JP4734707B2 - Non-aqueous electrolyte battery - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極と、負極活物質を含有する負極と、電解質とを備える非水電解質電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子技術のめざましい進歩により、電子機器の小型化、軽量化が次々と実現している。これに伴い、各種電子機器の電源となる電池に対して、小型化、軽量化及び高エネルギー密度化が要求されている。
【0003】
現在、一般に用いられている電池としては、鉛電池、ニッケル・カドミウム電池等の水溶液系二次電池が主流となっている。これらの電池は、最低限必要とされるサイクル特性を備えているものの、所望の電池重量の実現やエネルギー密度の向上が困難である。
【0004】
そこで、正極活物質として放電電圧の高いLiCoOに代表されるリチウム含有複合酸化物を用い、負極材料としてリチウム或いはリチウム合金等を用いる非水電解液電池が提案されている。
【0005】
負極材料としてリチウム或いはリチウム合金等を用いる非水電解液二次電池は、自己放電が少なく、軽量であるという優れた特性を有しているが、充放電サイクルの進行に伴い、負極からリチウムがデンドライト状に結晶成長して正極に到達し、電池内部でショートが生じるという欠点を有している。このため、負極材料としてリチウム或いはリチウム合金等を用いる非水電解液電池では、実用的な急速充放電ができない。
【0006】
そこで、負極活物質として炭素材料等を用い、負極材料層間へのリチウムのドープ/脱ドープ反応を負極反応に利用した非水電解質電池、いわゆるリチウムイオン電池が提案されている。リチウムイオン電池は、充放電サイクルの進行に伴い負極にリチウムが析出することがなく、良好なサイクル特性を示すという利点を有している。このような利点を有することから、リチウムイオン電池の研究開発が盛んにおこなわれ、実用化されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
近年、リチウムイオン電池は、常温環境下のみならず、低温環境下で使用される電子機器の駆動用電源として用いられることもある。しかしながら、従来のリチウムイオン電池を低温環境下において充放電した場合、負極におけるリチウムイオンの拡散が滞り、内部抵抗が増加して分極が生じることがある。このため、低温環境下においてリチウムイオン電池を充放電すると、充放電特性が低下して、所望の電池容量が実現されないという問題がある。
【0008】
また、リチウムイオン電池の負極には、絶縁体である結着剤に絡め取られている負極活物質が存在している。結着剤に絡め取られている負極活物質は、電気的に孤立してしまうので、充放電反応に寄与できない。このため、負極では、本来の容量が十分に引き出されず、リチウムイオン電池としては、本来のエネルギー密度を十分に引き出すことができないという問題がある。
【0009】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、低温環境下で充放電した場合でも、良好な充放電特性を有し、電池容量が高い非水電解質電池を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る非水電解質電池は、リチウムをドープ/脱ドープ可能な正極活物質を含有する正極と、リチウムをドープ/脱ドープ可能な負極活物質の黒鉛、繊維状炭素およびカーボンブラックからなる負極材料を含有する負極と、非水電解液とを備え、負極材料は、黒鉛が89.5重量%以上、99.0重量%以下の範囲で含有され、繊維状炭素が0.5重量%以上、10重量%以下の範囲で含有され、カーボンブラックが0.1重量%以上、2.0重量%以下の範囲で含有され、繊維状炭素とカーボンブラックとの重量比が、0.5以上、20以下の範囲であり、繊維状炭素のアスペクト比が10以上である。
【0011】
以上のように構成された本発明に係る非水電解質電池では、繊維状炭素が負極活物質の粒子間に介在し、負極活物質粒界の導電性を高めている。これにより、負極に存在する全ての負極活物質が、例えば結着剤に絡め取られていたとしても電気的に孤立することが無くなり充放電反応に寄与する。
【0012】
また、カーボンブラックが負極活物質と繊維状炭素との間に介在して、負極における電解質の保液性を高める。これにより、非水電解質電池を低温環境下において充放電した場合であっても、負極では、負極活物質の粒子間に存在する限られた空隙でのイオン伝導が速やかになり、リチウムイオンのドープ/脱ドープ反応が円滑に行われて、内部抵抗が低減し、分極が防止される。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る非水電解質電池について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0014】
本発明を適用した非水電解液二次電池1はいわゆるリチウムイオン二次電池であり、図1に示すように、帯状の負極2と帯状の正極3とがセパレータ4を介して積層され、長手方向に巻回されてなる渦巻型の電極体が電池缶5に装填され、非水電解液が電池缶5に注入されてなる。
【0015】
負極2は、ドープ/脱ドープ可能な負極活物質、繊維状炭素およびカーボンブラックからなる負極材料を含有する負極材料と、結着剤とを混合して調製された負極合剤を負極集電体6上に塗布して乾燥させたものである。
【0016】
負極材料に含有される負極活物質としては、リチウムをドープ/脱ドープ可能な炭素材料、結晶質、非結晶質金属酸化物等が用いられる。炭素材料としては、コークスやガラス状炭素等の難黒鉛化性炭素材料、結晶構造が発達した高結晶性炭素材料の黒鉛類等が挙げられ、具体的には、熱分解炭素類、コークス類、(ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等)、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体(フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの)、炭素繊維、及び活性炭等が挙げられる。
【0017】
なお、高結晶性炭素材料の黒鉛類は、結晶性の低い難黒鉛化性炭素材料と比較すると真密度が高いので、この黒鉛類を負極材料として用いた負極2は、活物資の充填密度がより高く、より高エネルギー密度である電池を実現できる。また、この黒鉛類を負極材料とする非水電解液二次電池1は、高エネルギー密度を有すると共に、放電カーブが平坦であるため電子機器での電圧変化に際してエネルギーロスがないといった長所も有する。
【0018】
負極材料中に含有される繊維状炭素は、負極活物質の粒子間に介在して負極活物質粒界の導電性を高めている。このような維状炭素としては、繊維状に紡糸された高分子やピッチ等のプリカーサを熱処理することで得られるものや、温度を1000℃程度となされた基板上にベンゼン等の有機物蒸気を直接流し、鉄微粒子等を触媒として炭素結晶を成長させることで得られる気相成長炭素等がある。
【0019】
熱処理によって繊維状炭素を得る場合、高分子系のプリカーサとしては、ポリアクリロニトリルやレーヨン、ポリアミド、リグニン、ポリビニルアルコール等を使用できる。
【0020】
ピッチとしては、コールタール、エチレンボトム油、原油等を高温で熱分解して得られるタール類、アスファルト等より蒸留(真空蒸留、常圧蒸留、スチーム蒸留)、熱重縮合、抽出、化学重縮合等の操作によって得られるものや、木材乾留時に生成するものを使用できる。
【0021】
また、ピッチとなる出発原料としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリビニルアセテート、ポリビニルブチラート、3,5−ジメチルフェノール樹脂等を使用できる。
【0022】
これら石炭やピッチは、炭素化の途中、最高400℃程度で液状として存在し、その温度で保持することで芳香環同士が縮合、多環化して積層配向した状態となり、その後、500℃程度以上の温度になると固体の炭素前駆体、すなわちセミコークスを形成する。このような過程は液相炭素化過程と呼ばれ、易黒鉛化炭素の典型的な生成過程である。
【0023】
その他、ナフタレン、フェナントレン、アントラセン、トリフェニレン、ピレン、ペリレン、ペンタフェン、ペンタセン等の縮合多環炭化水素化合物及びその他の誘導体(例えばこれらのカルボン酸、カルボン酸無水物、カルボン酸イミド等)或いは混合物、アセナフチレン、インドール、イソインドール、キノリン、イソキノリン、キノキサリン、フタラジン、カルバゾール、アクリジン、フェナジン、フェナントリジン等の縮合複素環化合物及びその他の誘導体等も、易黒鉛化炭素の原料として使用できる。
【0024】
高分子系のプリカーサおよびピッチ系のプリカーサは、不融化あるいは安定化という工程を経た後、高温中で熱処理されることにより、繊維状炭素となる。
【0025】
なお、この不融化あるいは安定化の工程とは、高分子等が炭素化の際に溶融や熱分解を起こさないよう、繊維表面を酸や酸素、オゾン等を用いて酸化する工程である。この際、処理方法はプリカーサの種類によって適宜選択される。ただし、処理温度はプリカーサの融点以下を選択する必要がある。また、必要に応じて複数回処理を繰り返し、安定化が十分に施されるようにしてもよい。
【0026】
繊維状炭素を得るには、まず、高分子系のプリカーサあるいはピッチ系のプリカーサに上述した不融化あるいは安定化を施す。ついで、不融化あるいは安定化が施された高分子系またはピッチ系のプリカーサを、窒素等の不活性ガス気流中において温度を300℃〜700℃として炭化した後、不活性ガス気流中において昇温速度を毎分1℃〜100℃として到達温度900℃〜1500℃まで昇温し、この到達温度にて保持時間0〜30時間程度の条件でか焼する。これにより、繊維状炭素が得られる。なお、場合によっては炭化を省略しても良い。
【0027】
繊維状炭素を気相成長法によって得る場合、出発原料としては、気体状となり得る有機物をいずれも使用できる。例えば、常温環境下において気体として存在するエチレン、プロパン等、あるいは熱分解温度以下の温度で加熱気化できる有機物を使用できる。
【0028】
気化した有機物は、高温の基板状に直接放出されることで、繊維状炭素として結晶成長する。この際、基板の温度は、出発原料として用いる有機物の種類によって適宜選択されるが、400℃〜1500℃とすることが好ましい。また、基板の種類は、出発原料として用いる有機物の種類によって適宜選択されるが、石英やニッケル等が好ましい。
【0029】
また、触媒を用いて、結晶成長を促進させることが可能である。触媒としては、鉄やニッケル、またはこれらの混合物等を微粒子化したものや、黒鉛化触媒と称される金属やその酸化物を使用できる。なお、これらの触媒は、出発原料として用いる有機物の種類によって適宜選択される。
【0030】
繊維状炭素の外形や長さは、調製条件によって適宜選択可能である。例えば、高分子系のプリカーサを原料にする場合、繊維状に成形するときの吹き出しノズル内径等や、吹き出し速度によって適当な繊維径や長さを得ることができる。気相成長法による場合、基板や触媒など結晶成長の核となる部分の大きさを適宜選択することで最適な繊維径を得ることができる。また、原料となるエチレン、プロパン等の有機物の供給量を規定することにより繊維径や直線性を調整することが可能である。
【0031】
繊維状炭素の繊維長と繊維径との比であるアスペクト比は、10以上であることが好ましい。アスペクト比が10未満である場合、繊維状炭素は、負極活物質粒子間をつないで導電性を高める役割を果たすが、その一方で負極活物質粒子間の空隙を埋めてしまい、負極2における電解液の保液力を低下させる虞がある。このため、非水電解席二次電池1としては、低温度負荷特性が低下する可能性がある。したがって、アスペクト比が10以上であることにより、負極2における電解液の保液力を低下させること無く、負極活物質粒界の導電性を高めることが可能となる。なお、繊維状炭素とは、アスペクト比が10以上であるものを指すことにする。
【0032】
また、繊維状炭素の繊維長は、0.5μm以上であることが好ましい。繊維状炭素の繊維長が0.5μm未満である場合、負極活物質粒子間の距離よりも繊維長が短いため、負極活物質粒界の導電性を高める作用が得られない虞がある。したがって、繊維状炭素の繊維長が0.5μm以上であることにより、負極活物質粒界の導電性を高める作用を確実に得ることができる。
【0033】
なお、このようにして得られた繊維状炭素を、不活性ガス気流中において、昇温速度を毎分1℃〜100℃として、到達温度2000℃以上、好ましくは2500℃以上まで昇温し、この到達温度にて保持時間0〜30時間程度の条件で黒鉛化処理してもよい。
【0034】
また、電極の厚みや活物質の粒径等に合わせて繊維状炭素を粉砕しても良く、紡糸時に単繊維となった繊維状炭素も使用可能である。なお、繊維状炭素の粉砕は、炭化、か焼の前後あるいは黒鉛化前の昇温過程の間、何れで行われても良い。
【0035】
繊維状炭素は、負極材料中に0.1重量%以上、10重量%以下の範囲で含有されることが好ましい。繊維状炭素が負極材料中に0.1重量%より少なく含有されている場合、負極活物質粒界の導電性を十分に高めることができない虞がある。一方、繊維状炭素が負極材料中に10重量%より多く含有されている場合、負極2中の負極活物質量が少なくなるので、非水電解液二次電池1の電池容量が低下する虞がある。従って、繊維状炭素は、負極材料中に0.1重量%以上、10重量%以下の範囲で含有されることにより、非水電解液二次電池1の電池容量を低下させることなく、全ての負極活物質に電子伝導性を確実に与えることができる。なお、負極材料中に含有される繊維状炭素の含有量としては、0.3重量%以上、5重量%以下の範囲であることがより好ましく、0.5重量%以上、2重量%以下の範囲であることが最も好ましい。
【0036】
負極材料中に含有されるカーボンブラックは、負極活物質と繊維状炭素との間に介在して、負極2における電解質の保液性を高めている。カーボンブラックとしては、原料炭化水素が熱分解法により生成されたものや、不完全燃焼法により生成されたものを用いる。熱分解法としては、サーマル法、アセチレン分解法等が挙げられる。不完全燃焼法としては、コンタクト法、ランプ・末煙法、ガスファーネス法、オイルファーネス法等が挙げられる。
【0037】
これらの生成法により生成されるカーボンブラックとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、サーマルブラック、ファーネスブラック等が挙げられる。これらのカーボンブラックの内、特に、アセチレンブラックやケッチェンブラック等のような導電性カーボンブラックを使用することが好ましい。
【0038】
カーボンブラックのDBP油量は、100ml/100g以上であることが好ましい。カーボンブラックのDBP油量が100ml/100g未満である場合、負極2における電解液の保液量が不充分となる虞がある。DBP油量が100ml/100g未満であるカーボンブラックを用いて所望の電解液保液力を有する負極を作製するならば、負極材料中にカーボンブラックを2重量%より多く添加する必要がある。しかし、負極材料中におけるカーボンブラックの含有量が2重量%を超える場合、詳細は後述するが、非水電解液二次電池1の電池容量が低下してしまう。したがって、DBP油量が100ml/100g以上であるカーボンブラックを用いることにより、非水電解液二次電池1の電池容量を低下させることなく、負極2の電解液保液力を高めることが可能となる。
【0039】
また、カーボンブラックの平均粒径は、0.1μm以下であることが好ましい。カーボンブラックの平均粒径が0.1μmより大きい場合、負極材料中における嵩密度が小さくなるので、負極2に電解液を十分に保液できない虞がある。したがって、カーボンブラックの平均粒径が0.1μm以下であることにより、負極2に電解液を十分に保液することができる。
【0040】
このカーボンブラックは、負極材料中に0.02重量%以上、2重量%以下の範囲で含有されることが好ましい。カーボンブラックが負極材料中に0.02重量%より少なく含有されている場合、負極2に電解液を十分に保液することができない虞がある。一方、カーボンブラックが負極材料中に2重量%より多く含有されている場合、負極2中の負極活物質量が減少するため、非水電解液二次電池1の電池容量が低下する虞がある。従って、カーボンブラックが負極材料中に0.02重量%以上、2重量%以下の範囲で含有されることにより、非水電解液二次電池1の電池容量を低下させることなく、負極2に十分な電解液を保液することができる。なお、負極材料中に含有されるカーボンブラックの含有量としては、0.1重量%以上、1.5重量%以下の範囲であることがより好ましく、0.2重量%以上、1.0重量%以下の範囲であることが最も好ましい。
【0041】
負極材料には、上述したような繊維状炭素およびカーボンブラックが含有されているが、繊維状炭素の含有量とカーボンブラックの含有量との比、すなわち、繊維状炭素とカーボンブラックとの重量比は、0.5以上20以下であることが好ましい。繊維状炭素の重量比がこの範囲を下回る場合、導電性が不足する可能性がある。一方、カーボンブラックの重量比がこの範囲を下回る場合、負極2に電解液を保持する作用が十分に得られない可能性がある。したがって、繊維状炭素とカーボンブラックとの重量比が0.5以上20以下であることにより、負極活物質粒界の導電性を高める作用と、負極2に電解液を保持する作用とを両立して得ることができる。なお、繊維状炭素とカーボンブラックとの重量比としては、1.0以上、10以下であることがより好ましく、1.5以上、6以下であることが最も好ましい。
【0042】
負極2に含有される結着剤としては、通常この種の電池の負極合剤に用いられている公知の結着剤を用いることができる。また、負極合剤には、必要に応じて公知の添加剤等を添加してもよい。
【0043】
正極3は、正極活物質と結着剤とを含む正極合剤を正極集電体7上に塗布し、乾燥させたものである。
【0044】
正極活物質としては、リチウムをドープ/脱ドープ可能であり、十分な量のリチウムを含んでいる従来公知の正極材料であれば、何れであっても良い。具体的には、一般式LiM(但し、1<x≦2であり、2<y≦4であり、MはCo、Ni、Mn、Fe、Al、V、Tiのうち少なくとも1種類以上を含有する。)で表されるリチウムと遷移金属からなる複合金属酸化物や、リチウムを含んだ層間化合物等を用いることが好ましい。
【0045】
正極3に含有される結着剤としては、通常この種の電池の正極合剤に用いられている公知の結着剤を用いることができる。また、正極合剤には、必要に応じて公知の添加剤等を添加してもよい。
【0046】
非水電解液は、非水溶媒に電解質が溶解されているものである。
【0047】
非水溶媒には、比較的誘電率が高く、負極を構成する黒鉛により分解されにくいエチレンカーボネート(以下、ECと称する。)等を主溶媒として用いる。特に、負極に黒鉛材料を用いる場合、主溶媒としては、ECを用いることが好ましいが、ECの水素原子をハロゲン元素で置換した化合物を用いることも可能である。
【0048】
また、PCのように黒鉛材料と反応性があるものの、主溶媒としてのECやECの水素原子をハロゲン元素で置換した化合物等に対して、その一部を第2成分溶媒で置換することにより、より良好な特性が得られる。
【0049】
この第2成分溶媒としては、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシメタン、γ−ブチロラクトン、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、スルホラン、メチルスルホラン等が挙げられる。
【0050】
さらに、非水溶媒には、低粘度溶媒を併用し、導電率を向上させて電流特性を改善し、リチウム金属との反応性を低下させて安全性を改善することが好ましい。
【0051】
低粘度溶媒としては、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート等の対称あるいは非対称である鎖状炭酸エステルや、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等のカルボン酸エステルや、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル等のリン酸エステル等を使用できる。これらの低粘度溶媒は1種類を単独で用いても良く、2種類以上を混合して用いることも可能である。
【0052】
電解質としては、非水溶媒に溶解し、イオン伝導性を示すリチウム塩であれば特に限定されることはなく、例えば、LiPF、LiClO、LiAsF、LiBF、LiB(C、LiCHSO、CFSOLi、LiCl、LiN(CnC2n+1SO、LiBr等を使用できる。特に、電解質としてLiPFを用いることが好ましい。これらの電解質は、1種類を単独で用いても良く、2種類以上を混合して用いることも可能である。
【0053】
電池缶5の材質としては、Fe、Ni、ステンレス、Al、Ti等を使用できる。この電池缶5には、電池の充放電にともなう電気化学的な非水電解液による腐食を防止するために、メッキ等が施されていても良い。
【0054】
以上のように構成された非水電解液二次電池1を作製する際には、まず、上述のようにして得られる帯状の負極2と帯状の正極3とを、例えば微孔性ポリプロピレンフィルムからなるセパレータ4を介して積層した後、長手方向に多数回巻き回してなる渦巻型の電極体を作製する。
【0055】
次に、電極体を、底部に絶縁板8が挿入されており、内側にニッケルメッキが施されている鉄製の電池缶5に収納する。そして負極2の集電をとるために、例えばニッケルからなる負極リード9の一端を負極2に圧着させ、他端を電池缶5に溶接する。これにより、電池缶5は負極2と導通をもつこととなり、非水電解液二次電池1の外部負極となる。また、正極3の集電をとるために、例えばアルミニウムからなる正極リード10の一端を正極3に取り付け、他端を電流遮断用薄板を介して電池蓋11と電気的に接続する。この電流遮断用薄板は、電池内圧に応じて電流を遮断するものである。これにより、電池蓋11は正極3と導通をもつこととなり、非水電解液二次電池1の外部正極となる。
【0056】
そして、この電池缶5の中に電解質を非水溶媒に溶解させて調製した非水電解液を注入した後に、アスファルトを塗布した絶縁封口ガスケット12を介して電池缶5をかしめることにより、電池蓋11が固定された円筒型の非水電解質二次電池1が作製される。
【0057】
なお、この非水電解質二次電池1は、電池内部の圧力が所定値よりも高くなったときに内部の気体を抜くための安全弁装置13及び電池内部の温度上昇を防止するためのPTC素子14が設けられている。
【0058】
以上のように作製された非水電解液二次電池1において、負極2では、負極材料中に含有される繊維状炭素が負極活物質の粒子間に介在して負極活物質粒界の導電性を高めているので、負極活物質が、絶縁体である結着剤に絡め取られていたとしても電気的に孤立することが無くなり充放電反応に寄与できる。したがって、非水電解液二次電池1では、負極2が本来の容量を引き出すことが可能となる。
【0059】
また、負極2では、負極材料中に含有されるカーボンブラックが負極活物質と繊維状炭素との間に介在し、負極2における電解質の保液性を高めているので、負極活物質の粒子間に存在する限られた空隙でのイオン伝導がより速やかになり、リチウムイオンのドープ/脱ドープ反応がより円滑に行われる。これにより、非水電解液二次電池1では、内部抵抗がより低減し、分極が確実に防止される。
【0060】
したがって、負極活物質と繊維状炭素とカーボンブラックとからなる負極材料を含有する負極2を備える非水電解液二次電池1は、例えば低温環境下で繰り返し充放電したとしても、良好な充放電特性を有し、電池容量が高い。
【0061】
なお、本発明に係る非水電解質電池は、上述のように電解質として非水電解液を用いた非水電解液二次電池1に限定されず、電解質として固体電解質やゲル状の電解質を用いることも可能であり、一次電池についても適用可能である。また、本発明に係る非水電解質電池では、円筒型、角型、コイン型、ボタン型等、その形状については特に限定されず、また、薄型、大型等、何れの大きさとしてもよい。
【0062】
【実施例】
以下、本発明に係る非水電解液電池について、具体的な実験結果に基づいて説明する。なお、ここでは実施例及び比較例として、非水電解液二次電池を複数作製した。
【0063】
<実験1>
実験1では、負極材料の相違による非水電解液二次電池の容量の違いを評価した。
【0064】
実施例1
〔負極の作製〕
負極活物質を、以下に示すようにして調整した。まず、フィラーとなる石炭系コークス100重量部に対し、バインダーとなるコールタール系ピッチを30重量部加え、約100℃にて混合した後に圧縮成型することで、炭素成型体の前駆体を得た。ついで、この前駆体を1000℃以下で熱処理して炭素成型体とした後に、200℃以下で溶融させたバインダーピッチを含浸させて、更に1000℃以下で熱処理するという、ピッチ含浸/焼成工程を数回繰り返した。ついで、この炭素成型体を、不活性雰囲気中において温度2700℃にて熱処理し、黒鉛化成型体を得た。そして、この黒鉛化成型体を粉砕分級することで、負極活物質試料粉末とした。
【0065】
なお、この黒鉛化成型体に対してX線回折測定を行った結果、(002)面の面間隔が0.337nmであり、(002)回折線から計算されるC軸結晶子厚みが50.0nmであった。また、ブタノールを溶媒とするピクノメータ法による真密度が2.23g/cmであり、嵩密度が0.83g/cmであり、ブルナウアーエメットテラー法による比表面積が4.4m/gであった。また、レーザ回折法による粒度分布の平均粒径が31.2μmであり、累積10%粒径が12.3μmであり、累積50%粒径が29.5μmであり、累積90%粒径が53.7μmであり、黒鉛粒子の破壊強度の平均値が7.1kgf/mmであった。
【0066】
次に、負極活物質試料粉末を98.5重量%と、繊維状炭素(昭和電工社製、商品名:VGCF)を1.0重量%と、カーボンブラックとしてアセチレンブラックを0.5重量%とを混合してなる負極材料を調製した。なお、上記繊維状炭素は、平均繊維が0.2μm、平均繊維長が10μm、アスペクト比が50である。
【0067】
更に、上記負極材料を90重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを10重量部とを混合して負極合剤を調製した後に、N−メチルピロリドン中に分散させて負極合剤スラリーとした。そして、この負極合剤スラリーを、帯状の負極集電体上に均一に塗布して乾燥させ、一定圧力で圧縮成型した後にスリットすることで、帯状の負極を作製した。なお、負極集電体としては、厚みが10μmである帯状の銅箔を使用した。
【0068】
〔正極の作製〕
正極活物質を、以下に示すようにして調製した。まず、炭酸リチウムを0.5モルと炭酸コバルトを1モルとを混合し、空気中において温度900℃にて5時間焼成することで、LiCoOを合成した。なお、得られた材料についてX線回折測定を行い、ピークがJCPDSファイルに登録されたLiCoOのデータと一致していることを確認した。
【0069】
次に、LiCoOを粉砕してレーザ回折法で得られる累積50%粒径が15μmであるLiCoO粉末とした後に、このLiCoO粉末を95重量%と、炭酸リチウム粉末を5重量%とを混合して混合粉末とした。そして、混合粉末を91重量部と、導電剤として鱗片状黒鉛を6重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを3重量部とを混合して正極合剤を調製した後に、N−メチルピロリドン中に分散させて正極合剤スラリーとした。
【0070】
そして、この正極合剤スラリーを、正極集電体となる厚さが20μmである帯状のアルミニウム箔に均一に塗布して乾燥させ、一定圧力で圧縮成型した後にスリットすることで、帯状の正極を作製した。
【0071】
〔電池の作製〕
上述のようにして作製した帯状の負極と帯状の正極とを、厚さが25μmであり微孔性ポリエチレンフィルムからなるセパレータ4を介して、負極、セパレータ4、正極、セパレータ4の順に積層した後に多数回巻き回すことで、外径18mmである渦巻型の電極体を作製した。
【0072】
次に、この電極体を、ニッケルメッキを施した鉄製の電池缶に収納した。そして、電極体上下両面に絶縁板を配設し、アルミニウム製の正極リードを正極集電体から導出して電池蓋に溶接し、ニッケル製の負極リードを負極集電体から導出して電池缶に溶接した。
【0073】
そして、電池缶の中に、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを1対1で混合した溶液にLiBFを1mol/lとなるように溶解した電解液を注入した。次いで、アスファルトで表面を塗布した絶縁封口ガスケットを介して電池缶をかしめることにより、電流遮断機構を有する安全弁装置、PTC素子並びに電池蓋を固定し、電池内の気密性を保持させた。
【0074】
以上のようにして、直径が18mm、高さが65mmである円筒型の非水電解液二次電池を作製した。
【0075】
比較例1
負極活物質のみからなる負極材料を用いること以外は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【0076】
比較例2
負極活物質を99.5重量%と、カーボンブラックを0.5重量%とを混合してなる負極材料を用いること以外は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【0077】
比較例3
負極活物質を99.0重量%と、繊維状炭素を1.0重量%とを混合してなる負極材料を用いること以外は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【0078】
以上のようにして作製された実施例1及び比較例1〜比較例3の非水電解液二次電池に対して、先ず、23℃環境下において、充電電流を0.5Aとして終止電圧が4.2Vまで4時間の定電流充電を行った。そして、23℃環境下において、放電電流を0.5Aとして終止電圧が2.75Vまでの定電流放電を行い、初期電池容量を測定した。
【0079】
次に、23℃環境下において、充電電流を1.0Aとして終止電圧が4.2Vまで2.5時間の定電流充電を行った。その後、−10℃環境下において、放電電流を1.0Aとして終止電圧が2.75Vまでの定電流放電を行い、−10℃環境下での電池容量を測定した。そして、初期電池容量に対する−10℃環境下での電池容量の割合を求め、その比率を−10℃環境下での電池容量維持率とした。
【0080】
以上の測定結果と、負極材料中における繊維状炭素及びカーボンブラックの含有量とを合わせて表1に示す。なお、表1において、繊維状炭素の含有量をa重量%とし、カーボンブラックの含有量をb重量%として、繊維状炭素とカーボンブラックとの重量比をa/bで表す。
【0081】
【表1】

Figure 0004734707
【0082】
表1から、実施例1の非水電解液二次電池では、初期電池容量が高く、−10℃環境下における電池容量維持率が高いことがわかる。
【0083】
これに対し、比較例1の非水電解質二次電池は、初期電池容量が低く、−10℃環境下における電池容量維持率も低いことがわかる。また、比較例2の非水電解液二次電池は、−10℃環境下における電池容量が改善されているが、初期電池容量が低いことがわかる。また、比較例3の非水電解液二次電池は、初期電池容量が高いが、−10℃環境下における電池容量維持率が低いことがわかる。
【0084】
従って、非水電解液二次電池は、負極活物質、繊維状炭素およびカーボンブラックとからなる負極材料を含有する負極を備えることにより、低温環境下で充放電する場合であっても、充放電特性に優れ、高い電池容量を有することがわかる。
【0085】
<実験2>
実験2では、負極材料中に含有させるカーボンブラックの含有量を一定とし、繊維状炭素の含有量を変化させた場合の電池特性を評価した。
【0086】
実施例2〜実施例6、比較例4〜比較例6
カーボンブラックの含有量を0.5重量%とし、負極活物質および繊維状炭素の含有量を表2に示すようにして調製した負極材料を用いること以外は実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【0087】
以上のようにして作製した実施例2〜実施例6、比較例4〜比較例6の非水電解液二次電池について、初期電池容量および−10℃環境下における電池容量維持率を、上述した方法と同様にして測定した。
【0088】
以上の測定結果を、負極材料中における繊維状炭素及びカーボンブラックの含有量、a/bと合わせて表2に示す。
【0089】
【表2】
Figure 0004734707
【0090】
表2より、負極材料中に繊維状炭素が0.1重量%含有されている比較例4の非水電解液二次電池は、負極材料中に繊維状炭素が含有されていない比較例2(表1)の非水電解液二次電池と比較すると、初期電池容量が高く、−10℃環境下における電池容量維持率も向上していることがわかる。
【0091】
また、負極材料中に繊維状炭素が10重量%含有されている実施例の非水電解液二次電池は、負極材料中に繊維状炭素が20重量%含有されている比較例6の非水電解液二次電池と比較すると、初期電池容量がより高く、−10℃環境下における電池容量がより高いことがわかる。
【0092】
従って、非水電解液二次電池では、繊維状炭素が負極材料中に0.1重量%以上、10重量%以下の範囲で含有されていると、負極では本来の容量を十分に引き出すことができ、高い電池容量が実現されることがわかる。
【0093】
<実験3>
実験3では、負極材料中に含有させる繊維状炭素の含有量を一定とし、カーボンブラックの含有量を変化させた場合の電池特性を評価した。
【0094】
実施例7〜実施例11、比較例7〜比較例9
繊維状炭素の含有量を1.0重量%とし、負極活物質およびカーボンブラックの含有量を表3に示すようにして調製した負極材料を用いること以外は実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
【0095】
以上のようにして作製した実施例7〜実施例11、比較例7〜比較例9の非水電解液二次電池について、初期電池容量および−10℃環境下における電池容量維持率を、上述した方法と同様にして測定した。
【0096】
以上の測定結果を、負極材料中における繊維状炭素及びカーボンブラックの含有量、a/bと合わせて表3に示す。
【0097】
【表3】
Figure 0004734707
【0098】
表3より、負極材料中にカーボンブラックが0.02重量%含有されている比較例8の非水電解液二次電池は、負極材料中にカーボンブラックが0.01重量%含有されている比較例7の非水電解液二次電池と比較すると、同程度に良好な初期電池容量を有しているとともに、−10℃環境下における電池容量維持率がより向上していることがわかる。
【0099】
また、負極材料中にカーボンブラックが2.0重量%含有されている実施例1の非水電解液二次電池は、負極材料中にカーボンブラックが3.0重量%含有されている比較例9の非水電解液二次電池と比較すると、同程度に良好な−10℃環境下における電池容量維持率を有しているとともに、初期電池容量がより高いことがわかる。
【0100】
従って、非水電解液二次電池は、カーボンブラックが負極材料中に0.02重量%以上、2重量%以下の範囲で含有されていると、例えば−10℃という低温環境下で充放電された場合であっても、良好な充放電特性を有し、高い電池容量を有することがわかる。
【0101】
ここで、繊維状炭素とカーボンブラックとの重量比、すなわちa/bについて考察する。a/bが20である実施例を、a/bが30である比較例6およびa/bが100である比較例7と比較すると、実施例は−10℃環境下における容量維持率がより高いことがわかる。
【0102】
また、a/bが0.5である実施例1を、a/bが0.である比較例4およびa/bが0.33である比較例9と比較すると実施例1は初期電池容量がより高いことがわかる。
【0103】
したがって、繊維状炭素とカーボンブラックとの重量比を0.5以上、20以下の範囲とすることにより、負極活物質粒界の導電性を高める作用と、負極に電解液を保持する作用とを両立して得ることができ、極めて電池特性に優れる非水電解液二次電池を得られることがわかる。
【0104】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明に係る非水電解質電池は、正極と、負極活物質の黒鉛と繊維状炭素とカーボンブラックとからなる負極材料を有する負極と、非水電解液とを備え、負極材料は、黒鉛が89.5重量%以上、99.0重量%以下の範囲で含有され、繊維状炭素が0.5重量%以上、10重量%以下の範囲で含有され、カーボンブラックが0.1重量%以上、2重量%以下の範囲で含有され、繊維状炭素とカーボンブラックとの重量比が、0.5以上、20以下の範囲であり、繊維状炭素のアスペクト比が10以上であるので、低温環境下で充放電をされた場合でも、良好な充放電特性を有し、高容量である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 円筒型の非水電解液二次電池の一構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 非水電解液二次電池、2 負極、3 正極、4 セパレータ、5 電池缶、6 負極集電体、7 正極集電体、8 絶縁板、9 負極リード、10 正極リード、11 電池蓋、12 絶縁封口ガスケット、13 安全弁装置、14PTC素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a nonaqueous electrolyte battery including a positive electrode, a negative electrode containing a negative electrode active material, and an electrolyte.
[0002]
[Prior art]
  Due to remarkable progress in electronic technology, electronic devices are becoming smaller and lighter one after another. In connection with this, the battery used as the power supply of various electronic devices is requested | required of size reduction, weight reduction, and high energy density.
[0003]
  Currently, aqueous batteries such as lead batteries and nickel / cadmium batteries are mainly used as batteries that are generally used. Although these batteries have the minimum required cycle characteristics, it is difficult to achieve a desired battery weight and improve energy density.
[0004]
  Therefore, LiCoO having a high discharge voltage as a positive electrode active material.2A non-aqueous electrolyte battery using a lithium-containing composite oxide represented by the above and using lithium or a lithium alloy as a negative electrode material has been proposed.
[0005]
  A non-aqueous electrolyte secondary battery using lithium or a lithium alloy as a negative electrode material has excellent self-discharge and light weight, but with the progress of a charge / discharge cycle, lithium is discharged from the negative electrode. It has the disadvantage that the crystal grows in a dendritic form and reaches the positive electrode, causing a short circuit inside the battery. For this reason, practical quick charge / discharge cannot be performed in a non-aqueous electrolyte battery using lithium or a lithium alloy as the negative electrode material.
[0006]
  In view of this, a non-aqueous electrolyte battery, a so-called lithium ion battery, has been proposed in which a carbon material or the like is used as a negative electrode active material and lithium doping / dedoping reaction between negative electrode material layers is used for the negative electrode reaction. Lithium ion batteries have the advantage that lithium does not deposit on the negative electrode as the charge / discharge cycle progresses, and exhibits good cycle characteristics. Because of such advantages, research and development of lithium ion batteries have been actively conducted and put into practical use.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
  In recent years, lithium ion batteries are sometimes used as power sources for driving electronic devices used not only in a normal temperature environment but also in a low temperature environment. However, when a conventional lithium ion battery is charged / discharged in a low temperature environment, the diffusion of lithium ions in the negative electrode is delayed, and the internal resistance may increase to cause polarization. For this reason, when a lithium ion battery is charged / discharged in a low-temperature environment, there is a problem that charge / discharge characteristics are deteriorated and a desired battery capacity is not realized.
[0008]
  Moreover, the negative electrode active material entangled in the binder which is an insulator exists in the negative electrode of a lithium ion battery. Since the negative electrode active material entangled with the binder is electrically isolated, it cannot contribute to the charge / discharge reaction. For this reason, in the negative electrode, the original capacity cannot be drawn out sufficiently, and there is a problem that the original energy density cannot be drawn out sufficiently as a lithium ion battery.
[0009]
  The present invention has been proposed in view of such conventional circumstances, and provides a nonaqueous electrolyte battery having good charge / discharge characteristics and high battery capacity even when charged and discharged in a low temperature environment. For the purpose.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  To achieve the above object, a nonaqueous electrolyte battery according to the present invention includes a positive electrode containing a positive electrode active material capable of doping / dedoping lithium, and a negative electrode active material capable of doping / dedoping lithium.Of graphiteA negative electrode containing a negative electrode material composed of fibrous carbon and carbon black, and a non-aqueous electrolyte,Graphite is contained in the range of 89.5 wt% or more and 99.0 wt% or less,Fibrous carbonIs 0. Carbon black is contained in the range of 5 wt% to 10 wt%Is 0. 1% by weight or more, 2. 0It is contained in a range of not more than% by weight, the weight ratio of fibrous carbon to carbon black is in the range of 0.5 or more and 20 or less, and the aspect ratio of the fibrous carbon is 10 or more.
[0011]
  In the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention configured as described above, fibrous carbon is interposed between the particles of the negative electrode active material, and the conductivity of the negative electrode active material grain boundary is enhanced. Thereby, even if all the negative electrode active materials present in the negative electrode are entangled with the binder, for example, they are not electrically isolated and contribute to the charge / discharge reaction.
[0012]
  In addition, carbon black is interposed between the negative electrode active material and the fibrous carbon to enhance the electrolyte retention in the negative electrode. As a result, even when the nonaqueous electrolyte battery is charged / discharged in a low temperature environment, in the negative electrode, ion conduction in the limited voids existing between the particles of the negative electrode active material is accelerated, and the lithium ion doping is performed. / The dedoping reaction is performed smoothly, the internal resistance is reduced, and polarization is prevented.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0014]
  A non-aqueous electrolyte secondary battery 1 to which the present invention is applied is a so-called lithium ion secondary battery. As shown in FIG. 1, a strip-shaped negative electrode 2 and a strip-shaped positive electrode 3 are stacked with a separator 4 interposed therebetween. A spiral electrode body wound in the direction is loaded into the battery can 5, and a non-aqueous electrolyte is injected into the battery can 5.
[0015]
  The negative electrode 2 is prepared by mixing a negative electrode mixture prepared by mixing a negative electrode material containing a negative electrode active material that can be doped / undoped, a negative electrode material composed of fibrous carbon and carbon black, and a binder. 6 was applied and dried.
[0016]
  As the negative electrode active material contained in the negative electrode material, a carbon material that can be doped / undoped with lithium, a crystalline material, an amorphous metal oxide, or the like is used. Examples of the carbon material include non-graphitizable carbon materials such as coke and glassy carbon, graphites of highly crystalline carbon materials with a developed crystal structure, and specifically, pyrolytic carbons, cokes, (Pitch coke, needle coke, petroleum coke, etc.), graphites, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies (phenol resins, furan resins, etc., calcined at an appropriate temperature), carbon fibers, and Examples include activated carbon.
[0017]
  In addition, since the high-crystalline carbon material graphite has a higher true density than the non-graphitizable carbon material having low crystallinity, the negative electrode 2 using this graphite as a negative electrode material has a packing density of active materials. Higher and higher energy density batteries can be realized. Further, the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 using the graphite as a negative electrode material has an advantage that it has a high energy density and has a flat discharge curve, so that there is no energy loss when a voltage is changed in an electronic device.
[0018]
  The fibrous carbon contained in the negative electrode material is interposed between the particles of the negative electrode active material to enhance the conductivity of the negative electrode active material grain boundary. Such fibrous carbon can be obtained by heat-treating a precursor such as a polymer spun into a fiber or pitch, or an organic vapor such as benzene directly on a substrate at a temperature of about 1000 ° C. And vapor grown carbon obtained by growing carbon crystals using iron fine particles as a catalyst.
[0019]
  When obtaining fibrous carbon by heat treatment, polyacrylonitrile, rayon, polyamide, lignin, polyvinyl alcohol, or the like can be used as the polymer precursor.
[0020]
  As pitch, distillation (vacuum distillation, atmospheric distillation, steam distillation), thermal polycondensation, extraction, chemical polycondensation from coal tar, ethylene bottom oil, tars obtained by thermal decomposition at high temperature, asphalt, etc. What is obtained by operations such as those that are produced during wood dry distillation can be used.
[0021]
  Moreover, as a starting material used as a pitch, polyvinyl chloride resin, polyvinyl acetate, polyvinyl butyrate, 3,5-dimethylphenol resin, etc. can be used.
[0022]
  During the carbonization, these coals and pitches exist in a liquid state at a maximum of about 400 ° C., and by maintaining at that temperature, the aromatic rings are condensed and polycyclic to form a laminated orientation, and then about 500 ° C. or higher. At this temperature, a solid carbon precursor, that is, semi-coke is formed. Such a process is called a liquid-phase carbonization process and is a typical process for producing graphitizable carbon.
[0023]
  Other condensed polycyclic hydrocarbon compounds such as naphthalene, phenanthrene, anthracene, triphenylene, pyrene, perylene, pentaphen, and pentacene, and other derivatives (for example, carboxylic acids, carboxylic anhydrides, carboxylic imides, etc.) or mixtures, acenaphthylene Indole, isoindole, quinoline, isoquinoline, quinoxaline, phthalazine, carbazole, acridine, phenazine, phenanthridine and other condensed heterocyclic compounds and other derivatives can also be used as raw materials for graphitizable carbon.
[0024]
  The polymer precursor and the pitch precursor are subjected to a process of infusibilization or stabilization and then heat-treated at a high temperature to become fibrous carbon.
[0025]
  The infusibilization or stabilization step is a step of oxidizing the fiber surface with acid, oxygen, ozone or the like so that the polymer or the like does not melt or undergo thermal decomposition during carbonization. At this time, the processing method is appropriately selected depending on the type of the precursor. However, it is necessary to select the processing temperature below the melting point of the precursor. Further, the treatment may be repeated a plurality of times as necessary so that the stabilization is sufficiently performed.
[0026]
  In order to obtain fibrous carbon, first, the above-described infusibilization or stabilization is applied to a polymer precursor or a pitch precursor. Next, the infusible or stabilized polymer type or pitch type precursor is carbonized at a temperature of 300 ° C. to 700 ° C. in an inert gas stream such as nitrogen, and then heated in the inert gas stream. The temperature is raised from 1 ° C. to 100 ° C. per minute up to an ultimate temperature of 900 ° C. to 1500 ° C., and calcination is performed at this ultimate temperature for a holding time of about 0 to 30 hours. Thereby, fibrous carbon is obtained. In some cases, carbonization may be omitted.
[0027]
  When fibrous carbon is obtained by a vapor phase growth method, any organic material that can be gaseous can be used as a starting material. For example, ethylene, propane, or the like that exists as a gas in a normal temperature environment, or an organic substance that can be heated and vaporized at a temperature lower than the thermal decomposition temperature can be used.
[0028]
  The vaporized organic matter is directly released into a high-temperature substrate, and thus grows as fibrous carbon. At this time, the temperature of the substrate is appropriately selected depending on the type of organic substance used as a starting material, but is preferably 400 ° C. to 1500 ° C. Further, the kind of the substrate is appropriately selected depending on the kind of the organic substance used as the starting material, and quartz, nickel and the like are preferable.
[0029]
  In addition, it is possible to promote crystal growth using a catalyst. As the catalyst, iron, nickel, a mixture thereof, or the like, a metal called a graphitization catalyst, or an oxide thereof can be used. These catalysts are appropriately selected depending on the type of organic material used as the starting material.
[0030]
  The outer shape and length of the fibrous carbon can be appropriately selected depending on the preparation conditions. For example, when a polymer-based precursor is used as a raw material, an appropriate fiber diameter and length can be obtained depending on the blow nozzle inner diameter when forming into a fiber shape, and the blow speed. In the case of the vapor phase growth method, an optimum fiber diameter can be obtained by appropriately selecting the size of a portion that becomes the nucleus of crystal growth such as a substrate and a catalyst. Further, it is possible to adjust the fiber diameter and linearity by defining the supply amount of organic materials such as ethylene and propane as raw materials.
[0031]
  The aspect ratio, which is the ratio between the fiber length and fiber diameter of the fibrous carbon, is preferably 10 or more. When the aspect ratio is less than 10, the fibrous carbon plays a role of increasing the conductivity by connecting between the negative electrode active material particles, but on the other hand, it fills the gaps between the negative electrode active material particles and causes electrolysis in the negative electrode 2. There is a risk of reducing the liquid retention of the liquid. For this reason, as the non-aqueous electrolysis seat secondary battery 1, the low temperature load characteristic may be deteriorated. Therefore, when the aspect ratio is 10 or more, it is possible to increase the conductivity of the negative electrode active material grain boundary without reducing the liquid retention of the electrolytic solution in the negative electrode 2. The fibrous carbon refers to one having an aspect ratio of 10 or more.
[0032]
  Moreover, it is preferable that the fiber length of fibrous carbon is 0.5 micrometer or more. When the fiber length of the fibrous carbon is less than 0.5 μm, the fiber length is shorter than the distance between the negative electrode active material particles, and thus there is a possibility that the effect of increasing the conductivity of the negative electrode active material grain boundary cannot be obtained. Therefore, when the fiber length of the fibrous carbon is 0.5 μm or more, the effect of increasing the conductivity of the negative electrode active material grain boundary can be reliably obtained.
[0033]
  The fibrous carbon thus obtained is heated to an ultimate temperature of 2000 ° C. or higher, preferably 2500 ° C. or higher, with a temperature increase rate of 1 ° C. to 100 ° C. per minute in an inert gas stream. You may graphitize on this ultimate temperature on condition of holding time about 0 to 30 hours.
[0034]
  Further, the fibrous carbon may be pulverized in accordance with the thickness of the electrode, the particle size of the active material, and the like, and the fibrous carbon that has become a single fiber during spinning can be used. The pulverization of the fibrous carbon may be performed either before or after carbonization, calcination, or during the temperature raising process before graphitization.
[0035]
  The fibrous carbon is preferably contained in the negative electrode material in the range of 0.1 wt% or more and 10 wt% or less. When fibrous carbon is contained in the negative electrode material in an amount of less than 0.1% by weight, the conductivity of the negative electrode active material grain boundary may not be sufficiently increased. On the other hand, when the fibrous carbon is contained in the negative electrode material in an amount of more than 10% by weight, the amount of the negative electrode active material in the negative electrode 2 is reduced, so that the battery capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 may be reduced. is there. Therefore, fibrous carbon is contained in the negative electrode material in the range of 0.1 wt% or more and 10 wt% or less, so that all the carbon capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 is reduced without reducing the battery capacity. Electron conductivity can be reliably imparted to the negative electrode active material. In addition, as content of the fibrous carbon contained in negative electrode material, it is more preferable that it is the range of 0.3 weight% or more and 5 weight% or less, and 0.5 weight% or more and 2 weight% or less. The range is most preferable.
[0036]
  The carbon black contained in the negative electrode material is interposed between the negative electrode active material and the fibrous carbon to enhance the electrolyte retention in the negative electrode 2. As carbon black, raw material hydrocarbons produced by a thermal decomposition method or those produced by an incomplete combustion method are used. Examples of the thermal decomposition method include a thermal method and an acetylene decomposition method. Examples of the incomplete combustion method include a contact method, a lamp / smoke method, a gas furnace method, and an oil furnace method.
[0037]
  Examples of the carbon black produced by these production methods include acetylene black, ketjen black, thermal black, and furnace black. Of these carbon blacks, it is particularly preferable to use conductive carbon black such as acetylene black and ketjen black.
[0038]
  Carbon black DBPSuckThe amount of oil is preferably 100 ml / 100 g or more. Carbon black DBPSuckWhen the amount of oil is less than 100 ml / 100 g, the amount of electrolyte retained in the negative electrode 2 may be insufficient. DBPSuckIf a negative electrode having a desired electrolyte solution retention capacity is produced using carbon black having an oil amount of less than 100 ml / 100 g, it is necessary to add more than 2% by weight of carbon black to the negative electrode material. However, when the content of carbon black in the negative electrode material exceeds 2% by weight, the battery capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 is reduced, as will be described in detail later. Therefore, DBPSuckBy using carbon black having an oil amount of 100 ml / 100 g or more, it is possible to increase the electrolyte solution retention capacity of the negative electrode 2 without reducing the battery capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1.
[0039]
  Moreover, it is preferable that the average particle diameter of carbon black is 0.1 micrometer or less. When the average particle size of carbon black is larger than 0.1 μm, the bulk density in the negative electrode material becomes small, and thus there is a possibility that the electrolyte solution cannot be sufficiently retained in the negative electrode 2. Therefore, when the average particle size of carbon black is 0.1 μm or less, the electrolyte solution can be sufficiently retained in the negative electrode 2.
[0040]
  This carbon black is preferably contained in the negative electrode material in a range of 0.02 wt% to 2 wt%. When carbon black is contained in the negative electrode material in an amount of less than 0.02% by weight, there is a possibility that the electrolyte solution cannot be sufficiently retained in the negative electrode 2. On the other hand, when the carbon black is contained in the negative electrode material in an amount of more than 2% by weight, the amount of the negative electrode active material in the negative electrode 2 is reduced, so that the battery capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 may be reduced. . Therefore, when carbon black is contained in the negative electrode material in the range of 0.02 wt% or more and 2 wt% or less, it is sufficient for the negative electrode 2 without reducing the battery capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1. It is possible to retain a liquid electrolyte. The content of carbon black contained in the negative electrode material is more preferably in the range of 0.1% by weight to 1.5% by weight, more preferably 0.2% by weight to 1.0% by weight. Most preferably, it is in the range of% or less.
[0041]
  The negative electrode material contains fibrous carbon and carbon black as described above, but the ratio between the content of fibrous carbon and the content of carbon black, that is, the weight ratio of fibrous carbon and carbon black. Is preferably 0.5 or more and 20 or less. If the weight ratio of fibrous carbon is below this range, the conductivity may be insufficient. On the other hand, when the weight ratio of carbon black is less than this range, there is a possibility that the function of holding the electrolytic solution in the negative electrode 2 cannot be sufficiently obtained. Therefore, when the weight ratio of fibrous carbon to carbon black is 0.5 or more and 20 or less, both the effect of increasing the conductivity of the grain boundary of the negative electrode active material and the function of holding the electrolyte in the negative electrode 2 are achieved. Can be obtained. The weight ratio of fibrous carbon to carbon black is more preferably 1.0 or more and 10 or less, and most preferably 1.5 or more and 6 or less.
[0042]
  As a binder contained in the negative electrode 2, the well-known binder normally used for the negative mix of this kind of battery can be used. Moreover, you may add a well-known additive etc. to a negative electrode mixture as needed.
[0043]
  The positive electrode 3 is obtained by applying a positive electrode mixture containing a positive electrode active material and a binder onto the positive electrode current collector 7 and drying it.
[0044]
  The positive electrode active material may be any conventionally known positive electrode material that can be doped / undoped with lithium and contains a sufficient amount of lithium. Specifically, the general formula LiMxOy(However, 1 <x ≦ 2, 2 <y ≦ 4, and M contains at least one of Co, Ni, Mn, Fe, Al, V, and Ti.) It is preferable to use a composite metal oxide composed of a transition metal and an intercalation compound containing lithium.
[0045]
  As the binder contained in the positive electrode 3, a known binder that is usually used in a positive electrode mixture of this type of battery can be used. Moreover, you may add a well-known additive etc. to a positive electrode mixture as needed.
[0046]
  A non-aqueous electrolyte is one in which an electrolyte is dissolved in a non-aqueous solvent.
[0047]
  As the non-aqueous solvent, ethylene carbonate (hereinafter referred to as EC), which has a relatively high dielectric constant and is not easily decomposed by graphite constituting the negative electrode, is used as a main solvent. In particular, when a graphite material is used for the negative electrode, it is preferable to use EC as a main solvent, but it is also possible to use a compound in which a hydrogen atom of EC is substituted with a halogen element.
[0048]
  Moreover, although it is reactive with graphite material like PC, by substituting a part of the EC as the main solvent or a compound in which the hydrogen atom of EC is substituted with a halogen element with a second component solvent Better properties can be obtained.
[0049]
  Examples of the second component solvent include propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxymethane, γ-butyrolactone, valerolactone, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3- Examples include dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, sulfolane, methyl sulfolane and the like.
[0050]
  Furthermore, it is preferable to use a low-viscosity solvent in combination with the non-aqueous solvent to improve electrical conductivity and improve current characteristics, and to reduce the reactivity with lithium metal and improve safety.
[0051]
  Examples of the low-viscosity solvents include symmetrical or asymmetric chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and methyl propyl carbonate, carboxylic acid esters such as methyl propionate and ethyl propionate, trimethyl phosphate, Phosphate esters such as triethyl phosphate can be used. These low-viscosity solvents may be used alone or in combination of two or more.
[0052]
  The electrolyte is not particularly limited as long as it is a lithium salt that dissolves in a non-aqueous solvent and exhibits ionic conductivity. For example, LiPF6LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiB (C6H5)4, LiCH3SO3, CF3SO3Li, LiCl, LiN (CnC2n + 1SO2)2LiBr or the like can be used. In particular, LiPF as the electrolyte6Is preferably used. These electrolytes may be used alone or in combination of two or more.
[0053]
  As a material of the battery can 5, Fe, Ni, stainless steel, Al, Ti, or the like can be used. The battery can 5 may be plated in order to prevent corrosion due to an electrochemical non-aqueous electrolyte accompanying charging / discharging of the battery.
[0054]
  When producing the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 configured as described above, first, the strip-shaped negative electrode 2 and the strip-shaped positive electrode 3 obtained as described above are made of, for example, a microporous polypropylene film. After stacking through the separator 4, a spiral electrode body is produced by winding a number of times in the longitudinal direction.
[0055]
  Next, the electrode body is housed in an iron battery can 5 having an insulating plate 8 inserted in the bottom and nickel-plated on the inside. In order to collect current from the negative electrode 2, one end of the negative electrode lead 9 made of, for example, nickel is pressed against the negative electrode 2 and the other end is welded to the battery can 5. As a result, the battery can 5 is electrically connected to the negative electrode 2 and becomes an external negative electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery 1. In order to collect current from the positive electrode 3, one end of a positive electrode lead 10 made of, for example, aluminum is attached to the positive electrode 3, and the other end is electrically connected to the battery lid 11 through a thin plate for current interruption. This thin plate for current interruption interrupts current according to the battery internal pressure. As a result, the battery lid 11 is electrically connected to the positive electrode 3 and serves as the external positive electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery 1.
[0056]
  Then, after injecting a non-aqueous electrolyte prepared by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent into the battery can 5, the battery can 5 is caulked through an insulating sealing gasket 12 coated with asphalt. The cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery 1 with the lid 11 fixed thereto is produced.
[0057]
  The nonaqueous electrolyte secondary battery 1 includes a safety valve device 13 for venting the gas inside when the pressure inside the battery becomes higher than a predetermined value, and a PTC element 14 for preventing the temperature inside the battery from rising. Is provided.
[0058]
  In the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 manufactured as described above, in the negative electrode 2, the fibrous carbon contained in the negative electrode material is interposed between the particles of the negative electrode active material, and the conductivity of the negative electrode active material grain boundary is Therefore, even if the negative electrode active material is entangled in the binder which is an insulator, it is not electrically isolated and can contribute to the charge / discharge reaction. Therefore, in the non-aqueous electrolyte secondary battery 1, the negative electrode 2 can draw out its original capacity.
[0059]
  Further, in the negative electrode 2, the carbon black contained in the negative electrode material is interposed between the negative electrode active material and the fibrous carbon, and improves the liquid retention of the electrolyte in the negative electrode 2. Thus, ion conduction in the limited voids present in the metal becomes faster, and the lithium ion doping / dedoping reaction is performed more smoothly. Thereby, in the non-aqueous electrolyte secondary battery 1, the internal resistance is further reduced, and polarization is reliably prevented.
[0060]
  Therefore, even if the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 including the negative electrode 2 containing the negative electrode material composed of the negative electrode active material, fibrous carbon, and carbon black is repeatedly charged / discharged in a low temperature environment, for example, good charge / discharge Characteristics and high battery capacity.
[0061]
  The nonaqueous electrolyte battery according to the present invention is not limited to the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 using a nonaqueous electrolyte as an electrolyte as described above, and a solid electrolyte or a gel electrolyte is used as an electrolyte. It is also possible to apply to a primary battery. In the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention, the shape thereof is not particularly limited, such as a cylindrical shape, a rectangular shape, a coin shape, and a button shape, and may be any size such as a thin shape and a large size.
[0062]
【Example】
  Hereinafter, the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention will be described based on specific experimental results. Here, a plurality of non-aqueous electrolyte secondary batteries were produced as examples and comparative examples.
[0063]
  <Experiment 1>
  In Experiment 1, the difference in capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery due to the difference in the negative electrode material was evaluated.
[0064]
  Example 1
  (Production of negative electrode)
  The negative electrode active material was adjusted as shown below. First, 30 parts by weight of coal tar pitch as a binder was added to 100 parts by weight of coal-based coke as a filler, mixed at about 100 ° C., and then compression molded to obtain a precursor of a carbon molded body. . Next, the precursor is heat treated at 1000 ° C. or lower to form a carbon molded body, impregnated with a binder pitch melted at 200 ° C. or lower, and further heat treated at 1000 ° C. or lower. Repeated times. Subsequently, this carbon molded body was heat-treated in an inert atmosphere at a temperature of 2700 ° C. to obtain a graphitized molded body. The graphitized molded body was pulverized and classified to obtain a negative electrode active material sample powder.
[0065]
  As a result of X-ray diffraction measurement of this graphitized molded body, the (002) plane spacing was 0.337 nm, and the C-axis crystallite thickness calculated from the (002) diffraction line was 50. It was 0 nm. Moreover, the true density by the pycnometer method which uses butanol as a solvent is 2.23 g / cm.3The bulk density is 0.83 g / cm3The specific surface area by the Brunauer Emmettteller method is 4.4 m.2/ G. The average particle size of the particle size distribution by laser diffraction method is 31.2 μm, the cumulative 10% particle size is 12.3 μm, the cumulative 50% particle size is 29.5 μm, and the cumulative 90% particle size is 53. The average value of the fracture strength of the graphite particles is 7.1 kgf / mm.3Met.
[0066]
  Next, 98.5% by weight of the negative electrode active material sample powder, 1.0% by weight of fibrous carbon (trade name: VGCF, manufactured by Showa Denko KK), and 0.5% by weight of acetylene black as carbon black A negative electrode material was prepared by mixing. The fibrous carbon is an average fiberDiameterIs 0.2 μm, the average fiber length is 10 μm, and the aspect ratio is 50.
[0067]
  Furthermore, 90 parts by weight of the negative electrode material and 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed to prepare a negative electrode mixture, which was then dispersed in N-methylpyrrolidone to form a negative electrode mixture slurry. . Then, the negative electrode mixture slurry was uniformly applied on a strip-shaped negative electrode current collector, dried, compression-molded at a constant pressure, and then slitted to produce a strip-shaped negative electrode. As the negative electrode current collector, a strip-shaped copper foil having a thickness of 10 μm was used.
[0068]
  [Production of positive electrode]
  A positive electrode active material was prepared as follows. First, 0.5 mol of lithium carbonate and 1 mol of cobalt carbonate are mixed and calcined in air at a temperature of 900 ° C. for 5 hours to obtain LiCoO2Was synthesized. In addition, X-ray diffraction measurement was performed on the obtained material, and a peak was recorded in the LiCoO registered in the JCPDS file.2It was confirmed that it matches the data of.
[0069]
  Next, LiCoO2LiCoO with a cumulative 50% particle size of 15 μm obtained by laser diffraction2After making powder, this LiCoO2A mixed powder was prepared by mixing 95% by weight of the powder and 5% by weight of the lithium carbonate powder. Then, 91 parts by weight of the mixed powder, 6 parts by weight of flake graphite as a conductive agent, and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder were prepared to prepare a positive electrode mixture, and then N-methylpyrrolidone. The mixture was dispersed in a positive electrode mixture slurry.
[0070]
  Then, the positive electrode mixture slurry is uniformly applied to a band-shaped aluminum foil having a thickness of 20 μm to be a positive electrode current collector, dried, compression-molded at a constant pressure, and slitted, thereby forming a band-shaped positive electrode. Produced.
[0071]
  [Production of battery]
  After laminating the strip-shaped negative electrode and the strip-shaped positive electrode prepared as described above in order of the negative electrode, the separator 4, the positive electrode, and the separator 4 through the separator 4 having a thickness of 25 μm and made of a microporous polyethylene film. A spiral electrode body having an outer diameter of 18 mm was produced by winding a number of times.
[0072]
  Next, this electrode body was stored in an iron battery can plated with nickel. Insulating plates are provided on the upper and lower surfaces of the electrode body, the aluminum positive electrode lead is led out from the positive electrode current collector and welded to the battery lid, and the nickel negative electrode lead is led out from the negative electrode current collector to obtain a battery can. Welded to.
[0073]
  Then, LiBF is added to a solution in which ethylene carbonate and dimethyl carbonate are mixed 1: 1 in a battery can.4An electrolyte solution in which 1 mol / l was dissolved was injected. Next, the battery can was caulked through an insulating sealing gasket whose surface was coated with asphalt, thereby fixing the safety valve device having a current interruption mechanism, the PTC element, and the battery lid, and maintaining airtightness in the battery.
[0074]
  As described above, a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery having a diameter of 18 mm and a height of 65 mm was produced.
[0075]
  Comparative Example 1
  A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a negative electrode material consisting only of the negative electrode active material was used.
[0076]
  Comparative Example 2
  A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a negative electrode material obtained by mixing 99.5% by weight of the negative electrode active material and 0.5% by weight of carbon black was used. .
[0077]
  Comparative Example 3
  A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a negative electrode material obtained by mixing 99.0% by weight of the negative electrode active material and 1.0% by weight of fibrous carbon was used. did.
[0078]
  For the non-aqueous electrolyte secondary batteries of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 manufactured as described above, first, in a 23 ° C. environment, the charging current is 0.5 A, and the end voltage is 4 The battery was charged with constant current for 4 hours up to 2V. Then, in a 23 ° C. environment, a constant current discharge was performed with a discharge current of 0.5 A and a final voltage of 2.75 V, and the initial battery capacity was measured.
[0079]
  Next, under a 23 ° C. environment, constant current charging was performed for 2.5 hours with a charging current of 1.0 A and a final voltage of 4.2 V. Then, in a -10 degreeC environment, the discharge current was set to 1.0A, the constant current discharge to a final voltage of 2.75V was performed, and the battery capacity in a -10 degreeC environment was measured. And the ratio of the battery capacity in -10 degreeC environment with respect to initial stage battery capacity was calculated | required, and the ratio was made into the battery capacity maintenance rate in -10 degreeC environment.
[0080]
  The above measurement results are shown in Table 1 together with the contents of fibrous carbon and carbon black in the negative electrode material. In Table 1, the fibrous carbon content is a weight%, the carbon black content is b weight%, and the weight ratio of the fibrous carbon to carbon black is represented by a / b.
[0081]
[Table 1]
Figure 0004734707
[0082]
  From Table 1, it can be seen that the non-aqueous electrolyte secondary battery of Example 1 has a high initial battery capacity and a high battery capacity retention rate in an environment of −10 ° C.
[0083]
  On the other hand, it can be seen that the nonaqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 1 has a low initial battery capacity and a low battery capacity retention rate in a -10 ° C environment. Moreover, although the battery capacity in the non-aqueous-electrolyte secondary battery of the comparative example 2 is improved in -10 degreeC environment, it turns out that initial stage battery capacity is low. Moreover, although the non-aqueous-electrolyte secondary battery of the comparative example 3 has high initial battery capacity, it turns out that the battery capacity maintenance factor in -10 degreeC environment is low.
[0084]
  Therefore, the non-aqueous electrolyte secondary battery includes a negative electrode containing a negative electrode material composed of a negative electrode active material, fibrous carbon, and carbon black, so that charge / discharge can be performed even when charging / discharging in a low temperature environment. It can be seen that it has excellent characteristics and a high battery capacity.
[0085]
  <Experiment 2>
  In Experiment 2, the battery characteristics were evaluated when the content of carbon black contained in the negative electrode material was constant and the content of fibrous carbon was changed.
[0086]
  Example 2 to Example 6, Comparative Example 4 to Comparative Example 6
  Non-aqueous electrolysis in the same manner as in Example 1 except that the content of carbon black is 0.5% by weight and the negative electrode material prepared as shown in Table 2 is used for the negative electrode active material and the fibrous carbon content. A liquid secondary battery was produced.
[0087]
  Produced as aboveExample 2 to Example 6, Comparative Example 4 to Comparative Example 6With respect to the nonaqueous electrolyte secondary battery, the initial battery capacity and the battery capacity retention rate under the environment of −10 ° C. were measured in the same manner as described above.
[0088]
  The above measurement results are shown in Table 2 together with the content of fibrous carbon and carbon black in the negative electrode material, and a / b.
[0089]
[Table 2]
Figure 0004734707
[0090]
  From Table 2, 0.1% by weight of fibrous carbon is contained in the negative electrode material.Comparative Example 4Compared with the nonaqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 2 (Table 1) in which the fibrous carbon is not contained in the negative electrode material, the nonaqueous electrolyte secondary battery has a high initial battery capacity of −10 ° C. It can be seen that the battery capacity retention rate in the environment is also improved.
[0091]
  Also, an example in which 10% by weight of fibrous carbon is contained in the negative electrode material6In the non-aqueous electrolyte secondary battery, 20% by weight of fibrous carbon is contained in the negative electrode material.Comparative Example 6As compared with the non-aqueous electrolyte secondary battery, it can be seen that the initial battery capacity is higher and the battery capacity in a -10 ° C environment is higher.
[0092]
  Therefore, in the nonaqueous electrolyte secondary battery, fibrous carbon is contained in the negative electrode material in the range of 0.1 wt% to 10 wt%.PleaseAs a result, it can be seen that the negative electrode can sufficiently draw out the original capacity and realize a high battery capacity.
[0093]
  <Experiment 3>
  In Experiment 3, the battery characteristics were evaluated when the content of fibrous carbon contained in the negative electrode material was constant and the content of carbon black was changed.
[0094]
  Example 7 to Example 11, Comparative Example 7 to Comparative Example 9
  Nonaqueous electrolysis in the same manner as in Example 1 except that the content of fibrous carbon was 1.0% by weight and the negative electrode material prepared as shown in Table 3 was used with the negative electrode active material and the carbon black content. A liquid secondary battery was produced.
[0095]
  Produced as aboveExample 7 to Example 11, Comparative Example 7 to Comparative Example 9With respect to the nonaqueous electrolyte secondary battery, the initial battery capacity and the battery capacity retention rate under the environment of −10 ° C. were measured in the same manner as described above.
[0096]
  The above measurement results are shown in Table 3 together with the content of fibrous carbon and carbon black in the negative electrode material, and a / b.
[0097]
[Table 3]
Figure 0004734707
[0098]
  From Table 3, 0.02% by weight of carbon black is contained in the negative electrode material.Comparative Example 8In the non-aqueous electrolyte secondary battery, 0.01% by weight of carbon black is contained in the negative electrode material.Comparative Example 7As compared with the non-aqueous electrolyte secondary battery, it can be seen that the battery capacity is maintained at the same level as the initial battery capacity and the battery capacity retention rate in the -10 ° C environment is further improved.
[0099]
  Example 1 in which 2.0% by weight of carbon black is contained in the negative electrode material1In the non-aqueous electrolyte secondary battery, 3.0% by weight of carbon black is contained in the negative electrode material.Comparative Example 9As compared with the non-aqueous electrolyte secondary battery, it can be seen that the battery capacity retention rate is as good as −10 ° C. and the initial battery capacity is higher.
[0100]
  Therefore, in the non-aqueous electrolyte secondary battery, when carbon black is contained in the negative electrode material in a range of 0.02 wt% or more and 2 wt% or less, the battery is charged / discharged in a low temperature environment of, for example, −10 ° C. Even if it is a case, it turns out that it has a favorable charge / discharge characteristic and has a high battery capacity.
[0101]
  Here, the weight ratio between fibrous carbon and carbon black, that is, a / b is considered. Example where a / b is 206A / b is 30Comparative Example 6And a / b is 100Comparative Example 7Compared with Example6It can be seen that the capacity retention rate in a -10 ° C environment is higher.
[0102]
  Example 1 in which a / b is 0.51A / b is 0.2IsComparative Example 4And a / b is 0.33Comparative Example 9Compared to Example 11Shows that the initial battery capacity is higher.
[0103]
  Therefore, by setting the weight ratio of fibrous carbon and carbon black in the range of 0.5 or more and 20 or less, the effect of increasing the conductivity of the negative electrode active material grain boundary and the effect of holding the electrolyte in the negative electrode are achieved. It can be seen that both can be obtained and a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent battery characteristics can be obtained.
[0104]
【The invention's effect】
  As is clear from the above description, the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention includes a positive electrode and a negative electrode active material.Of graphiteAnd a negative electrode having a negative electrode material composed of fibrous carbon and carbon black, and a non-aqueous electrolyte,The negative electrode material contains 89.5 wt% or more and 99.0 wt% or less of graphite,Fibrous carbonIs 0. Carbon black is contained in the range of 5 wt% to 10 wt%Is 0. It is contained in the range of 1% by weight or more and 2% by weight or less, the weight ratio of fibrous carbon to carbon black is in the range of 0.5 or more and 20 or less, and the aspect ratio of the fibrous carbon is 10 or more. Therefore, even when charged and discharged in a low temperature environment, it has good charge / discharge characteristics and a high capacity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery.
[Explanation of symbols]
  1 Nonaqueous electrolyte secondary battery, 2 negative electrode, 3 positive electrode, 4 separator, 5 battery can, 6 negative electrode current collector, 7 positive electrode current collector, 8 insulating plate, 9 negative electrode lead, 10 positive electrode lead, 11 battery cover, 12 Insulation sealing gasket, 13 Safety valve device, 14PTC element

Claims (4)

リチウムをドープ/脱ドープ可能な正極活物質を含有する正極と、
リチウムをドープ/脱ドープ可能な負極活物質の黒鉛、繊維状炭素およびカーボンブラックからなる負極材料を含有する負極と、
非水電解液とを備え、
上記負極材料は、上記黒鉛が89.5重量%以上、99.0重量%以下の範囲で含有され、上記繊維状炭素が0.5重量%以上、10重量%以下の範囲で含有され、上記カーボンブラックが0.1重量%以上、2.0重量%以下の範囲で含有され、上記繊維状炭素と上記カーボンブラックとの重量比が、0.5以上、20以下の範囲であり、上記繊維状炭素のアスペクト比が10以上である非水電解質電池。
A positive electrode containing a positive electrode active material capable of doping / dedoping lithium;
A negative electrode containing a negative electrode material composed of graphite , fibrous carbon, and carbon black as negative electrode active materials capable of doping / dedoping lithium; and
With a non-aqueous electrolyte,
The negative electrode material contains the graphite in an amount of 89.5 wt% or more and 99.0 wt% or less, and the fibrous carbon is 0.02 wt% or less . 5 wt% or more, is contained in an amount of 10 wt% or less, the carbon black is 0. 1 wt% or more, 2. Non-water that is contained in the range of 0 % by weight or less, the weight ratio of the fibrous carbon to the carbon black is 0.5 or more and 20 or less, and the aspect ratio of the fibrous carbon is 10 or more. Electrolyte battery.
上記繊維状炭素の繊維長が0.5μmである請求項1記載の非水電解質電池。  The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the fibrous carbon has a fiber length of 0.5 μm. 上記カーボンブラックは、DBP吸油量が100ml/100g以上である請求項1又は請求項2記載の非水電解質電池。The non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the carbon black has a DBP oil absorption of 100 ml / 100 g or more . 上記非水電解液は、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合溶液である請求項1乃至請求項3のうち何れか1項記載の非水電解質電池。  The nonaqueous electrolyte battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the nonaqueous electrolytic solution is a mixed solution of ethylene carbonate and dimethyl carbonate.
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