JP4834284B2 - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Nonaqueous electrolyte secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP4834284B2
JP4834284B2 JP2003123738A JP2003123738A JP4834284B2 JP 4834284 B2 JP4834284 B2 JP 4834284B2 JP 2003123738 A JP2003123738 A JP 2003123738A JP 2003123738 A JP2003123738 A JP 2003123738A JP 4834284 B2 JP4834284 B2 JP 4834284B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
positive electrode
separator
carbonate
aromatic
negative electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2003123738A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004327371A (en
Inventor
将貴 志子田
勲 酒井
正宏 関野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2003123738A priority Critical patent/JP4834284B2/en
Publication of JP2004327371A publication Critical patent/JP2004327371A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4834284B2 publication Critical patent/JP4834284B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水電解質二次電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、各種のポータブルな電気・電子機器の多様化、小型化、軽量化の進展に伴い、その駆動源として使用される二次電池に対しても、多様化、小型化、軽量化の要望が強まっている。
【0003】
そのような二次電池として、有機電解液を用いた非水溶媒二次電池の研究・開発が最近盛んに行われており、その一部は既に実用化されている。この非水溶媒二次電池は、一般に、高エネルギー密度を有し、貯蔵・保管時における自己放電も少なく、また環境温度が−20〜60℃という広い範囲でも電流を取り出すことができるという利点を備えている。
【0004】
この非水溶媒二次電池の正極活物質としては、VやMn酸化物のようにその結晶構造内に直接Li+が可逆的に出入りできるような材料や、LiMn4のように、充放電に関与するLi源がLi+として配位結合した状態にあるスピネル型の結晶構造を有する材料などが用いられている。また、非水電解液には、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、γ−ブチロラクトン(γ−BL)、1,2−ジエトキシエタン(DEE)、1,2−ジメトキシエタン(DME)及びジエチルカーボネート(DEC)よりなる群から選択される1種類以上の非水溶媒に電解質(LiClO、LiBF、LiCFSO、LiPF及びLiN(CFSO)よりなる群から選択される少なくとも1種類)を溶解せしめたものなどが用いられている。
【0005】
このような非水溶媒二次電池のうち正極活物質としてLiCoOを用いる二次電池は、起電力が約4Vと高く、しかも理論エネルギー密度が正極活物質当たり約1kWh/kgという大きな値を持つ。既に、この二次電池は、小型、軽量化が進む携帯電話を始めとしてモバイル機器用電源として実用化されている。
【0006】
しかしながら、LiCoOのようなリチウム含有コバルト酸化物は、熱安定性に劣るため、過充電時に電池が異常に発熱して発火に至る危険性がある。
【0007】
過充電時の安全性を高めるために非水電解液にシクロヘキシルベンゼンを添加することが、特開2002−203594号公報(特許文献1)などに提案されている。特許文献1には、0.001〜5重量%のジスルフィド誘導体と、0.1〜5重量%のシクロヘキシルベンゼンとを含む非水電解液をリチウム二次電池に用いることにより、過充電時のシクロヘキシルベンゼンの分解反応により分解被膜を形成し、過充電時の安全性を向上させることが記載されている。
【0008】
しかしながら、シクロヘキシルベンゼンの分解反応が発熱反応であるため、特許文献1に記載されたリチウム二次電池によると、シクロヘキシルベンゼンの発熱と過充電電流によるジュール熱とによって電池温度が急激に上昇し、セパレータが溶融により破膜して正極と負極が短絡し、熱暴走に至るという問題点がある。
【0009】
【特許文献1】
特開2002−203594号公報(特許請求の範囲、段落[0016]〜段落[0018])
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、低温放電特性を損なうことなく、過充電時の急激な温度上昇を抑制することが可能な非水電解質二次電池を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る非水電解質二次電池は、正極と、
負極と、
前記正極と前記負極の間に配置され、厚さが10〜22μmの範囲内で、かつ透気度が200(sec./100mL)以上、800(sec./100mL)未満の範囲内であるセパレータと、
電池容量1mAh当り0.09mg〜0.16mgのシクロヘキシルベンゼンと、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、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、1,3−ジメトキシプロパン及びビニレンカーボネートよりなる群から選択される1種以上の溶媒とからなる非水溶媒{アミン系芳香族、スルフィド系芳香族、R−SLiで示される(Rはアリル基など芳香族を含む置換基)芳香族、ホスファイト系芳香族及びキノン系芳香族のいずれかを含有するものを除く}、及び、前記非水溶媒に溶解される電解質からなる非水電解質と
を具備することを特徴とするものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
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。
【0013】
この非水電解質二次電池は、容器と、容器内に収納される正極と、容器内に収納される負極と、前記正極と前記負極の間に配置され、厚さが10〜22μmの範囲内で、かつ透気度が200(sec./100mL)以上、800(sec./100mL)未満の範囲内であるセパレータと、容器内に収納され、電池容量1mAh当り0.09mg〜0.16mgのシクロヘキシルベンゼンを含む非水電解質とを具備する。
【0014】
以下、正極、負極、セパレータ、非水電解質及び容器について説明する。
【0015】
1)正極
この正極は、正極活物質を含む。正極活物質としては、例えば、リチウム含有コバルト酸化物(例えば、LiCoO)を挙げることができる。
【0016】
この正極は、例えば、正極活物質、導電剤および結着剤を適当な溶媒に懸濁させ、得られた合剤スラリーを集電体である基板の片面もしくは両面に塗布し、乾燥して薄板状にしたものを所望する大きさに裁断することにより作製される。あるいは、正極活物質を導電剤および結着剤と共にペレット状に成形したものを正極としたり、正極活物質、導電剤および結着剤を混練したものをシート化し、それを集電体に貼着して正極を得ても良い。
【0017】
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、天然黒鉛、人造黒鉛などのカーボン材、金属粉、導電性酸化物等を挙げることができる。
【0018】
前記結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ化ビニリデン−6フッ化プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−6フッ化プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−フッ化ビニリデン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル(PFA)−フッ化ビニリデン三元共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン(FEP)−フッ化ビニリデン三元共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン−フッ化ビニリデン三元共重合体、クロロトリフルオロエチレン−フッ化ビニリデン共重合体、クロロトリフルオロエチレン−エチレン−フッ化ビニリデン三元共重合体、フッ化ビニル−フッ化ビニリデン共重合体、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。
【0019】
前記集電体としては、例えばアルミニウム箔、ステンレス箔、チタン箔等を用いることができるが、引っ張り強度、電気化学的な安定性および捲回時の柔軟性等を考慮するとアルミニウム箔が最も好ましい。この時の箔の厚さとしては、8μm以上30μm以下であることが好ましい。
【0020】
前記正極活物質は、電極作製時における基板との密着性、電気化学特性を考慮し、平均粒径D50が2〜20μmの範囲であることが好ましい。また、前記正極活物質の比表面積は、正極の活物質充填密度および充放電効率を向上させ、かつ非水電解質の分解反応を抑制する観点から0.5〜2m2/gであることが好ましい。
【0021】
2)負極
負極は負極活物質を含む。この負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵、放出する化合物を挙げることができる。
【0022】
前記リチウムイオンを吸蔵、放出する化合物としては、例えば、リチウムをドープすることが可能なポリアセタール、ポリアセチレン、ポリピロール等の導電性高分子、リチウムイオンをドープすることが可能な有機物焼結体からなる炭素材、リチウム金属酸化物等を挙げることができる。
【0023】
前記炭素材には、様々な種類のものを使用することができる。例えば、黒鉛系炭素、黒鉛結晶部と非晶部が混在したような炭素、結晶層の積層に規則性のない乱層構造をとる炭素材等を挙げることができる。
【0024】
前記炭素材を含む負極は、具体的に次のような方法により作製される。前記炭素材および結着剤を適当な溶媒に懸濁させ、この合剤スラリーを集電体の片面もしくは両面に塗布し、乾燥して薄板状にしたものを、所望する大きさに裁断することにより負極を得る。あるいは、炭素材を結着剤とともに成形したペレットを負極として用いたり、炭素材及び結着剤を混練し、シート化したものを集電体に貼着することにより負極を得ても良い。
【0025】
前記結着剤としては、前述した正極で説明したものと同様なものを挙げることができる。
【0026】
前記集電体としては、例えば銅箔、ニッケル箔等を用いることができるが、銅箔がもっとも好ましい。箔からなる集電体は、引っ張り強度及び電気化学的な安定性を向上することができるばかりか、捲回時の柔軟性を高くすることができる。前記集電体の厚さは、8μm以上、20μm以下であることが好ましい。
【0027】
3)セパレータ
このセパレータは、厚さが10〜22μmの範囲内で、かつ透気度が200(sec./100mL)以上、800(sec./100mL)未満の範囲内である多孔質シートから形成される。
【0028】
多孔質シートとしては、例えば、多孔質フィルム、もしくは不織布を用いることができる。前記多孔質シートは、例えば、ポリオレフィン及びセルロースから選ばれる少なくとも1種類の材料から形成されていることが好ましい。前記ポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンを挙げることができる。中でも、ポリエチレンか、あるいはポリプロピレン、または両者からなる多孔質フィルムは、二次電池の安全性を向上できるため、好ましい。
【0029】
セパレータの透気度を前記範囲に規定するのは以下に説明する理由によるものである。透気度を200(sec./100mL)未満にすると、過充電時にセパレータが溶融により破膜して短絡に至りやすいため、過充電時の発火発生率が高くなる。一方、透気度を800(sec./100mL)以上にすると、セパレータのリチウムイオン透過性が低下するため、低温放電特性が低下する。また、過充電時、セパレータへのCHB析出反応が生じないため、過充電時に異常高温に至り、破裂や発火を招く恐れがある。透気度のより好ましい範囲は250〜750(sec./100mL)であるが、電極群作製時のセパレータの切断を防止し、かつ十分な充放電サイクル特性を得るために透気度は300〜750(sec./100mL)の範囲内にすることがさらに好ましい。
【0030】
セパレータの透気度は、100cm3の空気がセパレータを透過するのに要した時間(秒)を意味し、JIS(日本工業規格)P8117に規定する方法により測定することができる。
【0031】
セパレータの厚さを前記範囲に規定するのは以下に説明する理由によるものである。厚さを10μm未満にすると、過充電時にセパレータが溶融した際に破膜しやすくなる。一方、厚さが22μmを超えると、セパレータのリチウムイオン透過性が低下するため、低温放電特性が低下する。厚さのより好ましい範囲は、14〜20μmである。
【0032】
4)非水電解質
この非水電解質は、シクロヘキシルベンゼン(CHB)を含む非水溶媒と、この非水溶媒に溶解される電解質とを含むものである。また、CHB量は、電池容量1mAh当り0.09mg〜0.16mgの範囲内である。
【0033】
非水電解質には、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。液状非水電解質は、例えば、非水溶媒にリチウム塩を溶解させることにより調製される。一方、ゲル状非水電解質は、液状非水電解質と高分子材料とを複合化したものを含む。高分子材料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリアクリレート(PMMA)及びポリビニリデンフルオライドヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)から選ばれる少なくとも1種類を用いることができる。
【0034】
電池容量1mAh当りのCHB量を0.09mg未満にすると、過充電時にセパレータにCHBが析出して生じるマイクロショートの発生率が低下するため、過充電時に異常高温に至り、破裂や発火を生じる可能性がある。一方、電池容量1mAh当りのCHB含有量が0.16mgを超えると、非水電解質のイオン伝導度が低下するため、低温放電特性が低下する。CHB含有量のより好ましい範囲は、電池容量1mAh当り0.09〜0.13mgである。
【0035】
CHBの量をB(mg)にし、かつ電池容量をA(mAh)にした際に下記(1)式を満足することが望ましい。
【0036】
A/20<B<A/5 (1)
CHB量(B)を(A/20)mgより少なくすると、過充電時に破裂や発火を生じる恐れがある。一方、CHB量(B)が(A/5)mgを超えると、低温放電特性のみならず、室温での放電特性や充放電サイクル寿命が低下する恐れがある。
【0037】
非水溶媒には、CHB以外の他の溶媒(以下、第2の溶媒と称す)を含有させることができる。第2の溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、ジエトキシエタン(DEE)、γ−ブチロラクトン(γ−BL)、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン(2−MeTHF)、1,3−ジオキソラン、1,3−ジメトキシプロパン、ビニレンカーボネート(VC)等を挙げることができる。第2の溶媒には、前述した種類の中から選ばれる1種または2種以上の混合溶媒を使用することができる。
【0038】
前記リチウム塩(電解質)としては、例えば、過塩素酸リチウム(LiClO4 )、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6 )、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、四塩化アルミニウムリチウム(LiAlCl4)などを挙げることができる。前記リチウム塩には、前述した種類の中から選ばれる1種または2種以上を用いることができる。中でも、ホウフッ化リチウム(LiBF4)は、初充電時におけるガス発生を抑制できるため、好ましい。
【0039】
前記リチウム塩の前記非水溶媒に対する溶解量は、1〜3モル/Lにすることが好ましい。より好ましくは2〜2.5モル/Lの範囲である。
【0040】
5)容器
容器の形状は、例えば、有底円筒形、有底角筒形、袋状、カップ状等にすることができる。
【0041】
前記容器は、例えば、樹脂、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。
【0042】
前記樹脂としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンのようなポリオレフィンなどを挙げることができる。
【0043】
前記シートに含まれる樹脂層は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等から形成することができる。前記シートとしては、金属層と、前記金属層の両面に配置された保護層とが一体化されたシートを用いることが望ましい。前記金属層は、水分を遮断する役割をなす。前記金属層は、例えば、アルミニウム、ステンレス、鉄、銅、ニッケル等を挙げることができる。中でも、軽量で、水分を遮断する機能が高いアルミニウムが好ましい。前記金属層は、1種類の金属から形成しても良いが、2種類以上の金属層を一体化させたものから形成しても良い。前記2つの保護層のうち、外部と接する保護層は前記金属層の損傷を防止する役割をなす。この外部保護層は、1種類の樹脂層、もしくは2種類以上の樹脂層から形成される。一方、内部保護層は、前記金属層が非水電解液により腐食されるのを防止する役割を担う。この内部保護層は、1種類の樹脂層、もしくは2種類以上の樹脂層から形成される。また、かかる内部保護層の表面に熱可塑性樹脂を配することができる。
【0044】
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。
【0045】
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を図1及び図2を参照して詳細に説明する。
【0046】
図1に示すように、容器1内には、電極群2が収納されている。前記電極群2は、正極、セパレータおよび負極からなる積層物が偏平形状に捲回された構造を有する。前記積層物は、図2に示すように、(図の下側から)セパレータ3、正極層4と正極集電体5と正極層4を備えた正極6、セパレータ3、負極層7と負極集電体8と負極層7を備えた負極9、セパレータ3、正極層4と正極集電体5と正極層4を備えた正極6、セパレータ3、負極層7と負極集電体8を備えた負極9がこの順番に積層されたものからなる。前記電極群2は、最外層に前記負極集電体8が位置している。帯状の正極リード10は、一端が前記電極群2の前記正極集電体5に接続され、かつ他端が前記容器1から延出されている。一方、帯状の負極リード11は、一端が前記電極群2の前記負極集電体8に接続され、かつ他端が前記容器1から延出されている。
【0047】
なお、前述した図1、図2においては、正極と負極がセパレータを介在させて扁平形状に捲回された電極群を用いたが、正極と負極をセパレータを介して折り畳むことにより得られる電極群や、正極と負極をセパレータを介在させて積層した電極群などを使用しても良い。
【0048】
以上説明したように本発明に係る非水電解質二次電池は、厚さが10〜22μmの範囲内で、かつ透気度が200(sec./100mL)以上、800(sec./100mL)未満の範囲内であるセパレータと、電池容量1mAh当り0.09mg〜0.16mgのシクロヘキシルベンゼン(CHB)を含む非水電解質とを備えているため、過充電時、CHBの分解反応により生成した分解生成物がセパレータに析出しやすく、この析出物により正極と負極の間にマイクロショート(僅かな電圧降下を伴う短絡)を生じさせることができる。セパレータへのCHBの析出やマイクロショートの発生により過充電電流が消費され、消費された分、過充電電流によるジュール熱の発生を抑えることができるため、電池温度の急激な上昇を抑制することができ、セパレータの溶融による破膜、つまり内部短絡を防止することができる。その結果、正極の熱暴走反応を回避することができるため、過充電時の破裂及び発火を防止することができる。
【0049】
【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。
【0050】
(実施例1)
<正極の作製>
LiCoO2粉末を100重量部にアセチレンブラック5重量部を添加し、これらをボールミルで1時間混合した後、ポリフッ化ビニリデンが4重量%溶解されたN−メチル−2−ピロリドン溶液を加え、さらに混合することにより合剤スラリーを調製した。この合剤スラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔に塗布し、乾燥した後、加熱ロールプレスすることにより、正極を得た。
【0051】
<負極の作製>
メソフェーズピッチ系炭素繊維をアルゴンガス雰囲気下で3000℃にて黒鉛化し、さらに2400℃の塩素ガス雰囲気下で熱処理して黒鉛化炭素粉末を合成した。続いて、前記黒鉛化炭素粉末100重量部と、セルロース繊維粉末1重量部と、ポリフッ化ビニリデン5重量%が溶解されているN−メチル−2−ピロリドン溶液とを混合することにより、合剤スラリーを調製した。この合剤スラリーを厚さ12μmの銅箔に塗布し、乾燥した後、加熱ロールプレスすることにより、負極を得た。
【0052】
<セパレータ>
厚さが20μmで、透気度が250(sec./100mL)のポリプロピレン製微多孔フィルムをセパレータとして用意した。
【0053】
<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)を体積比率(EC:MEC)が1:1になるように混合して非水溶媒を調製した。得られた非水溶媒に六フッ化リン酸リチウム(LiPF )をその濃度が1モル/Lになるように溶解させて、非水電解液を調製した。
【0054】
<電池の組み立て>
あらかじめ正極の集電タブとして厚さ100μm、長さ70mmのアルミニウムリボンが所定の位置に超音波溶接され、かつ短絡防止のためのポリイミド製保護テープが溶接部位に貼付された前記正極、セパレータ、およびあらかじめ負極の集電タブとして厚さ100μm、長さ70mmの銅リボンが所定の位置に超音波溶接され、かつ短絡防止のためのポリイミド製保護テープが溶接部位に貼付された前記負極をそれぞれこの順序で積層した後、扁平状に捲回し、30秒間プレスして電極群を作製した。
【0055】
アルミニウム箔の両面をポリエチレンで覆った厚さ100μmのラミネートフィルムを、プレス機により矩形のカップ状に成形し、得られた容器内に電極群と非水電解液と下記表1に示す添加量のシクロヘキシルベンゼン(CHB)とを収納し、前述した図1、図2に示す構造を有する理論容量が1000mAh(電池容量Aが1000mAh)の薄型非水電解質二次電池を組み立てた。注液工程から密封工程までは、Ar雰囲気下で露点−80℃以下に制御されたグローブボックス内にて行った。
【0056】
(実施例2〜14及び比較例1〜10)
電池の理論容量、CHB添加量及びセパレータの透気度を下記表1に示すように設定すること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様な構成の薄型非水電解質二次電池を組み立てた。
【0057】
得られた二次電池について以下に説明する過充電試験と低温放電特性評価を行ない、その結果を下記表1に示す。
【0058】
<過充電試験>
1CmA、6Vで定電流定電圧充電を行い、その際の最高温度を測定すると共に、電圧と電流の変化から短絡の有無を測定し、これらの結果を下記表1に示す。表1において「セパレータ破膜」はセパレータの溶融により正極と負極が直に接触して電圧が0Vに降下したことを示す。また、過充電試験中に微小な電圧降下が観察されたものをマイクロショートが生じたと判定し、電圧降下が全く見られなかったものを「短絡なし」と判定した。
【0059】
<低温放電特性>
1Cの電流で4.2Vの定電流・定電圧充電を3時間行った後、−20℃で1時間放置し、次いで−20℃の低温環境下で放電レート0.5C、放電終止電圧3.0Vの条件で放電させた場合の放電容量を測定した。得られた低温放電容量を、室温において同条件で放電した場合の放電容量を100%として表し、その結果を−20℃放電容量維持率として下記表1に示す。
【0060】
【表1】

Figure 0004834284
【0061】
表1から明らかなように、CHB量が0.09〜0.16(mg/mAh)で、かつセパレータ透気度が200(sec./100mL)以上、800(sec./100mL)未満である実施例1〜14の二次電池は、過充電時の最高温度が130℃より低く、かつ低温放電特性に優れていることが理解できる。過充電時の急激な温度上昇が抑えられたのは、CHBのセパレータへの析出反応が生じたためであると推測される。この際、CHB量が0.1(mg/mAh)以上で、かつセパレータの透気度が450(sec./100mL)未満であると、マイクロショートの発生率が高くなるため、温度上昇抑制の効果がより高くなる。
【0062】
これに対し、CHB量が0.09(mg/mAh)未満の比較例1〜3の二次電池は、過充電時の最高温度が150℃を超え、セパレータの透気度が800(sec./100mL)未満の比較例1,2に至ってはセパレータが溶融により破膜した。セパレータの透気度が800(sec./100mL)である比較例4〜8の二次電池では、CHB量が0.09〜0.16(mg/mAh)であっても、過充電時の最高温度が150℃を超えるか、あるいは低温放電特性が低くなった。このことから、セパレータの透気度が800(sec./100mL)以上であると、CHB量が0.09〜0.16(mg/mAh)であってもCHBのセパレータへの析出及びCHB析出によるマイクロショートが起きないために過充電時に急激な温度上昇が生じることと、過充電時の温度上昇を抑えるためにCHB添加量を多くすると、CHB量が0.09〜0.16(mg/mAh)であっても低温放電特性が低下することが理解できる。
【0063】
一方、CHB量が0.16(mg/mAh)より多い比較例9〜10の二次電池は、過充電時の最高温度が130℃より低いが、低温放電特性が劣っていた。
【0064】
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。
【0065】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、低温放電特性に優れ、かつ過充電時の急激な温度上昇が抑制された非水電解質二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係わ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断面図。
【図2】 図2は図1のA部を示す拡大断面図。
【符号の説明】
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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the diversification, miniaturization, and weight reduction of various portable electrical and electronic devices, there is a demand for diversification, miniaturization, and weight reduction for secondary batteries used as driving sources. It is getting stronger.
[0003]
As such a secondary battery, research and development of a non-aqueous solvent secondary battery using an organic electrolyte has been actively conducted recently, and some of them have already been put into practical use. This non-aqueous solvent secondary battery generally has an advantage that it has a high energy density, less self-discharge during storage and storage, and can take out current even in a wide range of environmental temperature of -20 to 60 ° C. I have.
[0004]
As the positive electrode active material of this non-aqueous solvent secondary battery, a material that allows Li + to reversibly enter and exit directly in its crystal structure, such as V 2 O 5 and Mn oxide, or LiMn 2 O 4 In addition, a material having a spinel crystal structure in which a Li source involved in charge / discharge is coordinated as Li + is used. Non-aqueous electrolytes include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), γ-butyrolactone (γ-BL), 1,2-diethoxyethane (DEE), 1,2 An electrolyte (LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiPF 6 and LiN (CF 3 SO 2 ) in one or more non-aqueous solvents selected from the group consisting of dimethoxyethane (DME) and diethyl carbonate (DEC) In which at least one kind selected from the group consisting of 2 ) is dissolved is used.
[0005]
Among such non-aqueous solvent secondary batteries, a secondary battery using LiCoO 2 as a positive electrode active material has a high electromotive force of about 4 V and a theoretical energy density of about 1 kWh / kg per positive electrode active material. . This secondary battery has already been put into practical use as a power source for mobile devices such as mobile phones that are becoming smaller and lighter.
[0006]
However, lithium-containing cobalt oxides such as LiCoO 2 are inferior in thermal stability, and there is a risk that the battery will abnormally generate heat when overcharged, resulting in ignition.
[0007]
JP 2002-203594 A (Patent Document 1) and the like have proposed the addition of cyclohexylbenzene to a non-aqueous electrolyte in order to enhance safety during overcharge. In Patent Document 1, a non-aqueous electrolyte containing 0.001 to 5% by weight of a disulfide derivative and 0.1 to 5% by weight of cyclohexylbenzene is used for a lithium secondary battery, whereby cyclohexyl during overcharging is used. It is described that a decomposition coating is formed by a decomposition reaction of benzene to improve safety during overcharge.
[0008]
However, since the decomposition reaction of cyclohexylbenzene is an exothermic reaction, according to the lithium secondary battery described in Patent Document 1, the battery temperature rapidly rises due to the heat generation of cyclohexylbenzene and the Joule heat due to overcharge current. However, there is a problem that the film breaks due to melting, the positive electrode and the negative electrode are short-circuited, and thermal runaway occurs.
[0009]
[Patent Document 1]
JP 2002-203594 A (claims, paragraphs [0016] to [0018])
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
An object of this invention is to provide the nonaqueous electrolyte secondary battery which can suppress the rapid temperature rise at the time of overcharge, without impairing a low-temperature discharge characteristic.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes a positive electrode,
A negative electrode,
A separator disposed between the positive electrode and the negative electrode and having a thickness in the range of 10 to 22 μm and an air permeability in the range of 200 (sec./100 mL) to less than 800 (sec./100 mL) When,
0.09 mg to 0.16 mg of cyclohexylbenzene per 1 mAh of battery capacity, propylene carbonate, ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, diethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 2 A non-aqueous solvent comprising at least one solvent selected from the group consisting of methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 1,3-dimethoxypropane and vinylene carbonate {amine aromatic, sulfide aromatic, R- Represented by SLi (R is a substituent containing an aromatic group such as an allyl group), excluding those containing any of aromatic, phosphite aromatic and quinone aromatic}, and dissolved in the non-aqueous solvent. A non-aqueous electrolyte consisting of It is characterized in that Bei.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention will be described.
[0013]
The nonaqueous electrolyte secondary battery is disposed between a container, a positive electrode housed in the container, a negative electrode housed in the container, the positive electrode and the negative electrode, and has a thickness of 10 to 22 μm. And a separator whose air permeability is in the range of 200 (sec./100 mL) or more and less than 800 (sec./100 mL) and 0.09 mg to 0.16 mg per 1 mAh of battery capacity that is housed in the container. And a non-aqueous electrolyte containing cyclohexylbenzene.
[0014]
Hereinafter, the positive electrode, the negative electrode, the separator, the nonaqueous electrolyte, and the container will be described.
[0015]
1) Positive electrode The positive electrode contains a positive electrode active material. Examples of the positive electrode active material include lithium-containing cobalt oxide (for example, LiCoO 2 ).
[0016]
In this positive electrode, for example, a positive electrode active material, a conductive agent and a binder are suspended in a suitable solvent, and the resulting mixture slurry is applied to one or both sides of a current collector substrate, dried, and thinned. It is produced by cutting the shape into a desired size. Alternatively, a positive electrode active material formed into a pellet shape together with a conductive agent and a binder is used as a positive electrode, or a kneaded mixture of a positive electrode active material, a conductive agent and a binder is formed into a sheet, which is attached to a current collector. Thus, a positive electrode may be obtained.
[0017]
Examples of the conductive agent include carbon materials such as acetylene black, carbon black, natural graphite, and artificial graphite, metal powder, and conductive oxide.
[0018]
Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVdF), vinylidene fluoride-6-propylene fluoride copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-6-fluoropropylene copolymer, and vinylidene fluoride-pentafluoro. Propylene copolymer, tetrafluoroethylene-vinylidene fluoride copolymer, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether (PFA) -vinylidene fluoride terpolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene (FEP) -fluorination Vinylidene terpolymer, tetrafluoroethylene-ethylene-vinylidene fluoride terpolymer, chlorotrifluoroethylene-vinylidene fluoride copolymer, chlorotrifluoroethylene-ethylene-vinylidene fluoride terpolymer, Vinyl fluoride - vinylidene fluoride copolymer, an ethylene - propylene - diene copolymer (EPDM), styrene - can be used butadiene rubber (SBR) and the like.
[0019]
As the current collector, for example, aluminum foil, stainless steel foil, titanium foil or the like can be used, but aluminum foil is most preferable in consideration of tensile strength, electrochemical stability, flexibility during winding, and the like. The thickness of the foil at this time is preferably 8 μm or more and 30 μm or less.
[0020]
The positive electrode active material preferably has an average particle diameter D50 in the range of 2 to 20 μm in consideration of adhesion to the substrate and electrochemical characteristics during electrode production. The specific surface area of the positive electrode active material is preferably 0.5 to 2 m 2 / g from the viewpoint of improving the active material packing density and charge / discharge efficiency of the positive electrode and suppressing the decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte. .
[0021]
2) Negative electrode A negative electrode contains a negative electrode active material. Examples of the negative electrode active material include compounds that occlude and release lithium ions.
[0022]
Examples of the compound that occludes and releases lithium ions include, for example, a conductive polymer such as polyacetal, polyacetylene, and polypyrrole that can be doped with lithium, and an organic material sintered body that can be doped with lithium ions. Examples thereof include materials and lithium metal oxides.
[0023]
Various types of carbon materials can be used. Examples thereof include graphite-based carbon, carbon in which a graphite crystal part and an amorphous part are mixed, and a carbon material having a disordered layer structure with no regularity in a crystal layer stack.
[0024]
The negative electrode containing the carbon material is specifically produced by the following method. The carbon material and the binder are suspended in a suitable solvent, the mixture slurry is applied to one or both sides of a current collector, and dried to form a thin plate, which is cut into a desired size. To obtain a negative electrode. Or you may use the pellet which shape | molded the carbon material with the binder as a negative electrode, or knead | mix a carbon material and a binder, and you may obtain a negative electrode by sticking it to a collector.
[0025]
Examples of the binder include the same ones as described for the positive electrode.
[0026]
As the current collector, for example, copper foil, nickel foil or the like can be used, but copper foil is most preferable. The current collector made of foil can not only improve the tensile strength and electrochemical stability, but also can increase the flexibility during winding. The thickness of the current collector is preferably 8 μm or more and 20 μm or less.
[0027]
3) Separator This separator is formed from a porous sheet having a thickness in the range of 10 to 22 μm and an air permeability in the range of 200 (sec./100 mL) to less than 800 (sec./100 mL). Is done.
[0028]
For example, a porous film or a non-woven fabric can be used as the porous sheet. The porous sheet is preferably formed of at least one material selected from, for example, polyolefin and cellulose. Examples of the polyolefin include polyethylene and polypropylene. Among these, a porous film made of polyethylene, polypropylene, or both is preferable because it can improve the safety of the secondary battery.
[0029]
The reason why the air permeability of the separator is defined in the above range is for the reason described below. If the air permeability is less than 200 (sec./100 mL), the separator is likely to break due to melting during overcharging, and a short circuit is likely to occur, so the firing rate during overcharging increases. On the other hand, when the air permeability is set to 800 (sec./100 mL) or more, the lithium ion permeability of the separator is lowered, so that the low-temperature discharge characteristics are lowered. Moreover, since the CHB deposition reaction on the separator does not occur during overcharge, there is a risk that the battery will reach an abnormally high temperature during overcharge, resulting in explosion or fire. A more preferable range of the air permeability is 250 to 750 (sec./100 mL). However, in order to prevent the separator from being cut at the time of producing the electrode group and to obtain sufficient charge / discharge cycle characteristics, the air permeability is 300 to More preferably, it is within the range of 750 (sec./100 mL).
[0030]
The air permeability of the separator means the time (seconds) required for 100 cm 3 of air to pass through the separator, and can be measured by a method defined in JIS (Japanese Industrial Standard) P8117.
[0031]
The reason why the thickness of the separator is defined within the above range is for the reason described below. When the thickness is less than 10 μm, the film is easily broken when the separator is melted during overcharge. On the other hand, when the thickness exceeds 22 μm, the lithium ion permeability of the separator is lowered, so that the low-temperature discharge characteristics are lowered. A more preferable range of the thickness is 14 to 20 μm.
[0032]
4) Nonaqueous electrolyte This nonaqueous electrolyte includes a nonaqueous solvent containing cyclohexylbenzene (CHB) and an electrolyte dissolved in the nonaqueous solvent. The CHB amount is in the range of 0.09 mg to 0.16 mg per 1 mAh of battery capacity.
[0033]
A non-aqueous electrolyte having a liquid or gel form can be used. The liquid nonaqueous electrolyte is prepared, for example, by dissolving a lithium salt in a nonaqueous solvent. On the other hand, the gel-like nonaqueous electrolyte includes a composite of a liquid nonaqueous electrolyte and a polymer material. Examples of the polymer material include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polyethylene oxide (PEO), polyvinyl chloride (PVC), polyacrylate (PMMA), and polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene (PVdF- At least one selected from HFP) can be used.
[0034]
If the amount of CHB per 1 mAh of battery capacity is less than 0.09 mg, the incidence of micro shorts caused by CHB depositing on the separator during overcharge decreases, leading to abnormally high temperatures during overcharge, which may cause rupture or ignition There is sex. On the other hand, when the CHB content per 1 mAh of battery capacity exceeds 0.16 mg, the ionic conductivity of the nonaqueous electrolyte is lowered, so that the low temperature discharge characteristics are lowered. A more preferable range of the CHB content is 0.09 to 0.13 mg per 1 mAh of battery capacity.
[0035]
It is desirable to satisfy the following formula (1) when the amount of CHB is B (mg) and the battery capacity is A (mAh).
[0036]
A / 20 <B <A / 5 (1)
If the amount of CHB (B) is less than (A / 20) mg, there is a risk of rupture or ignition during overcharge. On the other hand, when the amount of CHB (B) exceeds (A / 5) mg, not only low temperature discharge characteristics but also discharge characteristics at room temperature and charge / discharge cycle life may be reduced.
[0037]
The non-aqueous solvent can contain a solvent other than CHB (hereinafter referred to as the second solvent). Examples of the second solvent include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), 1,2-dimethoxyethane (DME), Diethoxyethane (DEE), γ-butyrolactone (γ-BL), tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran (2-MeTHF), 1,3-dioxolane, 1,3-dimethoxypropane, vinylene carbonate (VC), etc. Can be mentioned. As the second solvent, one or two or more mixed solvents selected from the types described above can be used.
[0038]
Examples of the lithium salt (electrolyte) include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroarsenide (LiAsF 6 ), and lithium hexafluorophosphate (LiPF 6). ), Lithium trifluorometasulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium aluminum tetrachloride (LiAlCl 4 ), and the like. As the lithium salt, one type or two or more types selected from the types described above can be used. Among these, lithium borofluoride (LiBF 4 ) is preferable because it can suppress gas generation during the initial charge.
[0039]
The amount of the lithium salt dissolved in the non-aqueous solvent is preferably 1 to 3 mol / L. More preferably, it is the range of 2-2.5 mol / L.
[0040]
5) The shape of the container can be, for example, a bottomed cylindrical shape, a bottomed rectangular tube shape, a bag shape, a cup shape, or the like.
[0041]
The container can be formed of, for example, a resin, a sheet including a resin layer, a metal plate, a metal film, or the like.
[0042]
Examples of the resin include polyolefins such as polyethylene and polypropylene.
[0043]
The resin layer included in the sheet can be formed from, for example, polyethylene, polypropylene, or the like. As the sheet, it is desirable to use a sheet in which a metal layer and protective layers disposed on both sides of the metal layer are integrated. The metal layer serves to block moisture. Examples of the metal layer include aluminum, stainless steel, iron, copper, and nickel. Among these, aluminum that is lightweight and has a high function of blocking moisture is preferable. The metal layer may be formed from one type of metal, but may be formed from a combination of two or more types of metal layers. Of the two protective layers, the protective layer in contact with the outside serves to prevent damage to the metal layer. This external protective layer is formed of one type of resin layer or two or more types of resin layers. On the other hand, the internal protective layer plays a role of preventing the metal layer from being corroded by the non-aqueous electrolyte. This internal protective layer is formed of one type of resin layer or two or more types of resin layers. In addition, a thermoplastic resin can be disposed on the surface of the internal protective layer.
[0044]
The metal plate and the metal film can be formed of, for example, iron, stainless steel, or aluminum.
[0045]
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. Of these, a thin lithium ion secondary battery will be described in detail with reference to FIGS.
[0046]
As shown in FIG. 1, an electrode group 2 is accommodated in the container 1. The electrode group 2 has a structure in which a laminate composed of a positive electrode, a separator, and a negative electrode is wound into a flat shape. As shown in FIG. 2, the laminate includes a separator 3, a positive electrode layer 4, a positive electrode current collector 5, a positive electrode 6 including a positive electrode layer 4, a separator 3, a negative electrode layer 7, and a negative electrode collector. A negative electrode 9 including a current collector 8 and a negative electrode layer 7, a separator 3, a positive electrode layer 4, a positive electrode current collector 5, a positive electrode 6 including a positive electrode layer 4, a separator 3, a negative electrode layer 7, and a negative electrode current collector 8 are provided. The negative electrode 9 is formed by laminating in this order. In the electrode group 2, the negative electrode current collector 8 is located in the outermost layer. One end of the strip-like positive electrode lead 10 is connected to the positive electrode current collector 5 of the electrode group 2 and the other end is extended from the container 1. On the other hand, one end of the strip-shaped negative electrode lead 11 is connected to the negative electrode current collector 8 of the electrode group 2 and the other end is extended from the container 1.
[0047]
In FIGS. 1 and 2, the electrode group in which the positive electrode and the negative electrode are wound in a flat shape with a separator interposed therebetween is used. However, the electrode group obtained by folding the positive electrode and the negative electrode through the separator. Alternatively, an electrode group in which a positive electrode and a negative electrode are stacked with a separator interposed therebetween may be used.
[0048]
As described above, the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has a thickness in the range of 10 to 22 μm and an air permeability of 200 (sec./100 mL) or more and less than 800 (sec./100 mL). And a non-aqueous electrolyte containing 0.09 mg to 0.16 mg of cyclohexylbenzene (CHB) per 1 mAh of battery capacity, so that the decomposition product generated by the decomposition reaction of CHB during overcharge Things are likely to deposit on the separator, and this deposit can cause a micro short (short circuit with a slight voltage drop) between the positive electrode and the negative electrode. Overcharge current is consumed due to the deposition of CHB on the separator and the occurrence of micro-shorts, and the generation of Joule heat due to overcharge current can be suppressed by the amount consumed, thereby suppressing a rapid rise in battery temperature. It is possible to prevent film breakage due to melting of the separator, that is, internal short circuit. As a result, since the thermal runaway reaction of the positive electrode can be avoided, rupture and ignition during overcharge can be prevented.
[0049]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0050]
Example 1
<Preparation of positive electrode>
After adding 5 parts by weight of acetylene black to 100 parts by weight of LiCoO 2 powder and mixing them with a ball mill for 1 hour, an N-methyl-2-pyrrolidone solution in which 4% by weight of polyvinylidene fluoride was dissolved was added and further mixed. Thus, a mixture slurry was prepared. The mixture slurry was applied to an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and then heated and pressed to obtain a positive electrode.
[0051]
<Production of negative electrode>
The mesophase pitch-based carbon fiber was graphitized at 3000 ° C. in an argon gas atmosphere, and further heat treated in a chlorine gas atmosphere at 2400 ° C. to synthesize graphitized carbon powder. Subsequently, a mixture slurry was prepared by mixing 100 parts by weight of the graphitized carbon powder, 1 part by weight of cellulose fiber powder, and an N-methyl-2-pyrrolidone solution in which 5% by weight of polyvinylidene fluoride was dissolved. Was prepared. This mixture slurry was applied to a copper foil having a thickness of 12 μm, dried, and then heated and pressed to obtain a negative electrode.
[0052]
<Separator>
A polypropylene microporous film having a thickness of 20 μm and an air permeability of 250 (sec./100 mL) was prepared as a separator.
[0053]
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
A non-aqueous solvent was prepared by mixing ethylene carbonate (EC) and methyl ethyl carbonate (MEC) so that the volume ratio (EC: MEC) was 1: 1. Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6) was added to the obtained non-aqueous solvent. ) Was dissolved so as to have a concentration of 1 mol / L to prepare a non-aqueous electrolyte.
[0054]
<Battery assembly>
The positive electrode, separator, and the like, in which an aluminum ribbon having a thickness of 100 μm and a length of 70 mm is ultrasonically welded to a predetermined position in advance as a current collecting tab of the positive electrode, and a polyimide protective tape for preventing a short circuit is attached to the welding site; The negative electrodes 100 μm thick and 70 mm long copper ribbons were ultrasonically welded to predetermined positions in advance, and the negative electrodes on which polyimide protective tapes for preventing short circuits were attached to the welded portions were arranged in this order. After being laminated, the substrate was wound into a flat shape and pressed for 30 seconds to produce an electrode group.
[0055]
A laminate film having a thickness of 100 μm, in which both surfaces of an aluminum foil are covered with polyethylene, is formed into a rectangular cup shape by a press, and an electrode group, a non-aqueous electrolyte, and the addition amount shown in Table 1 below are placed in the obtained container. A thin non-aqueous electrolyte secondary battery containing cyclohexylbenzene (CHB) and having the theoretical capacity of 1000 mAh (battery capacity A of 1000 mAh) having the structure shown in FIGS. 1 and 2 was assembled. The liquid injection process to the sealing process were performed in a glove box controlled to a dew point of −80 ° C. or lower in an Ar atmosphere.
[0056]
(Examples 2-14 and Comparative Examples 1-10)
A thin nonaqueous electrolyte secondary battery having the same configuration as described in Example 1 except that the theoretical capacity of the battery, the CHB addition amount, and the air permeability of the separator are set as shown in Table 1 below. Assembled.
[0057]
The obtained secondary battery was subjected to an overcharge test and a low-temperature discharge characteristic evaluation described below, and the results are shown in Table 1 below.
[0058]
<Overcharge test>
Constant current / constant voltage charging was performed at 1 CmA, 6 V, the maximum temperature at that time was measured, and the presence or absence of a short circuit was measured from changes in voltage and current. The results are shown in Table 1 below. In Table 1, “separator film breakage” indicates that the positive electrode and the negative electrode were in direct contact with each other due to melting of the separator, and the voltage dropped to 0V. In addition, when a minute voltage drop was observed during the overcharge test, it was determined that a micro short circuit occurred, and when no voltage drop was observed, it was determined that there was no short circuit.
[0059]
<Low-temperature discharge characteristics>
After a constant current / constant voltage charge of 4.2 V at a current of 1 C for 3 hours, the battery was left at -20 ° C. for 1 hour, and then at a low temperature environment of −20 ° C., a discharge rate of 0.5 C and a discharge end voltage of The discharge capacity when discharged under the condition of 0 V was measured. The obtained low-temperature discharge capacity is expressed as 100% of the discharge capacity when discharged under the same conditions at room temperature, and the result is shown in Table 1 below as the −20 ° C. discharge capacity retention rate.
[0060]
[Table 1]
Figure 0004834284
[0061]
As apparent from Table 1, the CHB amount is 0.09 to 0.16 (mg / mAh), and the separator air permeability is 200 (sec./100 mL) or more and less than 800 (sec./100 mL). It can be understood that the secondary batteries of Examples 1 to 14 have a maximum temperature during overcharge lower than 130 ° C. and excellent low temperature discharge characteristics. It is presumed that the rapid temperature rise during overcharging was suppressed because of the precipitation reaction of CHB on the separator. At this time, if the CHB amount is 0.1 (mg / mAh) or more and the air permeability of the separator is less than 450 (sec./100 mL), the occurrence rate of micro-shorts is increased, and thus the temperature rise is suppressed. The effect is higher.
[0062]
In contrast, in the secondary batteries of Comparative Examples 1 to 3 having a CHB amount of less than 0.09 (mg / mAh), the maximum temperature during overcharge exceeds 150 ° C., and the air permeability of the separator is 800 (sec. In Comparative Examples 1 and 2 less than / 100 mL), the separator was broken by melting. In the secondary batteries of Comparative Examples 4 to 8 where the air permeability of the separator is 800 (sec./100 mL), even when the CHB amount is 0.09 to 0.16 (mg / mAh), The maximum temperature exceeded 150 ° C. or the low temperature discharge characteristics were lowered. From this, when the air permeability of the separator is 800 (sec./100 mL) or more, even when the CHB amount is 0.09 to 0.16 (mg / mAh), CHB is deposited on the separator and CHB is deposited. In order to prevent a rapid short-circuit during overcharge due to the occurrence of a micro-short due to, and to increase the amount of CHB added to suppress the temperature increase during overcharge, the CHB amount is 0.09 to 0.16 (mg / It can be understood that the low-temperature discharge characteristics deteriorate even with mAh).
[0063]
On the other hand, the secondary batteries of Comparative Examples 9 to 10 having a CHB amount greater than 0.16 (mg / mAh) had a low temperature discharge characteristic although the maximum temperature during overcharging was lower than 130 ° C.
[0064]
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.
[0065]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a nonaqueous electrolyte secondary battery that is excellent in low-temperature discharge characteristics and in which a rapid temperature increase during overcharging is suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a thin nonaqueous electrolyte secondary battery which is an embodiment of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a portion A of FIG.
[Explanation of symbols]
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 (1)

正極と、
負極と、
前記正極と前記負極の間に配置され、厚さが10〜22μmの範囲内で、かつ透気度が200(sec./100mL)以上、800(sec./100mL)未満の範囲内であるセパレータと、
電池容量1mAh当り0.09mg〜0.16mgのシクロヘキシルベンゼンと、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、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、1,3−ジメトキシプロパン及びビニレンカーボネートよりなる群から選択される1種以上の溶媒とからなる非水溶媒{アミン系芳香族、スルフィド系芳香族、R−SLiで示される(Rはアリル基など芳香族を含む置換基)芳香族、ホスファイト系芳香族及びキノン系芳香族のいずれかを含有するものを除く}、及び、前記非水溶媒に溶解される電解質からなる非水電解質と
を具備することを特徴とする非水電解質二次電池。
A positive electrode;
A negative electrode,
A separator disposed between the positive electrode and the negative electrode and having a thickness in the range of 10 to 22 μm and an air permeability in the range of 200 (sec./100 mL) to less than 800 (sec./100 mL) When,
0.09 mg to 0.16 mg of cyclohexylbenzene per 1 mAh of battery capacity, propylene carbonate, ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, diethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 2 A non-aqueous solvent comprising at least one solvent selected from the group consisting of methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 1,3-dimethoxypropane and vinylene carbonate {amine aromatic, sulfide aromatic, R- Represented by SLi (R is a substituent containing an aromatic group such as an allyl group), excluding those containing any of aromatic, phosphite aromatic and quinone aromatic}, and dissolved in the non-aqueous solvent. A non-aqueous electrolyte consisting of Non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by Bei.
JP2003123738A 2003-04-28 2003-04-28 Nonaqueous electrolyte secondary battery Expired - Lifetime JP4834284B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003123738A JP4834284B2 (en) 2003-04-28 2003-04-28 Nonaqueous electrolyte secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003123738A JP4834284B2 (en) 2003-04-28 2003-04-28 Nonaqueous electrolyte secondary battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004327371A JP2004327371A (en) 2004-11-18
JP4834284B2 true JP4834284B2 (en) 2011-12-14

Family

ID=33501541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003123738A Expired - Lifetime JP4834284B2 (en) 2003-04-28 2003-04-28 Nonaqueous electrolyte secondary battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4834284B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100775310B1 (en) * 2004-12-22 2007-11-08 주식회사 엘지화학 Organic/inorganic composite microporous membrane and electrochemical device prepared thereby
KR101229193B1 (en) * 2005-01-20 2013-02-01 우베 고산 가부시키가이샤 Nonaqueous electrolyte solution and lithium secondary battery using same
JP2007172969A (en) * 2005-12-21 2007-07-05 Sony Corp Battery
JP5196534B2 (en) * 2007-12-17 2013-05-15 Necカシオモバイルコミュニケーションズ株式会社 Batteries and electronic devices
JP5234662B2 (en) * 2009-09-17 2013-07-10 日立マクセル株式会社 Battery separator and lithium secondary battery
JP5234817B2 (en) * 2009-09-17 2013-07-10 日立マクセル株式会社 Battery separator and lithium secondary battery

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004055253A (en) * 2002-07-18 2004-02-19 Hitachi Maxell Ltd Nonaqueous secondary battery and electronic device using the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004327371A (en) 2004-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5195499B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP4454950B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5510084B2 (en) Negative electrode for lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery, electric tool, electric vehicle and power storage system
US7695854B2 (en) Lithium secondary battery
JP5003117B2 (en) Batteries and battery units
US20080241684A1 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing the same
US20080254355A1 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5617265B2 (en) Negative electrode for lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery, electric tool, electric vehicle and power storage system
JP5109359B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
WO2008035707A1 (en) Electrode, method for manufacturing the electrode, and battery
JP2010123331A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5053044B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2007012559A (en) Battery
JP4713886B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2004265792A (en) Battery
CN111164817A (en) Lithium ion secondary battery
JP4834284B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2001273880A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
US20190348670A1 (en) Anode for secondary battery, secondary battery, battery pack, electric motor vehicle, power storage system, electric tool, and electronic device
JP2005347222A (en) Electrolyte liquid and battery
JP6597793B2 (en) Secondary battery, battery pack, electric vehicle, power storage system, electric tool and electronic device
JP2003100278A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2008305771A (en) Nonaqueous solution battery
JP4784133B2 (en) Secondary battery and battery
JP2002050402A (en) Nonaqueous electrolyte secondary cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060418

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20081225

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090825

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091026

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100831

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101129

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20110126

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110315

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110511

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110830

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110926

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4834284

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140930

Year of fee payment: 3

EXPY Cancellation because of completion of term