JP4893003B2 - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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JP4893003B2 JP2006028878A JP2006028878A JP4893003B2 JP 4893003 B2 JP4893003 B2 JP 4893003B2 JP 2006028878 A JP2006028878 A JP 2006028878A JP 2006028878 A JP2006028878 A JP 2006028878A JP 4893003 B2 JP4893003 B2 JP 4893003B2
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Description

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

民生用の携帯電話、ポータブル機器や携帯情報端末などの急速な小型軽量化・多様化に伴い、その電源である電池に対して、小型で軽量かつ高エネルギー密度で、さらに長期間繰り返し充放電が実現できる二次電池の開発が強く要求されている。なかでも、水溶液系電解液を使用する鉛電池やニッケルカドミウム電池と比較して、これらの欲求を満たす二次電池としてリチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池が最も有望であり、活発な研究が行われている。   Along with the rapid miniaturization and diversification of consumer mobile phones, portable devices and personal digital assistants, etc., the battery that is the power source is small, lightweight, high energy density, and repeatedly charged and discharged for a long time. There is a strong demand for the development of secondary batteries that can be realized. Among them, non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries are the most promising and active as secondary batteries that satisfy these needs compared to lead batteries and nickel cadmium batteries that use aqueous electrolytes. Research has been conducted.

非水電解質二次電池は、正極、負極及び非水電解質を備えるものであるが、正極活物質には、二硫化チタン、五酸化バナジウムおよび三酸化モリブデンをはじめとしてリチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物およびスピネル型マンガン酸化物等の一般式LiMO(ただし、Mは一種以上の遷移金属)で表される種々の化合物が検討されている。なかでも、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物およびスピネル型リチウムマンガン複合酸化物などは、4V(vs Li/Li)以上の極めて高い(貴な)電位での充放電が可能であるため、正極として用いることで高い放電電圧を有する電池を実現できる。 The nonaqueous electrolyte secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte. The positive electrode active material includes lithium disulfide, vanadium pentoxide and molybdenum trioxide, lithium cobalt composite oxide, lithium nickel. Various compounds represented by a general formula Li x MO 2 (wherein M is one or more transition metals) such as composite oxides and spinel-type manganese oxides have been studied. Among these, lithium cobalt composite oxide, lithium nickel composite oxide, spinel-type lithium manganese composite oxide, and the like can be charged and discharged at an extremely high (noble) potential of 4 V (vs Li / Li + ) or higher. Therefore, a battery having a high discharge voltage can be realized by using it as the positive electrode.

非水電解質二次電池の負極活物質には、金属リチウム、リチウム合金、リチウムの吸蔵・放出が可能な炭素材料などの種々のものが検討されているが、なかでも炭素材料を使用すると、充放電サイクル性能に優れた電池が得られ、かつ安全性が高いという利点がある。   Various materials such as metallic lithium, lithium alloys, and carbon materials capable of occluding and releasing lithium have been studied as negative electrode active materials for non-aqueous electrolyte secondary batteries. A battery having excellent discharge cycle performance is obtained, and there is an advantage that safety is high.

非水電解質二次電池の電解質には、一般にエチレンカーボネートやプロピレンカーボネートなどの高誘電率溶媒とジメチルカーボネートやジエチルカーボネートなどの低粘度溶媒との混合系溶媒にLiPFやLiBF等の支持塩を溶解させた電解液が使用されている。 For the electrolyte of a non-aqueous electrolyte secondary battery, a supporting salt such as LiPF 6 or LiBF 4 is generally mixed with a mixed solvent of a high dielectric constant solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate and a low viscosity solvent such as dimethyl carbonate or diethyl carbonate. A dissolved electrolyte is used.

高エネルギー密度が要求されるリチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池の充放電サイクル性能を向上させるために、正極材料、負極材料、非水電解質の開発が進められており、特に非水電解質に少量の添加剤を添加する方法が近年盛んに研究されている。例えば特許文献1には、ホスフェート添加剤を用いて負極の初期不可逆容量を減少させることで初期放電容量を大きくし、充放電サイクル試験をおこなっても高い放電容量が得られることが例示されている。また、特許文献2にはシリルエステル化合物と4フッ化ホウ酸塩を非水電解質に添加することで充放電サイクル性能や高温保存特性が向上することなどが例示されている。   In order to improve the charge / discharge cycle performance of non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries that require high energy density, positive electrode materials, negative electrode materials, and non-aqueous electrolytes are being developed. In recent years, a method for adding a small amount of an additive to a water electrolyte has been actively studied. For example, Patent Document 1 exemplifies that a high discharge capacity can be obtained even when a charge / discharge cycle test is performed by increasing the initial discharge capacity by reducing the initial irreversible capacity of the negative electrode using a phosphate additive. . Patent Document 2 exemplifies that charge / discharge cycle performance and high-temperature storage characteristics are improved by adding a silyl ester compound and tetrafluoroborate to a non-aqueous electrolyte.

近年では、ハイブリッドカーなどの移動体用の電源としての非水電解質二次電池の需要もたかまってきており、従来から重要視されてきた高エネルギー密度であること以外に、急速充放電に対応するために大電流での充電や放電を可能とする性能、即ち、高い入出力性能が長期にわたって持続することが要求されてきている。長期にわたって高い放電容量を維持することと、長期にわたって高い入出力特性を維持することは必ずしも一致しない。これは、低負荷で使用される非水電解質二次電池の放電容量の減少は、電極上での非水電解質の分解反応によって正極と負極の充電レベルのバランスが変化することが主な原因の1つであるのに対し、入出力特性の減少すなわち抵抗の増大は集電抵抗、電解液の液抵抗、正負極と電解質間での電荷移動抵抗など内部抵抗の増大が主な原因となるためである。したがって、高入出力が要求される用途においては、内部抵抗の増大を抑制する方法が重要となる。特許文献3には電解液中に亜硝酸塩、硝酸塩、炭酸塩、ジカーボネート、ホスホネート、リン酸塩、硫酸塩およびフッ化炭素またはその混合物を用いることによって、長期パルスサイクル試験をおこなう前のパルス放電時の電圧遅延すなわち分極の増大を抑制できるとしているが、実施例としてはジベンジルカーボネートの例示があるのみであり、正極活物質としては酸化バナジウム銀の例示があるのみで、非水電解質と特定の結晶構造及び特定の組成範囲の正極活物質を組み合わせることで内部抵抗を大きく低減できることについては記載がない。この点は特許文献1、2についても同様である。   In recent years, demand for non-aqueous electrolyte secondary batteries as power sources for mobile vehicles such as hybrid cars has been increasing, and in addition to high energy density, which has been regarded as important in the past, it supports rapid charging and discharging. For this reason, it has been demanded that performance capable of charging and discharging with a large current, that is, high input / output performance lasts for a long time. Maintaining a high discharge capacity over a long period of time does not necessarily match maintaining a high input / output characteristic over a long period of time. This is mainly because the decrease in the discharge capacity of non-aqueous electrolyte secondary batteries used at low loads is due to the change in the balance between the charge levels of the positive and negative electrodes due to the decomposition reaction of the non-aqueous electrolyte on the electrodes. On the other hand, the decrease in input / output characteristics, that is, the increase in resistance is mainly caused by an increase in internal resistance such as current collection resistance, electrolyte resistance, and charge transfer resistance between the positive and negative electrodes and the electrolyte. It is. Therefore, in applications that require high input / output, a method for suppressing an increase in internal resistance is important. Patent Document 3 discloses pulse discharge before conducting a long-term pulse cycle test by using nitrite, nitrate, carbonate, dicarbonate, phosphonate, phosphate, sulfate, and fluorocarbon or a mixture thereof in the electrolyte. Although it is said that the voltage delay at the time, that is, the increase in polarization can be suppressed, there is only an example of dibenzyl carbonate as an example, and there is only an example of silver vanadium oxide as a positive electrode active material, and it is specified as a nonaqueous electrolyte. There is no description that the internal resistance can be greatly reduced by combining the positive electrode active material having a specific crystal structure and a specific composition range. This also applies to Patent Documents 1 and 2.

長時間の使用における非水電解質二次電池の内部抵抗の増大を抑制する方法に関しては、未だ十分なものがなく、活物質、集電構造、セパレータ、非水電解質の改良、及び電解液添加剤の添加とその混合方法の改良などによる更なる充放電サイクル性能の向上が必要とされている。   Regarding the method for suppressing the increase of the internal resistance of the non-aqueous electrolyte secondary battery over a long period of use, there is not yet sufficient, active material, current collecting structure, separator, improvement of non-aqueous electrolyte, and electrolyte additive Further improvement of the charge / discharge cycle performance is required, for example, by the addition of and the improvement of the mixing method.

そこで、本発明者らは、本発明以前に、長時間の使用において内部抵抗の増加の小さい非水電解質二次電池を得ることを目的として、「リチウムを吸蔵・放出する正極及びリチウムを吸蔵・放出する負極と、非水電解質とを備えた非水電解質二次電池であって、前記非水電解質が0.02〜0.2Mの硫酸エステル化合物を含有し、かつ、0.005〜0.04Mのリン酸シリルエステル化合物を含有する非水電解質二次電池」を提案している(特許文献4)。さらに、本発明者らは、硫酸エステル化合物とリン酸シリルエステル化合物による内部抵抗増加抑制の効果を高めるため、非水電解質二次電池中の正極材料の好ましい成分比や組成比を提案している(特許文献5)。   Therefore, prior to the present invention, for the purpose of obtaining a non-aqueous electrolyte secondary battery with a small increase in internal resistance over a long period of use, the present inventors have described "a positive electrode that occludes and releases lithium and an occlusion / release of lithium A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a negative electrode to be discharged and a non-aqueous electrolyte, wherein the non-aqueous electrolyte contains a 0.02 to 0.2 M sulfate ester compound, and 0.005 to 0.00. A nonaqueous electrolyte secondary battery containing 04M phosphoric acid silyl ester compound has been proposed (Patent Document 4). Furthermore, the present inventors have proposed a preferable component ratio and composition ratio of the positive electrode material in the non-aqueous electrolyte secondary battery in order to enhance the effect of suppressing the increase in internal resistance by the sulfate ester compound and the phosphoric acid silyl ester compound. (Patent Document 5).

特許文献6には、不飽和スルトンを電解液に添加することにより、高温保存による抵抗上昇やガス発生、自己放電が抑えられることが記載されている。しかしながら、不飽和スルトンを添加した非水電解質二次電池の充放電サイクルを繰り返した時の抵抗変化がどのようであるかは明らかではなく、全く予測ができなかった。即ち、高温保存時の変化は電池の電圧がほぼ維持された状態で保存された場合の変化であるのに対し、充放電サイクルの繰り返しによる変化は、リチウムの挿入脱離反応によって生じる電極材料の膨張収縮による変化や電池が種々の電圧状態をとることによって生じる、電極と電解質との界面反応に起因する変化を伴った環境下における変化であるので、両者の条件及び環境は全く異なる上、電極材料は充放電に伴う膨張収縮により常に新しい面が電解質と接しているので、不飽和スルトンが添加されていると二重結合部分の重合により充放電サイクルに伴って抵抗増加が大きくなることが考えられ、必ずしも保存の結果と一致するとは言えない。さらに、不飽和スルトンを添加した非水電解質二次電池において、正極材料の種類や組成比を変化させたときに、充放電サイクルの繰り返しに伴う抵抗変化がどのようになるかは特許文献6では明らかではなく、全く予測ができなかった。   Patent Document 6 describes that by adding unsaturated sultone to an electrolyte, resistance increase, gas generation, and self-discharge due to high-temperature storage can be suppressed. However, it is not clear what the resistance change is when the charge / discharge cycle of the nonaqueous electrolyte secondary battery to which the unsaturated sultone is added is repeated, and it has not been predicted at all. That is, the change during storage at high temperature is a change when the battery voltage is stored in a substantially maintained state, whereas the change due to repeated charge / discharge cycles is caused by the electrode material generated by the lithium insertion / release reaction. Since this is a change in the environment accompanied by a change caused by expansion and contraction and a change caused by the interface reaction between the electrode and the electrolyte caused by the battery taking various voltage states, both conditions and environment are completely different. The new surface is always in contact with the electrolyte due to expansion and contraction associated with charge / discharge, so it is considered that when unsaturated sultone is added, the resistance increases with charge / discharge cycles due to polymerization of the double bond portion. Therefore, it does not necessarily agree with the result of preservation. Furthermore, in non-aqueous electrolyte secondary batteries to which unsaturated sultone is added, it is disclosed in Patent Document 6 how the resistance change associated with repetition of charge / discharge cycles occurs when the type and composition ratio of the positive electrode material are changed. It was not clear and could not be predicted at all.

特開2000−331710JP 2000-331710 A 特開2004−342607JP 2004-342607 A 特開2000−164251JP 2000-164251 A 特願2005−293127Japanese Patent Application No. 2005-293127 特願2005−370855Japanese Patent Application No. 2005-370855 特開2002−329528JP 2002-329528 A

本発明は、充放電サイクルを繰り返しても抵抗増加が小さく、充放電サイクル性能に優れた非水電解質二次電池を提供することを目的とする。
詳しくは、充放電サイクル性能の改善した非水電解質二次電池を提供することを課題とし、電解液添加剤として不飽和スルトンを用いた非水電解質二次電池において、特許文献6では明らかになっていない、遷移元素であるMn、Ni、Coを含むリチウム遷移金属酸化物による正極活物質中の“材料中の成分比や組成比”について、鋭意検討した結果、本発明を完成したものである。
An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having a small increase in resistance even after repeated charge / discharge cycles and having excellent charge / discharge cycle performance.
In detail, it is an object to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery with improved charge / discharge cycle performance. In a non-aqueous electrolyte secondary battery using unsaturated sultone as an electrolytic solution additive, Patent Document 6 reveals. The present invention has been completed as a result of intensive studies on “component ratios and composition ratios in materials” in a positive electrode active material by lithium transition metal oxides containing transition elements such as Mn, Ni, and Co that are not present. .

請求項1に係る発明は、正極、負極及び非水電解質を備えた非水電解質二次電池において、前記非水電解質は、次の化学式で示される不飽和スルトンを少なくとも一種類含み、前記正極が含有する正極活物質は、層状のα−NaFeO型結晶構造を有する複合酸化物LiMnNiCo(0<x<1.3、a+b+c=1、1.7≦d≦2.3)であって、|a−b|<0.03であり、且つ0.33≦c<1であることを特徴とする。

Figure 0004893003
The invention according to claim 1 is a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte, wherein the nonaqueous electrolyte includes at least one type of unsaturated sultone represented by the following chemical formula, The positive electrode active material contained is a composite oxide Li x Mna a Ni b Co c O d having a layered α-NaFeO 2 type crystal structure (0 <x <1.3, a + b + c = 1, 1.7 ≦ d ≦ 2.3), and | a−b | <0.03, and 0.33 ≦ c <1.
Figure 0004893003

(ここでR1〜R4は、それぞれ水素原子又は同一種又は異種のアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン、ハロゲンを有するアルキル基、アリール基であり、nは1又は2である。) (Here, R 1 to R 4 are each a hydrogen atom or the same or different alkyl group, alkoxy group, halogen, halogen-containing alkyl group, and aryl group, and n is 1 or 2.)

請求項2に係る発明は、請求項1において、前記不飽和スルトンが1,3−プロペンスルトンであることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is characterized in that, in claim 1, the unsaturated sultone is 1,3-propene sultone.

請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2において、前記負極がリチウムの吸蔵・放出が可能な炭素材料からなることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the negative electrode is made of a carbon material capable of inserting and extracting lithium.

本発明によれば充放電サイクルを繰り返しても抵抗増加が小さく、充放電サイクル性能に優れた非水電解質二次電池を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a nonaqueous electrolyte secondary battery having a small increase in resistance even after repeated charge / discharge cycles and having excellent charge / discharge cycle performance.

本発明は、正極、負極及び非水電解質を備えた非水電解質二次電池において、前記非水電解質は、不飽和スルトンを少なくとも一種類含み、前記正極が含有する正極活物質は、層状のα−NaFeO型結晶構造を有する複合酸化物LiMnNiCo(0<x<1.3、a+b+c=1、1.7≦d≦2.3)であって、|a−b|<0.03であり、且つ0.33≦c<1であることを特徴とする。 The present invention provides a non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, wherein the non-aqueous electrolyte includes at least one kind of unsaturated sultone, and the positive electrode active material contained in the positive electrode includes a layered α composite oxide having -NaFeO 2 type crystal structure Li x Mn a Ni b Co c O d (0 <x <1.3, a + b + c = 1,1.7 ≦ d ≦ 2.3) a, | a −b | <0.03 and 0.33 ≦ c <1.

本発明で用いられる不飽和スルトンは、以下の構造を持つものである。

Figure 0004893003
The unsaturated sultone used in the present invention has the following structure.
Figure 0004893003

(ここでR1〜R4は、それぞれ水素原子又は同一種又は異種のアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン、ハロゲンを有するアルキル基、アリール基であり、nは1又は2である。) (Here, R 1 to R 4 are each a hydrogen atom or the same or different alkyl group, alkoxy group, halogen, halogen-containing alkyl group, and aryl group, and n is 1 or 2.)

なかでも、n=1であり、R1〜R4が共に水素原子である不飽和スルトン、即ち、1,3−プロペンスルトンが好ましい。 Of these, unsaturated sultone in which n = 1 and R 1 to R 4 are both hydrogen atoms, that is, 1,3-propene sultone is preferable.

不飽和スルトンが繰り返し充放電サイクルに伴う抵抗の増大を抑制する効果は、正極、負極及び非水電解質を備えた非水電解質電池において、不飽和スルトンを添加剤として非水電解質に添加する場合、前記正極が含有する正極活物質は、層状のα−NaFeO型結晶構造を有する複合酸化物LiMnNiCo(0<x<1.3、a+b+c=1、1.7≦d≦2.3)であって、|a−b|<0.03であり、且つ0.33≦c<1の組成であるものとすることにより、特異的に認められる。 In the nonaqueous electrolyte battery including the positive electrode, the negative electrode, and the nonaqueous electrolyte, the effect that the unsaturated sultone suppresses the increase in resistance due to repeated charge / discharge cycles is added when the unsaturated sultone is added to the nonaqueous electrolyte as an additive. The positive electrode active material contained in the positive electrode is a composite oxide Li x Mn a Ni b Co c O d (0 <x <1.3, a + b + c = 1, 1.7) having a layered α-NaFeO 2 type crystal structure. ≦ d ≦ 2.3) where | a−b | <0.03 and 0.33 ≦ c <1.

本発明では、非水電解質として、不飽和スルトンを少なくとも一種類含有することを特徴とし、電解液または固体電解質のいずれも使用することができる。また、不飽和スルトン以外の物質も用いることが可能である。電解液を用いる場合には、電解液溶媒として、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、スルホラン、1、2−ジメトキシエタン、1、2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、3−メチル−1、3−ジオキソランやハロゲン化ジオキソラン、トリフルオロエチルメチルエーテル、エチレングリコールジアセテート、プロピレングリコールジアセテート、エチレングリコールジプロピオネート、プロピレングリコールジプロピオネート、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、フルオロ酢酸メチル、フルオロ酢酸エチル、フルオロ酢酸プロピル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、エチルイソプロピルカーボネート、ジイソプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート、アセトニトリル、フルオロアセトニトリル、エトキシペンタフルオロシクロトリホスファゼン、ジエトキシテトラフルオロシクロトリホスファゼン、フェノキシペンタフルオロシクロトリホスファゼンなどのアルコキシおよびハロゲン置換環状ホスファゼン類および、鎖状ホスファゼン類、リン酸トリエチル、リン酸トリメチル、リン酸トリオクチルなどのリン酸アルキルエステル類、ホウ酸トリエチル、ホウ酸トリブチルなどのホウ酸エステル類、N-メチルオキサゾリジノン、N-エチルオキサゾリジノン等の非水溶媒を、単独でまたはこれらの混合溶媒を使用することができる。   In the present invention, as the nonaqueous electrolyte, at least one kind of unsaturated sultone is contained, and either an electrolytic solution or a solid electrolyte can be used. Substances other than unsaturated sultone can also be used. In the case of using an electrolytic solution, as an electrolytic solution solvent, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, trifluoropropylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, sulfolane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-di- Ethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 3-methyl-1,3-dioxolane, halogenated dioxolane, trifluoroethyl methyl ether, ethylene glycol diacetate, propylene glycol diacetate, ethylene glycol dipropionate, propylene glycol dipropio , Methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, methyl fluoroacetate, full Ethyl oloacetate, propyl fluoroacetate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, ethyl isopropyl carbonate, diisopropyl carbonate, dibutyl carbonate, acetonitrile, fluoroacetonitrile, ethoxy Alkoxy and halogen-substituted cyclic phosphazenes such as pentafluorocyclotriphosphazene, diethoxytetrafluorocyclotriphosphazene, phenoxypentafluorocyclotriphosphazene and phosphorus such as chain phosphazenes, triethyl phosphate, trimethyl phosphate, trioctyl phosphate Acid alkyl esters, triethyl borate, Boric acid esters such as c acid tributyl, N- methyl oxazolidinone, a non-aqueous solvent such as N- ethyl-oxazolidinones, or in itself can be used a mixture of these solvents.

化学式1に表される不飽和スルトンは、電池製造時に0.01〜5.0質量%の範囲で非水電解質に含まれていることが望ましく、電池設計に応じてこの範囲で適宜増減してよい。電池の製造時に用いる非水電解質が含有する不飽和スルトンの含有量を0.01質量%以上とすることにより、充放電サイクルに伴う抵抗増加を抑制する効果を十分なものとすることができる。また、不飽和スルトンの含有量を5.0質量%以下とすることにより、電池の内部抵抗が大きくなり過ぎる虞を低減できる。なかでも、0.2〜2.0質量%の範囲とすることが好ましい。   The unsaturated sultone represented by Chemical Formula 1 is desirably contained in the non-aqueous electrolyte in the range of 0.01 to 5.0% by mass at the time of manufacturing the battery. Good. By making the content of the unsaturated sultone contained in the nonaqueous electrolyte used in the production of the battery 0.01% by mass or more, the effect of suppressing the increase in resistance associated with the charge / discharge cycle can be made sufficient. Moreover, the possibility that the internal resistance of the battery becomes too large can be reduced by setting the content of unsaturated sultone to 5.0 mass% or less. Especially, it is preferable to set it as the range of 0.2-2.0 mass%.

非水電解質は、非水電解質及び用いる支持塩によって異なるが、通常、これらの非水溶媒に支持塩を0.5〜1.5mol/L溶解して使用する。支持塩としては、LiClO、LiPF、LiBF、LiAsF、LiCFCO、LiCFSO、LiCFCFSO、LiCFCFCFSO、LiN(SOCF、LiN(SOCFCF、LiN(COCF、LiN(COCFCF、LiBF、LiBC、LiPF(CおよびLiPF(CFCFなどの塩もしくはこれらの混合物を使用することができる。 The non-aqueous electrolyte varies depending on the non-aqueous electrolyte and the supporting salt used, but usually the supporting salt is dissolved in 0.5 to 1.5 mol / L in these non-aqueous solvents. Examples of the supporting salt include LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 CO 2 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CF 2 SO 3 , LiCF 3 CF 2 CF 2 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ). 2 , LiN (SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 , LiN (COCF 3 ) 2 , LiN (COCF 2 CF 3 ) 2 , LiBF 2 C 2 O 4 , LiBC 4 O 8 , LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 And salts such as LiPF 3 (CF 2 CF 3 ) 3 or mixtures thereof can be used.

また、電池特性向上のために、不飽和スルトン以外に、次に例示する添加剤の種類によって異なるが、通常、非水電解質重量に対して、0.01〜2質量%の添加剤を非水電解質中に混合してもよく、硫酸エステル化合物やリン酸エステル化合物、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、プロピルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネートなどのカーボネート類、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどのビニルエステル類、ジアリルスルフィド、アリルフェニルスルフィド、アリルビニルスルフィド、アリルエチルスルフィド、プロピルスルフィド、ジアリルジスルフィド、アリルエチルジスルフィド、アリルプロピルジスルフィド、アリルフェニルジスルフィド等のスルフィド類、1、3−プロパンスルトン、1、4−ブタンスルトン、1、3−プロパ−2−エンスルトン等の環状スルホン酸エステル類、メタンスルホン酸メチル、メタンスルホン酸エチル、メタンスルホン酸プロピル、エタンスルホン酸メチル、エタンスルホン酸エチル、エタンスルホン酸プロピル、ベンゼンスルホン酸メチル、ベンゼンスルホン酸エチル、ベンゼンスルホン酸プロピル、メタンスルホン酸フェニル、エタンスルホン酸フェニル、プロパンスルホン酸フェニル、ベンジルスルホン酸メチル、ベンジルスルホン酸エチル、ベンジルスルホン酸プロピル、メタンスルホン酸ベンジル、エタンスルホン酸ベンジル、プロパンスルホン酸ベンジル、等の鎖状スルホン酸エステル類、ジメチルサルファイト、ジエチルサルファイト、エチルメチルサルファイト、メチルプロピルサルファイト、エチルプロピルサルファイト、ジフェニルサルファイト、メチルフェニルサルファイト、エチルメチルサルファイト、エチレンサルファイト、ビニルエチレンサルファイト、ジビニルエチレンサルファイト、プロピレンサルファイト、ビニルプロピレンサルファイト、ブチレンサルファイト、ビニルブチレンサルファイト、ビニレンサルファイト、フェニルエチレンサルファイト、などの亜硫酸エステル類、ベンゼン、トルエン、キシレン、ビフェニル、シクロヘキシルベンゼン、2−フルオロビフェニル、4−フルオロビフェニル、ジフェニルエーテル、tert−ブチルベンゼン、オルトターフェニル、メタターフェニル、ナフタレン、フルオロナフタレン、クメン、フルオロベンゼン、2、4−ジフルオロアニソールなどの芳香族化合物、パーフルオロオクタンなどのハロゲン置換アルカン、ホウ酸トリメチルシリル、ホウ酸トリエチルシリルなど、目的に応じて適宜添加してもよい。   In addition to the unsaturated sultone, 0.01 to 2% by mass of the additive is usually added to the nonaqueous electrolyte based on the weight of the nonaqueous electrolyte in order to improve battery characteristics. It may be mixed in the electrolyte, sulfate ester compound or phosphate ester compound, vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, ethyl vinylene carbonate, propyl vinylene carbonate, phenyl vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, divinyl ethylene carbonate, dimethyl vinylene carbonate, diethyl Carbonates such as vinylene carbonate and fluoroethylene carbonate, vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate, diallyl sulfide, allyl phenyl sulfide, allyl vinyl sulfide, allyl ethyls Sulfides such as fido, propyl sulfide, diallyl disulfide, allyl ethyl disulfide, allyl propyl disulfide, allyl phenyl disulfide, etc., cyclic sulfones such as 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, 1,3-prop-2-ene sultone, etc. Acid esters, methyl methanesulfonate, ethyl methanesulfonate, propyl methanesulfonate, methyl ethanesulfonate, ethyl ethanesulfonate, propyl ethanesulfonate, methyl benzenesulfonate, ethyl benzenesulfonate, propyl benzenesulfonate, methane Phenyl sulfonate, phenyl ethane sulfonate, phenyl propane sulfonate, methyl benzyl sulfonate, ethyl benzyl sulfonate, propyl benzyl sulfonate, methane sulfonate Chain sulfonates such as benzyl, ethane sulfonate, benzyl propane sulfonate, dimethyl sulfite, diethyl sulfite, ethyl methyl sulfite, methyl propyl sulfite, ethyl propyl sulfite, diphenyl sulfite, methyl phenyl Sulphite, ethyl methyl sulfite, ethylene sulfite, vinyl ethylene sulfite, divinyl ethylene sulfite, propylene sulfite, vinyl propylene sulfite, butylene sulfite, vinyl butylene sulfite, vinylene sulfite, phenyl ethylene sulfite, etc. Sulfites, benzene, toluene, xylene, biphenyl, cyclohexylbenzene, 2-fluorobiphenyl, 4-fluorobiphenyl , Diphenyl ether, tert-butylbenzene, orthoterphenyl, metaterphenyl, naphthalene, fluoronaphthalene, cumene, fluorobenzene, aromatic compounds such as 2,4-difluoroanisole, halogen-substituted alkanes such as perfluorooctane, boric acid You may add suitably according to the objective, such as trimethylsilyl and a triethylsilyl borate.

固体電解質を用いる場合は、高分子固体電解質として有孔性高分子固体電解質膜を用い、高分子固体電解質にさらに電解液を含有させることが良い。また、ゲル状の高分子固体電解質を用いる場合には、ゲルを構成する電解液と、細孔中等に含有されている電解液とは異なっていてもよい。このような高分子固体電解質を用いる場合には、不飽和スルトンを電解液中に含有させれば良い。ただし、HEV用途など高い出力が要求される場合は、固体電解質や高分子固体電解質を用いるよりは電解質として非水電解液を単独で用いるほうがより好ましい。   When a solid electrolyte is used, a porous polymer solid electrolyte membrane is preferably used as the polymer solid electrolyte, and the polymer solid electrolyte may further contain an electrolytic solution. Moreover, when using a gel-like polymer solid electrolyte, the electrolyte solution which comprises gel and the electrolyte solution contained in the pore etc. may differ. When such a polymer solid electrolyte is used, unsaturated sultone may be contained in the electrolytic solution. However, when high output is required, such as for HEV applications, it is more preferable to use a non-aqueous electrolyte alone as the electrolyte than to use a solid electrolyte or a polymer solid electrolyte.

正極材料たる化合物としては、活物質として、LiMnNiCo(0<x<1.3、a+b+c=1、|a−b|<0.03、0.33≦c<1、1.7≦d≦2.3)で表される化合物を含有することを特徴とする。
また、前記活物質に加えて、他の正極活物質を混合して用いても良く、他の正極活物質としては、CuO,CuO,AgO,CuS,CuSO等のI属金属化合物、TiS,SiO,SnO等のIV属金属化合物、V,V12,VO,Nb,Bi,Sb等のV属化合物、CrO,Cr,MoO,MoS,WO,SeO等のVI属金属化合物、MnO,Mn等のVII属金属化合物、Fe,FeO,Fe,Ni,NiO,CoO,CoO等のVIII族金属化合物等で表される、例えば、リチウム−コバルト系複合酸化物やリチウム−マンガン系複合酸化物等の金属酸化物、さらに、ジスルフィド、ポリピロール、ポリアニリン、ポリパラフェニレン、ポリアセチレン、ポリアセン系材料等の導電性高分子化合物、擬グラファイト構造炭素質材料等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
As a compound as a positive electrode material, as an active material, Li x Mn a Ni b Co c O d (0 <x <1.3, a + b + c = 1, | a−b | <0.03, 0.33 ≦ c < 1. A compound represented by 1.7 ≦ d ≦ 2.3) is contained.
In addition to the active material, other positive electrode active materials may be mixed and used. Examples of other positive electrode active materials include group I metals such as CuO, Cu 2 O, Ag 2 O, CuS, and CuSO 4. Compounds, group IV metal compounds such as TiS 2 , SiO 2 , SnO, group V compounds such as V 2 O 5 , V 6 O 12 , VO x , Nb 2 O 5 , Bi 2 O 8 , Sb 2 O 3 , CrO Group VI metal compounds such as 8 , Cr 2 O 8 , MoO 8 , MoS 2 , WO 3 , SeO 2 , Group VII metal compounds such as MnO 2 , Mn 2 O 8 , Fe 2 O 3 , FeO, Fe 3 O 4 , Ni 2 O 3 , NiO, CoO 3 , CoO, and other group VIII metal compounds, for example, metal oxides such as lithium-cobalt based composite oxides and lithium-manganese based composite oxides, and disulfides , Polypyrrole, polyaniline Emissions, polyparaphenylene, polyacetylene, conductive polymer compounds such as polyacene-based material, but pseudo-graphite structure carbonaceous materials, and the like, but is not limited thereto.

正極は、前記リチウム含有遷移金属酸化物を誘電剤及び結着剤、さらに必要に応じてフィラーと混練して正極合剤とした後、この正極合剤を集電体としての箔やラス板等に塗布、又は圧着して50℃〜250℃程度の温度で、2時間程度加熱処理することにより作製される。正極には、前記主要構成成分の他に、導電剤、結着剤、増粘剤、フィラー等が、他の構成成分として含有されても良い。
前記した本発明が特徴とする正極活物質を用いることで、化学式1に示される不飽和スルトン添加剤の効果が特異的に認められ、充放電サイクルの繰り返しに伴う抵抗増加を大幅に抑制し、充放電サイクル性能を飛躍的に向上させることができる。
For the positive electrode, the lithium-containing transition metal oxide is kneaded with a dielectric agent and a binder, and further, if necessary, with a filler to form a positive electrode mixture, and then the positive electrode mixture is used as a current collector foil, lath plate, etc. It is manufactured by applying or press-bonding to a heat treatment at a temperature of about 50 ° C. to 250 ° C. for about 2 hours. In the positive electrode, in addition to the main constituent components, a conductive agent, a binder, a thickener, a filler, and the like may be contained as other constituent components.
By using the positive electrode active material characterized by the present invention described above, the effect of the unsaturated sultone additive represented by Chemical Formula 1 is specifically recognized, and the increase in resistance associated with repeated charge / discharge cycles is significantly suppressed, Charge / discharge cycle performance can be dramatically improved.

正極活物質において、|a−b|<0.03とすることで、高率放電性能が高く、なおかつ放電容量が高い正極活物質になる(WO03/081698号参照)。具体的には、a−b>0.03のMnが多い場合には、放電容量が減少し、a−b<−0.03のNiが多い場合には、放電容量は良好であるが、安全性が不十分となる。すなわち、|a−b|<0.03の範囲外の正極活物質では、高率放電性能及び放電容量と安全性のトータルバランスが請求項の正極活物質より劣っている。   In the positive electrode active material, by setting | a−b | <0.03, the positive electrode active material has high discharge efficiency and high discharge capacity (see WO03 / 081698). Specifically, the discharge capacity decreases when Mn with ab> 0.03 is large, and the discharge capacity is good when Ni with ab <−0.03 is large. Safety is insufficient. That is, in the positive electrode active material outside the range of | a−b | <0.03, the high rate discharge performance and the total balance of discharge capacity and safety are inferior to those of the claimed positive electrode active material.

また、0.33≦c<1、好ましくは0.34<c<1の範囲の値をとることで、使用前の非水電解質二次電池の初期抵抗値を低くすることが可能である。この効果は特に低温で顕著である。   Further, by taking a value in the range of 0.33 ≦ c <1, preferably 0.34 <c <1, the initial resistance value of the nonaqueous electrolyte secondary battery before use can be lowered. This effect is particularly noticeable at low temperatures.

負極材料たる化合物としては、リチウムの吸蔵・放出可能な炭素材料を含有することを特徴とし、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素等の非晶質材料、黒鉛などの結晶性炭素材料が用いられる。特に好ましくは、非晶質材料を用いることが望ましい。また、炭素材料に加えて、スズ酸化物、ケイ素酸化物等の金属酸化物、リン、ホウ素、フッ素等を用いて改質を行うことも可能である。特に、炭素材料の表面を上記の方法によって改質することで、電解質の分解を抑制し電池特性を高めることが可能であり、望ましい。   The compound as the negative electrode material contains a carbon material capable of occluding and releasing lithium, and includes amorphous materials such as non-graphitizable carbon and graphitizable carbon, and crystalline carbon materials such as graphite. Used. It is particularly preferable to use an amorphous material. Further, in addition to the carbon material, the modification can be performed using a metal oxide such as tin oxide or silicon oxide, phosphorus, boron, fluorine, or the like. In particular, by modifying the surface of the carbon material by the above method, it is possible to suppress the decomposition of the electrolyte and improve the battery characteristics, which is desirable.

さらに、負極には、リチウム金属、リチウム−アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム−スズ、リチウム−アルミニウム−スズ、リチウム−ガリウム、及びウッド合金等のリチウム金属含有合金等を用いるか又は併用することや、あらかじめ電気化学的に還元することによってリチウムが挿入された炭素材料等を用いることも可能である。   Furthermore, lithium metal, lithium-aluminum, lithium-lead, lithium-tin, lithium-aluminum-tin, lithium-gallium, and lithium metal-containing alloys such as wood alloys are used for the negative electrode, or in combination, It is also possible to use a carbon material in which lithium is inserted by electrochemical reduction in advance.

また、本発明に係る非水電解質電池のセパレータとしては、織布、不織布、合成樹脂微多孔膜等を用いることができ、特に、合成樹脂微多孔膜を好適に用いることができる。中でもポリエチレン及びポリプロピレン製微多孔膜、アラミドやポリイミドと複合化させたポリエチレンおよびポリプロピレン製微多孔膜またはこれらを複合した微多孔膜等のポリオレフィン系微多孔膜が、厚さ、膜強度、膜抵抗等の面で好適に用いられる。   Moreover, as a separator of the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention, a woven fabric, a non-woven fabric, a synthetic resin microporous membrane, or the like can be used, and in particular, a synthetic resin microporous membrane can be preferably used. Among them, polyolefin microporous membranes such as polyethylene and polypropylene microporous membranes, polyethylene and polypropylene microporous membranes combined with aramid and polyimide, or microporous membranes composited with these, thickness, membrane strength, membrane resistance, etc. It is suitably used in terms of

さらに、高分子固体電解質等の固体電解質を用いることで、セパレータを兼ねさせることもできる。さらに、合成樹脂微多孔膜と高分子固体電解質等を組み合わせて使用してもよい。この場合、高分子固体電解質として有孔性高分子固体電解質膜を用い、高分子固体電解質にさらに電解液を含有させることで良い。ただしこの場合、電池出力が低下する原因となるので、好ましくは高分子固体電解質は最小限の量にとどめるほうが好ましい。   Furthermore, a separator can also be used by using a solid electrolyte such as a polymer solid electrolyte. Further, a synthetic resin microporous membrane and a polymer solid electrolyte may be used in combination. In this case, a porous polymer solid electrolyte membrane may be used as the polymer solid electrolyte, and the polymer solid electrolyte may further contain an electrolytic solution. However, in this case, since the battery output is reduced, it is preferable that the amount of the solid polymer electrolyte is kept to a minimum.

また、電池の形状は特に限定されるものではなく、角形、長円筒形、コイン形、ボタン形、シート形、円筒型電池等の様々な形状の非水電解質二次電池に適用可能である。   The shape of the battery is not particularly limited, and can be applied to non-aqueous electrolyte secondary batteries having various shapes such as a rectangular shape, a long cylindrical shape, a coin shape, a button shape, a sheet shape, and a cylindrical battery.

以下、本発明を適用した具体的な実施例について説明するが、本発明は本実施例により何ら限定されるものではなく、その主旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。   Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described. However, the present invention is not limited to the embodiments, and can be appropriately modified and implemented without departing from the scope of the present invention. .

[実施例1]
図1は、本実施例の角形非水電解質二次電池の概略断面図である。この角形非水電解質二次電池1は、アルミニウム集電体に正極合材を塗布してなる正極3と、銅集電体に負極合材を塗布してなる負極4とがセパレータ5を介して巻回された巻回型電極群2と、非水電解質とを電池ケース6に収納してなる、幅34mm×高さ50mm×厚さ5.0mmのものである。
[Example 1]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a prismatic nonaqueous electrolyte secondary battery of the present example. In this rectangular nonaqueous electrolyte secondary battery 1, a positive electrode 3 formed by applying a positive electrode mixture to an aluminum current collector and a negative electrode 4 formed by applying a negative electrode mixture to a copper current collector are interposed via a separator 5. The wound electrode group 2 and the non-aqueous electrolyte are housed in a battery case 6 and have a width of 34 mm, a height of 50 mm, and a thickness of 5.0 mm.

電池ケース6には、安全弁8を設けた電池蓋7がレーザー溶接によって取り付けられ、負極端子9は負極リード11を介して負極4と接続され、正極3は正極リード10を介して電池蓋7と接続されている。   A battery lid 7 provided with a safety valve 8 is attached to the battery case 6 by laser welding, a negative electrode terminal 9 is connected to the negative electrode 4 via a negative electrode lead 11, and a positive electrode 3 is connected to the battery lid 7 via a positive electrode lead 10. It is connected.

正極板は、結着剤であるポリフッ化ビニリデン6質量%と導電剤であるアセチレンブラック6質量%とリチウム−マンガン−ニッケル−コバルト複合酸化物である正極活物質LiMn0.09Ni0.08Co0.8388質量%とを混合してなる正極合材に、N−メチルピロリドンを加えてペースト状に調製した後、これを厚さ20μmのアルミニウム箔集電体両面に塗布、乾燥することによって作製した。 The positive electrode plate is composed of 6% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder, 6% by mass of acetylene black as a conductive agent, and a positive electrode active material LiMn 0.09 Ni 0.08 Co as a lithium-manganese-nickel-cobalt composite oxide. N-methylpyrrolidone is added to a positive electrode mixture obtained by mixing 0.83 O 2 88% by mass to prepare a paste, which is then applied to both sides of a 20 μm thick aluminum foil current collector and dried. It was prepared by.

負極板は、難黒鉛化性炭素90質量%とポリフッ化ビニリデン10質量%をN−メチルピロリドンに加えてペースト状に調製した後、これを厚さ10μmの銅箔集電体両面に塗布、乾燥することによって製作した。   The negative electrode plate was prepared by adding 90% by mass of non-graphitizable carbon and 10% by mass of polyvinylidene fluoride to N-methylpyrrolidone to prepare a paste, which was then applied to both sides of a 10 μm thick copper foil current collector and dried. Made by doing.

セパレータには、ポリエチレン微多孔膜を用い、また、電解液には、エチルカーボネート(EC):ジメチルカーボネート(DMC):エチルメチルカーボネート(EMC)=3:2:5(体積比)の混合溶媒に、更にLiPFを調整後に1mol/Lとなるように溶解し、1,3−プロペンスルトンを電解液量全体に対して1.0質量%となるように添加した。 A polyethylene microporous membrane is used as a separator, and a mixed solvent of ethyl carbonate (EC): dimethyl carbonate (DMC): ethyl methyl carbonate (EMC) = 3: 2: 5 (volume ratio) is used as an electrolyte. Furthermore, LiPF 6 was dissolved to 1 mol / L after adjustment, and 1,3-propene sultone was added to 1.0% by mass with respect to the total amount of the electrolytic solution.

以上の構成・手順で実施例1の非水電解質二次電池を3セル作製した。   Three cells of the nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 1 were produced by the above-described configuration and procedure.

[実施例2〜5および比較例1〜7]
実施例2〜5および比較例1〜7の電池については、表1に示すように、正極活物質の組成を変化させた以外は、実施例1と同様にして、非水電解質二次電池を各3セルずつ作製した。ただし、比較例5においては、スピネル型結晶構造を有するリチウムマンガン酸化物LiMnを正極活物質として用い、比較例1においては、リチウムコバルト酸化物LiCoOを正極活物質として用いた。また、電池の製造時に用いる非水電解質を、不飽和スルトンを添加していないものとしたことを除いては、実施例4、比較例1とそれぞれ同様にして、非水電解質二次電池を各3セルずつ作製し、それぞれ比較例6、比較例7とした。
[Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 to 7]
For the batteries of Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 to 7, as shown in Table 1, the nonaqueous electrolyte secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition of the positive electrode active material was changed. Three cells each were produced. However, in Comparative Example 5, lithium manganese oxide LiMn 2 O 4 having a spinel crystal structure was used as the positive electrode active material, and in Comparative Example 1, lithium cobalt oxide LiCoO 2 was used as the positive electrode active material. Further, each of the nonaqueous electrolyte secondary batteries was changed in the same manner as in Example 4 and Comparative Example 1 except that the nonaqueous electrolyte used in the production of the battery was not added with unsaturated sultone. Three cells were prepared, and Comparative Example 6 and Comparative Example 7 were used.

Figure 0004893003
Figure 0004893003

以上のようにして作製した実施例1〜5および比較例1〜7の角形非水電解質二次電池について、25℃にて、4サイクルの初期充放電を行った。但し、1サイクル目の充電条件は、充電電流45mA、充電電圧4.28V、充電時間15時間の定電流定電圧充電とし、2サイクル目以降の充電条件は、充電電流90mA、充電電圧4.28V、充電時間6時間の定電流定電圧充電とした。放電条件は、4サイクルとも、放電電流90mA、終止電圧2.50Vの定電流放電とした。4サイクル目の放電容量を「初期放電容量X」とした。なお、放電容量は、25℃において、充電電流90mA、充電電圧4.28Vの定電流−定電圧充電で6時間充電した後、すなわち、90mAの電流値で充電して電圧が4.28Vに達したのち、4.28Vで定電圧充電をおこない、合計で6時間の充電をおこなった後、放電電流90mA、終止電圧2.50Vの条件で定電流放電をおこなうことにより測定した。 About the square nonaqueous electrolyte secondary battery of Examples 1-5 and Comparative Examples 1-7 produced as described above, initial charge / discharge of 4 cycles was performed at 25 ° C. However, the charging conditions in the first cycle are a charging current of 45 mA, a charging voltage of 4.28 V, and a constant current and constant voltage charging with a charging time of 15 hours. The charging conditions after the second cycle are a charging current of 90 mA and a charging voltage of 4.28 V. The constant current and constant voltage charging was performed for 6 hours. The discharge conditions were constant current discharge with a discharge current of 90 mA and a final voltage of 2.50 V in all four cycles. The discharge capacity at the fourth cycle was defined as “initial discharge capacity X a ”. The discharge capacity was 25 ° C. After charging for 6 hours with a constant current-constant voltage charge with a charge current of 90 mA and a charge voltage of 4.28 V, that is, with a current value of 90 mA, the voltage reached 4.28 V. Thereafter, constant voltage charging was performed at 4.28 V, charging was performed for a total of 6 hours, and then constant current discharging was performed under conditions of a discharge current of 90 mA and a final voltage of 2.50 V.

充放電サイクル試験前後の抵抗値の測定は、敢えて抵抗上昇の影響が顕著となる−20℃という過酷な条件で行った。初期抵抗値の測定は、充電電流1ItmAの電流値、充電電圧3.78Vの定電流−定電圧充電で3時間充電することにより電池の充電深度(SOC)を50%に設定し、−20℃まで冷却して4時間後に、0.2ItmAで10秒間放電した時の電圧、0.5ItmAで10秒間放電したときの電圧および1ItmAで10秒間放電したときの電圧をそれぞれ測定し、放電電流(I)に対する電圧降下(E)の傾き(R=E/I)を測定することにより測定し、この値(R)を「初期抵抗値(Ω)」とした。なお、各々の電池について、初期放電容量X(mAh)の値に基づき、X(mA)を1ItmAと定義した。 The resistance value before and after the charge / discharge cycle test was measured under a severe condition of -20 ° C. where the influence of the resistance increase becomes significant. The initial resistance value was measured by setting the battery charge depth (SOC) to 50% by charging for 3 hours with a current value of charge current of 1 ItmA, a constant current of a charge voltage of 3.78 V and a constant voltage charge, and −20 ° C. After 4 hours of cooling, the voltage when discharged for 10 seconds at 0.2 ItmA, the voltage when discharged for 10 seconds at 0.5 ItmA, and the voltage when discharged for 10 seconds at 1 ItmA were measured, and the discharge current (I ) Was measured by measuring the slope (R a = E / I) of the voltage drop (E) with respect to), and this value (R a ) was defined as “initial resistance value (Ω)”. For each battery, X a (mA) was defined as 1 ItmA based on the value of the initial discharge capacity X a (mAh).

サイクル試験は以下の方法でおこなった。初期の抵抗Ra(初期抵抗値)を測定後、1ItmAの電流値で充電終止電圧を4.10V、放電終止電圧を3.03Vとし、45℃で300サイクル行った。25℃に冷却後、初期放電容量を確認した条件と同様の方法で放電容量Xを確認し、その後、−20℃にて上記と同様にして充放電サイクル試験後の直流抵抗Rを測定した。 The cycle test was conducted by the following method. After measuring the initial resistance R a (initial resistance value), a charge end voltage was 4.10 V and a discharge end voltage was 3.03 V at a current value of 1 ItmA, and 300 cycles were performed at 45 ° C. After cooling to 25 ° C., the discharge capacity X b is confirmed by the same method as the condition for confirming the initial discharge capacity, and then the DC resistance R b after the charge / discharge cycle test is measured at −20 ° C. in the same manner as described above. did.

直流抵抗の増加率は、サイクル試験前の直流抵抗Raとサイクル試験後の直流抵抗Rから以下の式(1)を用いて算出した。 Increase rate of DC resistance was calculated using the formula (1) below from the DC resistance R b after DC resistance R a and the cycle test before the cycle test.

抵抗増加率(%)=(Rb/R−1)×100 (1)
表1に抵抗増加率を示す。
Resistance increase rate (%) = (R b / R a −1) × 100 (1)
Table 1 shows the resistance increase rate.

容量維持率は、サイクル試験前に確認した初期放電容量Xとサイクル試験後に確認した放電容量Xから以下の式(2)を用いて算出した。 Capacity retention rate was calculated using the following equation (2) from the discharge capacity X b confirming after the initial discharge capacity X a and cycle tests confirmed before the cycle test.

容量維持率(%)=Xb/X×100 (2) Capacity maintenance rate (%) = X b / X a × 100 (2)

[添加剤の効果]
正極活物質の組成が同じである実施例4と比較例6、比較例1と比較例7より、不飽和スルトンを添加しない場合は抵抗増加率が大きく、容量維持率が低いことが明らかとなった。すなわち、不飽和スルトンを添加することで、高い入出力特性を維持し、充放電サイクル性能に優れた電池となることが明らかとなった。
[Effect of additive]
From Example 4 and Comparative Example 6, and Comparative Example 1 and Comparative Example 7 in which the composition of the positive electrode active material is the same, it is clear that the resistance increase rate is large and the capacity retention rate is low when unsaturated sultone is not added. It was. That is, it was revealed that by adding unsaturated sultone, a battery having high input / output characteristics and excellent charge / discharge cycle performance was obtained.

[正極活物質組成の効果]
実施例と、cの値が0.33≦c<1の範囲外である正極活物質を持つ比較例を比べると、実施例においては、繰り返し充放電サイクル後の抵抗増加率が低く、容量維持率が高いことが表1より明らかである。また、cの値が0.33≦c<1を満たしていても、|a−b|<0.03の範囲外である場合には、cの値が0.33≦c<1の範囲外である場合と同等か逆に悪化する場合もあることがわかる。すなわち、実施例の非水電解質二次電池は、充放電サイクルを繰り返しても、抵抗増加が小さく、充放電サイクル性能に優れた電池であることが明らかである。
[Effect of positive electrode active material composition]
Comparing the example with a comparative example having a positive electrode active material having a value of c outside the range of 0.33 ≦ c <1, in the example, the rate of increase in resistance after repeated charge / discharge cycles is low and the capacity is maintained. It is clear from Table 1 that the rate is high. Even if the value of c satisfies 0.33 ≦ c <1, if the value of c is outside the range of | a−b | <0.03, the value of c is in the range of 0.33 ≦ c <1. It turns out that it may be equivalent to the case where it is outside, or it may worsen conversely. That is, it is clear that the nonaqueous electrolyte secondary battery of the example is a battery having a small increase in resistance and excellent charge / discharge cycle performance even when the charge / discharge cycle is repeated.

上記添加剤の効果と正極活物質の効果は相乗的に奏されていることが表1から明らかである。即ち、例えば繰り返し充放電サイクルに伴う抵抗増加率についてみると、cの値が0.33≦c<1の範囲外である場合には、比較例7と比較例1を比べると明らかなように、不飽和スルトンを添加したことによって、1/3〜1/4に抑制されているに過ぎないが、驚くべきことに、cの値が0.33≦c<1を満たす場合には、比較例6と実施例4を比べると明らかなように、約1/10にまで抑制されるという顕著な効果が奏されていることがわかる。   It is clear from Table 1 that the effects of the additive and the positive electrode active material are synergistically achieved. That is, for example, regarding the rate of increase in resistance associated with repeated charge / discharge cycles, when the value of c is outside the range of 0.33 ≦ c <1, it is clear when comparing Comparative Example 7 and Comparative Example 1. The addition of unsaturated sultone is only suppressed to 1/3 to 1/4, but surprisingly, when the value of c satisfies 0.33 ≦ c <1, As is clear from comparison between Example 6 and Example 4, it can be seen that a remarkable effect of being suppressed to about 1/10 is achieved.

すなわち、本発明においては、正極活物質の組成がLiMnNiCo(0<x<1.3、a+b+c=1、1.7≦d≦2.3)である非水電解質二次電池における電解液に不飽和スルトンを添加し、さらに前記組成が|a−b|<0.03であり、且つ0.33≦c<1であることによって、充放電サイクル性能に優れた電池となることが明らかとなった。 That is, in the present invention, the composition of the positive electrode active material is Li x Mn a Ni b Co c O d (0 <x <1.3, a + b + c = 1, 1.7 ≦ d ≦ 2.3). Unsaturated sultone is added to the electrolyte solution in the electrolyte secondary battery, and the composition is | a−b | <0.03 and 0.33 ≦ c <1, so that the charge / discharge cycle performance is excellent. It became clear that it became a battery.

なお、不飽和スルトンは電池を作製して充放電させると電極上で一部が消費されるため、電池内の非水電解質が含有する量は通常添加した量よりも減少している。
電池の製造時に、用いる非水電解質中の1,3−プロペンスルトンの添加量を種々変化させて上記実施例と同様にして実験を行ったところ、1,3−プロペンスルトンの添加量が0.01〜5.0質量%であれば、同様の効果が奏されることが確認された。なお、実施例1の電池を別途作製し、前記初期充放電を行った後に非水電解質を採取して分析したところ、10ppmの1,3−プロペンスルトンが検出された。
In addition, since a part of unsaturated sultone is consumed on an electrode when a battery is prepared and charged and discharged, the amount of the nonaqueous electrolyte contained in the battery is smaller than the amount normally added.
When the amount of 1,3-propene sultone added in the nonaqueous electrolyte used in the production of the battery was variously changed and the experiment was performed in the same manner as in the above example, the amount of 1,3-propene sultone added was 0.00. It was confirmed that the same effect was exhibited when the content was 01 to 5.0% by mass. In addition, when the battery of Example 1 was produced separately and the initial charge / discharge was performed, and the nonaqueous electrolyte was collected and analyzed, 10 ppm of 1,3-propene sultone was detected.

本発明によれば、充放電を繰り返して使用した場合でも、非水電解質二次電池の内部抵抗増加を抑制でき、容量維持率も減少しないため、優れた入力特性、出力特性を備えた非水電解質二次電池を提供できる。   According to the present invention, even when charging and discharging are repeatedly used, an increase in the internal resistance of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be suppressed, and the capacity retention rate does not decrease. Therefore, the nonaqueous solution has excellent input characteristics and output characteristics. An electrolyte secondary battery can be provided.

本発明の実施例及び比較例の角形電池の断面構造を示す図。The figure which shows the cross-section of the square battery of the Example and comparative example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 角型非水電解質二次電池
2 巻回型電極群
3 正極
4 負極
5 セパレータ
6 電池ケース
7 電池蓋
8 安全弁
9 負極端子
10 正極リード
11 負極リード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Square type nonaqueous electrolyte secondary battery 2 Winding type electrode group 3 Positive electrode 4 Negative electrode 5 Separator 6 Battery case 7 Battery cover 8 Safety valve 9 Negative electrode terminal 10 Positive electrode lead 11 Negative electrode lead

Claims (3)

正極、負極及び非水電解質を備えた非水電解質二次電池において、前記非水電解質は、次の化学式で示される不飽和スルトンを少なくとも一種類含み、前記正極が含有する正極活物質は、層状のα−NaFeO型結晶構造を有する複合酸化物LiMnNiCo(0<x<1.3、a+b+c=1、1.7≦d≦2.3)であって、|a−b|<0.03であり、且つ0.33≦c<1である非水電解質二次電池。
Figure 0004893003

(ここでR1〜R4は、それぞれ水素原子又は同一種又は異種のアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン、ハロゲンを有するアルキル基、アリール基であり、nは1又は2である。)
In a non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, the non-aqueous electrolyte includes at least one kind of unsaturated sultone represented by the following chemical formula, and the positive electrode active material contained in the positive electrode is layered A composite oxide Li x Mn a Ni b Co c O d (0 <x <1.3, a + b + c = 1, 1.7 ≦ d ≦ 2.3) having an α-NaFeO 2 type crystal structure, A nonaqueous electrolyte secondary battery in which | a−b | <0.03 and 0.33 ≦ c <1.
Figure 0004893003

(Here, R 1 to R 4 are each a hydrogen atom or the same or different alkyl group, alkoxy group, halogen, halogen-containing alkyl group, and aryl group, and n is 1 or 2.)
前記不飽和スルトンが1,3−プロペンスルトンであることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the unsaturated sultone is 1,3-propene sultone. 前記負極が、リチウムの吸蔵・放出可能な炭素材料からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の非水電解質二次電池。


The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode is made of a carbon material capable of inserting and extracting lithium.


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