxides; in (Li x CoO 2 where, X is 0 <X ≦ 1 a is) powder 90 wt%, and 5 wt% of acetylene black, polyvinylidene fluoride (PVdF) of 5 wt% dimethyl formamide (DMF) solution was added and mixed 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>
天然黒鉛に球状化処理をした後、ベンゼン/N2気流下1000℃で化学蒸着処理を行い、黒鉛質材料を得た。
<Production of negative electrode>
The natural graphite was spheroidized and then subjected to chemical vapor deposition at 1000 ° C. in a benzene / N 2 stream to obtain a graphite material.

得られた黒鉛質材料は、粉末X線回折による(002)面の面間隔(d002)が0.3356nmで、かつCuKα線を用いるX線回折測定において回折角2θが43.35°と46.19°にピークが現れた。なお、(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求めた値である。この際、ローレンツ散乱等の散乱補正は、行わなかった。 The obtained graphite material has an (002) plane spacing (d 002 ) of 0.3356 nm by powder X-ray diffraction, and a diffraction angle 2θ of 43.35 ° and 46 in an X-ray diffraction measurement using CuKα rays. A peak appeared at 19 °. In addition, the space | interval d002 of (002) plane is the value calculated | required by the half-value-width midpoint method from the powder X-ray diffraction spectrum. At this time, scattering correction such as Lorentz scattering was not performed.

この黒鉛質材料について以下に説明する方法でBET法による比表面積と、ラマンR値の測定を行った。   The specific surface area by the BET method and the Raman R value were measured for the graphite material by the method described below.

(BET法による比表面積の測定)
測定装置には、ユアサアイオニクス製の商品名がカンタソーブを用いた。サンプル量は、0.5g前後に設定し、また、試料に前処理として120℃−15分の脱気を行った。黒鉛質材料の比表面積は、2.7m2/gであった。
(Measurement of specific surface area by BET method)
As a measuring device, a product name manufactured by Yuasa Ionics used Kantasorb. The sample amount was set to around 0.5 g, and the sample was deaerated at 120 ° C. for 15 minutes as a pretreatment. The specific surface area of the graphite material was 2.7 m 2 / g.

(R値の測定)
黒鉛質材料についてのラマンスペクトルについてピーク分離を行い、D(A1g):1360cm-1付近のグラファイトの構造の乱れに由来するピーク、D’(A1g):1620cm-1付近のグラファイトの構造の乱れに由来するピーク、D:アモルファスカーボンのグラファイト構造の乱れに由来するピーク、G(E2g):1580cm−1付近のグラファイト構造に由来するピーク、G:アモルファスカーボンのグラファイト構造に由来するピークを得た。
(Measurement of R value)
Peak separation is performed on the Raman spectrum of the graphite material, and D (A1g): peak derived from the disorder of the graphite structure near 1360 cm −1 , D ′ (A1g): the disorder of the graphite structure near 1620 cm −1 Derived peak, D: Peak derived from disorder of graphite structure of amorphous carbon, G (E2g): Peak derived from graphite structure in the vicinity of 1580 cm −1 , G: Peak derived from graphite structure of amorphous carbon were obtained.

各ピークの強度を算出し、Dバンドに由来するピークの強度を合計したものIDと、Gバンドに由来するピークの強度を合計したものIGとの比(ID/IG)を強度比としたところ、0.35であった。また、各ピークの面積を算出し、Dバンドに由来するピークの面積値を合計したものSDと、Gバンドに由来するピークの面積値を合計したものSGとの比(SD/SG)を面積比としたところ、1.1であった。 Calculating the intensity of each peak, intensity and I D the sum of the intensity of a peak derived from the D-band, the ratio of I G the sum of the intensity of a peak derived from the G band (I D / I G) The ratio was 0.35. Also, the area of each peak is calculated, and the ratio of the sum of the peak area values derived from the D band to the sum of the peak area values derived from the G band, S G (S D / S The area ratio of G ) was 1.1.

この黒鉛質材料を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。また、負極表面の比表面積を負極活物質の場合と同様な条件で測定したところ、1.68m2/gであった。 A slurry was prepared by mixing 95% by mass of this graphite material and a 5% by mass polyvinylidene fluoride (PVdF) dimethylformamide (DMF) solution. 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. Moreover, it was 1.68 m < 2 > / g when the specific surface area of the negative electrode surface was measured on the conditions similar to the case of a negative electrode active material.

<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)とメチルエチルカーボネート(MEC)を体積比EC:MECが1:2になるように混合した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たものに、非水電解液中のVC含有量、DFA含有量及びPRS含有量がそれぞれ2質量%、2質量%、0.25質量%になるようにビニレンカーボネート(VC)、2,4−ジフルオロアニソール(DFA)及び1,3−プロペンスルトン(PRS)を添加し、これらを混合することにより非水電解液(液状非水電解質)を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
The concentration of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is 1 mol / L in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and methyl ethyl carbonate (MEC) are mixed so that the volume ratio EC: MEC is 1: 2. to that dissolved as, VC content in the nonaqueous electrolytic solution, DFA content and PRS content, respectively 2%, 2 wt%, vinylene carbonate to be 0.25 wt% (VC), 2,4-Difluoroanisole (DFA) and 1,3-propene sultone (PRS) were added, and these were mixed to prepare a non-aqueous electrolyte (liquid non-aqueous electrolyte).

正極活物質であるリチウムコバルト酸化物の質量が5gで、かつBET法による比表面積が0.3m2/gであることから、正極活物質表面積1m2当りのDFA量は30mgであった。なお、BET法による比表面積の測定は、負極活物質の場合と同様な方法で行った。 The mass of the lithium cobalt oxide as the positive electrode active material 5g, and a specific surface area by the BET method because it is 0.3m 2 / g, DFA per positive electrode active material surface area 1 m 2 was 30 mg. In addition, the measurement of the specific surface area by BET method was performed by the method similar to the case of a negative electrode active material.

<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.

厚さが300μmのアルミニウムシートを厚さが5mm、幅が30mm、高さが48mmの直方体の缶に成形し、得られた容器内に前記電極群を収納した。   An aluminum sheet having a thickness of 300 μm was formed into a rectangular can having a thickness of 5 mm, a width of 30 mm, and a height of 48 mm, and the electrode group was housed in the obtained container.

次いで、容器内の電極群に80℃で真空乾燥を12時間施すことにより電極群及びアルミニウム缶に吸着している水分を除去した。   Subsequently, the electrode group in the container was vacuum dried at 80 ° C. for 12 hours to remove moisture adsorbed on the electrode group and the aluminum can.

容器内の電極群に前記液状非水電解質を電池容量1Ah当たりの量が3.4gとなるように注入し、封止することによって、前述した図3に示す構造を有し、厚さが5mm、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。   By injecting the liquid nonaqueous electrolyte into the electrode group in the container so that the amount per battery capacity of 1 Ah is 3.4 g and sealing it, it has the structure shown in FIG. 3 and has a thickness of 5 mm. A rectangular nonaqueous electrolyte secondary battery having a width of 30 mm and a height of 48 mm was assembled.

この非水電解質二次電池に対し、初充放電工程として以下の処置を施した。まず、45℃の高温環境下に2h放置した後、その環境下で0.2Cで4.2Vまで定電流・定電圧充電を15時間行った。その後、7日間に亘り20℃で放置した。さらに20℃の環境下で0.2Cで3.0Vまで放電し、非水電解質二次電池を製造した。この方法によって、1ロット5個で10ロットのサンプルを作製した。   The following treatment was applied to the non-aqueous electrolyte secondary battery as an initial charge / discharge process. First, after being left in a high temperature environment of 45 ° C. for 2 hours, constant current / constant voltage charging was performed for 15 hours at 0.2 C to 4.2 V in that environment. Thereafter, it was left at 20 ° C. for 7 days. Furthermore, it discharged to 3.0V at 0.2C in a 20 degreeC environment, and the nonaqueous electrolyte secondary battery was manufactured. By this method, 10 lots of samples were prepared for 5 lots.

得られた二次電池は、ユーザによる放電もしくは充電がなされていない使用開始前の状態にある。以下に説明する方法により使用開始前の非水電解液中のVC残存量を測定し、同時に非水電解液中のPRSの同定を行った。   The obtained secondary battery is in a state before the start of use which is not discharged or charged by the user. The amount of remaining VC in the non-aqueous electrolyte before the start of use was measured by the method described below, and at the same time, PRS in the non-aqueous electrolyte was identified.

(VC残存量の測定とPRSの同定)
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、VCに対応するピークが7.7ppm付近に観測された。一方、PRSに対応するピークが、図4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VCとPRSが含まれていることを確認できた。
(Measurement of residual amount of VC and identification of PRS)
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. or less. It decomposed | disassembled in the glove box 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, a peak corresponding to EC was observed near 4.5 ppm, and a peak corresponding to VC was observed near 7.7 ppm. On the other hand, peaks corresponding to PRS were observed around 5.1 ppm (P 1 ), 7.05 ppm (P 2 ), and 7.2 ppm (P 3 ) as shown in the spectrum of FIG. From these results, it was confirmed that VC and PRS were 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、VCに対応するピークが133ppm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VCとPRSが含まれていることを確認できた。 Further, when 13 CNMR measurement was performed with 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 VC was 133 ppm. In the vicinity, peaks corresponding to PRS were observed at around 74 ppm, around 124 ppm and around 140 ppm. From this result as well, VC and PRS were found in the nonaqueous solvent present in the secondary battery of Example 1 after the initial charge / discharge process. It was confirmed that it was included.

実施例2〜4についても実施例1で説明したのと同様な条件で測定を行なったところ、実施例1の場合と同様な結果を得ることができた。   In Examples 2 to 4 as well, measurement was performed under the same conditions as described in Example 1. As a result, the same results as in Example 1 could be obtained.

さらに、各ロットのうちの2個について、1HNMRスペクトルにおいて、ECのNMR積分強度に対するVCのNMR積分強度の比を求めることにより、非水電解液中のVC残存量を算出したところ、製造のゆらぎのため、ロット間でVC残存量に差がみられた。ロット内ではVC残存量にほとんど差が見られないため、VC残存量が下記表1記載の値であったロットの残りのセルを用いて、各実施例の電池特性試験を行い、その平均値を下記表1に示す。 Furthermore, for 2 of each lot, the amount of residual VC in the non-aqueous electrolyte was calculated by determining the ratio of the NMR integrated intensity of VC to the NMR integrated intensity of EC in the 1 H NMR spectrum. Due to fluctuations, there was a difference in the amount of remaining VC between lots. Since there is almost no difference in the remaining amount of VC in the lot, the battery characteristics test of each example was performed using the remaining cells of the lot whose VC remaining amount was the value described in Table 1 below, and the average value was obtained. Is shown in Table 1 below.

(実施例5)
組立て時の非水電解液中のVC含有量を1.5質量%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にして非水電解質二次電池を10ロット製造した。各ロットについて初充放電後の非水電解液中のVC残存量を測定したところ、0.25〜0.15質量%の値が得られ、そのうち0.2質量%ものを実施例5とした。
(Example 5)
Ten lots of nonaqueous electrolyte secondary batteries were produced in the same manner as described in Example 1 except that the VC content in the nonaqueous electrolyte at the time of assembly was 1.5% by mass. When the remaining amount of VC in the non-aqueous electrolyte after initial charge and discharge was measured for each lot, a value of 0.25 to 0.15% by mass was obtained, of which 0.2% by mass was taken as Example 5. .

(比較例1)
組立て時の非水電解液中のVC含有量を0.8質量%にすることにより初充放電後の非水電解液中のVC残存量を0.0質量%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にして非水電解質二次電池を製造した。
(Comparative Example 1)
As described above except that the VC content in the non-aqueous electrolyte at the time of assembly is 0.8% by mass, so that the VC remaining amount in the non-aqueous electrolyte after initial charge / discharge is 0.0% by mass. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as described in Example 1.

(比較例2)
組立て時の非水電解液中のVC含有量を3.2質量%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にして非水電解質二次電池を10ロット製造した。各ロットについて初充放電後の非水電解液中のVC残存量を測定したところ、1.4〜1.6質量%の値が得られ、そのうち1.5質量%ものを比較例2とした。
(Comparative Example 2)
Ten lots of nonaqueous electrolyte secondary batteries were produced in the same manner as described in Example 1 except that the VC content in the nonaqueous electrolyte at the time of assembly was 3.2 mass%. When the amount of remaining VC in the non-aqueous electrolyte after initial charge / discharge was measured for each lot, a value of 1.4 to 1.6% by mass was obtained, of which 1.5% by mass was used as Comparative Example 2. .

(実施例6〜10及び比較例3〜4)
非水電解液中のDFA含有量を変更することにより正極活物質表面積1m2当りのDFA量を下記表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非水電解質二次電池を製造した。
(Examples 6 to 10 and Comparative Examples 3 to 4)
Except for changing the DFA content per 1 m 2 of the positive electrode active material surface area as shown in the following Table 1 by changing the DFA content in the non-aqueous electrolyte, the same as described in Example 1 above. Thus, a non-aqueous electrolyte secondary battery was manufactured.

(実施例11〜14)
非水電解液中のPRS含有量を下記表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非水電解質二次電池を製造した。
(Examples 11-14)
A nonaqueous electrolyte secondary battery was manufactured in the same manner as described in Example 1 except that the PRS content in the nonaqueous electrolyte was changed as shown in Table 1 below.

(比較例5)
粉末X線回折による(002)面の面間隔(d002)が0.3362nmで、CuKα線を用いるX線回折測定において回折角2θが43.35°と46.19°にピークが現れず、かつBET法による比表面積が1.4m2/gの黒鉛質材料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にして非水電解質二次電池を10ロット製造した。各ロットについて初充放電後の非水電解液中のVC残存量を測定したところ、1.1〜1.3質量%の値が得られ、そのうち1.2質量%ものを比較例5とした。
(Comparative Example 5)
In the X-ray diffraction measurement using CuKα rays, the ( 002 ) plane spacing (d 002 ) by powder X-ray diffraction is 0.3362 nm, and the diffraction angle 2θ does not appear as peaks at 43.35 ° and 46.19 °. In addition, 10 lots of nonaqueous electrolyte secondary batteries were produced in the same manner as described in Example 1 except that a graphite material having a specific surface area of 1.4 m 2 / g by the BET method was used. When the remaining amount of VC in the non-aqueous electrolyte after initial charge / discharge was measured for each lot, a value of 1.1 to 1.3% by mass was obtained, of which 1.2% by mass was used as Comparative Example 5. .

得られた実施例1〜14及び比較例1〜5の二次電池について、以下に説明する条件で充電高温貯蔵特性と、45℃環境下での充放電サイクル時の容量維持率とを測定し、その結果を下記表1に示す。   About the obtained secondary battery of Examples 1-14 and Comparative Examples 1-5, the charge high temperature storage characteristic and the capacity maintenance rate at the time of the charge / discharge cycle in a 45 degreeC environment are measured on the conditions demonstrated below. The results are shown in Table 1 below.

(充電高温貯蔵特性)
各二次電池について、室温で0.2C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)
Each of the secondary batteries, carried 4.2V to constant current and constant voltage charge for 15 hours at 0.2C at room temperature and then discharged to 3.0V at 0.2C at room temperature.

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、下記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 was measured after charging at a charge rate of 1C and an end-of-charge voltage of 4.2 V and stored in an environment at a temperature of 80 ° C. for 120 hours. Asked.

{(t1−t0)/t0}×100(%)
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 (%)
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.

2)45℃環境下での200サイクル後の容量維持率
1Cの電流での4.2V定電流・定電圧充電を3時間行った後、1Cの電流での3.0Vまで放電する充放電サイクルを45℃の環境下で繰り返し、最大放電容量と200サイクル後の容量維持率を測定し、その結果を下記表1に併記する。なお、200サイクル後の容量維持率は、1サイクル目の放電容量を100%とした時の値である。

Figure 0004686131
2) Capacity maintenance rate after 200 cycles in a 45 ° C. environment Charge / discharge cycle in which 4.2V constant current / constant voltage charging at a current of 1C is performed for 3 hours and then discharged to 3.0V at a current of 1C. Is repeated in an environment of 45 ° C., and the maximum discharge capacity and the capacity retention after 200 cycles are measured. The results are also shown in Table 1 below. The capacity maintenance rate after 200 cycles is a value when the discharge capacity at the first cycle is 100%.
Figure 0004686131

表1から明らかなように、実施例1〜14の二次電池は、充電状態で高温環境下に貯蔵した際の膨れが比較例2,3,5の二次電池に比較して小さく、かつ充放電サイクル寿命が比較例1,4の二次電池に比較して長いことが理解できる。   As is clear from Table 1, the secondary batteries of Examples 1 to 14 had a smaller swelling when stored in a charged state in a high temperature environment than the secondary batteries of Comparative Examples 2, 3, and 5, and It can be understood that the charge / discharge cycle life is longer than that of the secondary batteries of Comparative Examples 1 and 4.

比較例2,5のようにVC残存量が0.6質量%を超えているもの、比較例3のようにDFAが無添加のものでは、充電時に正極とVCとの反応が進み、膨れが大きくなったものと考えられる。一方、比較例1のように使用開始時の非水電解質中にVCが存在していないもの、比較例4のように活物質表面積1m2当りのDFA量が30mgを超えているものでは、正極の劣化の進行が早くて充放電サイクル寿命が短くなったものと推測される。 In the case where the residual amount of VC exceeds 0.6 mass % as in Comparative Examples 2 and 5, and in the case where DFA is not added as in Comparative Example 3, the reaction between the positive electrode and VC proceeds during charging, and swelling occurs. It seems that it has grown. On the other hand, in the case where VC does not exist in the non-aqueous electrolyte at the start of use as in Comparative Example 1, and in the case where the amount of DFA per 1 m 2 of active material surface area exceeds 30 mg as in Comparative Example 4, the positive electrode It is presumed that the charge / discharge cycle life was shortened due to the rapid progress of deterioration.

なお、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。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, 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 components 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.

本発明に係る非水電解質二次電池の一実施形態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 one Embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on this invention. 図1の非水電解質二次電池をII−II線に沿って切断した部分断面図。FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the nonaqueous electrolyte secondary battery in FIG. 1 cut along the line II-II. 本発明に係る非水電解質二次電池の一実施形態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 one Embodiment 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 (2)

正極活物質を含む正極と、負極と、ビニレンカーボネート(VC)及び2,4−ジフルオロアニソール(DFA)を含む非水電解質とを具備する非水電解質二次電池であって、
初充放電後の前記非水電解質中のVCの含有量が0.01質量%以上0.6質量%以下で、正極活物質表面積1m2当りのDFA量が1〜50mgの範囲であり、
前記負極は、粉末X線回折測定による(002)面の面間隔d002が0.336nm以下で、かつ粉末X線回折測定において回折角2θが42.8°〜44.0°と45.5°〜46.6°にピークが現れる黒鉛質材料を含み、かつ前記負極の表面のBET法による比表面積が0.5m2/g〜5m2/gの範囲であることを特徴とする非水電解質二次電池。
A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte including vinylene carbonate (VC) and 2,4-difluoroanisole (DFA),
The VC content in the non-aqueous electrolyte after the initial charge / discharge is 0.01% by mass to 0.6% by mass, and the DFA amount per 1 m 2 of the positive electrode active material surface area is in the range of 1 to 50 mg.
The negative electrode, the surface spacing d 002 of by powder X-ray diffraction measurement (002) plane is not more than 0.336 nm, and the diffraction angle 2θ is 42.8 ° in the powder X-ray diffraction measurement ~44.0 ° and 45.5 ° include ~46.6 graphitic material which peak appears in °, and a nonaqueous that BET specific surface area of the surface of the negative electrode is characterized by a range of 0.5m 2 / g~5m 2 / g Electrolyte secondary battery.
前記非水電解質は、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なるスルトン化合物を0.01質量%以上10質量%以下含有することを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte contains 0.01% by mass to 10% by mass of a sultone compound composed of at least one of 1,3-propene sultone and 1,4-butylene sultone. Non-aqueous electrolyte secondary battery.
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