JP4974404B2 - Non-aqueous secondary battery - Google Patents

Non-aqueous secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP4974404B2
JP4974404B2 JP2000207619A JP2000207619A JP4974404B2 JP 4974404 B2 JP4974404 B2 JP 4974404B2 JP 2000207619 A JP2000207619 A JP 2000207619A JP 2000207619 A JP2000207619 A JP 2000207619A JP 4974404 B2 JP4974404 B2 JP 4974404B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrolyte
positive electrode
negative electrode
battery
weight
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 - Fee Related
Application number
JP2000207619A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002025614A (en
JP2002025614A5 (en
Inventor
圭一 林
博行 戸城
和伸 松本
康次 島田
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.)
Hitachi Maxell Energy Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Energy Ltd
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 Hitachi Maxell Energy Ltd filed Critical Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority to JP2000207619A priority Critical patent/JP4974404B2/en
Publication of JP2002025614A publication Critical patent/JP2002025614A/en
Publication of JP2002025614A5 publication Critical patent/JP2002025614A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4974404B2 publication Critical patent/JP4974404B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related 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、非水二次電池に関し、さらに詳しくは、高容量で、かつ過充電時などの異常発生時における安全性が高い非水二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
リチウムイオン二次電池に代表される非水二次電池は、容量が大きく、かつ高電圧、高エネルギー密度、高出力であることから、ますます需要が増える傾向にある。そして、その用途範囲の拡大に伴い、さらなる高容量化に向けての検討が続けられており、それに伴って安全性が低下することが問題点として指摘されている。この安全性の低下に対しては、これまでにも、電極構造、充放電回路、電解液組成、活物質組成など様々な構成要素を改善することによって、解消しようとする検討がなされている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らが上記非水二次電池についてさらなる高容量化を目指して、電極積層体の単位体積当たりの放電容量を向上させていったところ、その値が130mAh/cm3 以上になると、従来の安全対策では過充電時などの異常発生時に対する安全性が充分に確保されず、安全性の悪い電池となることが判明した。
【0004】
本発明は、上記のような従来の非水二次電池の問題点を解決し、高容量で、かつ過充電時などの異常発生時における安全性が高い非水二次電池を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、正極、負極およびセパレータを有する電極積層体、電解質、並びに内圧上昇によって作動する電流遮断装置を有し、前記電極積層体の単位体積当たりの放電容量が130mAh/cm 以上である非水二次電池において、その電解質中にジフェニルジスルフィドまたはその誘導体を含有させ、負極を、密度が1.4g/cm 以上の合剤層を有するものとすることによって、上記課題を解決したものである。
【0006】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明において、上記構成により、過充電時などの異常発生時においても高い安全性が得られるようになる理由を説明するとともに、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【0007】
まず、電池の高容量化のため、例えば負極の合剤層の密度を1.4g/cm3 以上にし、電極積層体の単位体積当たりの放電容量を130mAh/cm3 以上にした場合には、正極または負極と電解液(液状電解質)との反応が生じやすくなり、過充電時などの異常発生時に発熱による電池の発火や破裂を招く危険性が高くなる。
【0008】
しかしながら、電解質中にジフェニルジスルフィドまたはその誘導体を含有させることにより、過充電や異常電圧の印加時などの異常発生時に正極表面にジフェニルジスルフィドまたはその誘導体に基づく被膜が形成され、インピーダンスが上昇するので、正極または負極と電解液(液状電解質)との反応が抑制され、電池の発熱を抑えることができる。また、上記ジフェニルジスルフィドまたはその誘導体に基づく被膜によるインピーダンスの上昇により過大電流が流れるのを防止することができ、安全性が向上する。一方、上記インピーダンスの上昇に伴う発熱が生じるため、過充電時などの異常発生時における電池の温度上昇開始時期が早くなり、ジフェニルジスルフィドまたはその誘導体の分解によりガスが発生して、過充電などの異常状態などに至ってから短時間で電池の内圧が上昇する。その結果、内圧上昇時に電流を遮断する安全機構を備えた電池においては、安全機構が作動するまでの時間が短縮され、安全性がより一層確実に確保されて、安全性がさらに高くなる。
【0009】
本発明において用いるジフェニルジスルフィドの誘導体としては、例えば、ビス(4−メトキシフェニル)ジスルフィド、ビス(4−メチルフェニル)ジスルフィド、ビス(2−ナフタリル)ジスルフィド、ビス(4−クロロフェニル)ジスルフィド、ビス(t−ブチルフェニル)ジスルフィド、ビス(2,5−ジメチルフェニル)ジスルフィド、ビス(2,3−ジメトキシフェニル)ジスルフィドなどが挙げられる。
【0010】
本発明において、ジフェニルジスルフィドまたはその誘導体の電解質中の含有量としては、電解質の溶媒成分中で0.05〜10重量%にすることが好ましい。すなわち、ジフェニルジスルフィドまたはその誘導体の電解質中の含有量を電解質の溶媒成分中で0.05重量%以上にすることにより、電池の過充電時などに、正極または負極と電解液(液状電解質)との反応を抑制して電池の発熱を抑制する効果が高くなり、また、容易に内圧上昇を生じさせ、電流遮断装置などの安全機構の作動を早めることができるので、安全性に関して好ましい結果が得られる。このジフェニルジスルフィドまたはその誘導体の含有量としては、電解質の溶媒成分中で0.5重量%以上にすることがより好ましく、1重量%以上にすることがさらに好ましい。一方、ジフェニルジスルフィドまたはその誘導体の含有量を多くしていくと、放電容量がやや低下する傾向が現れるため、高容量化を達成する点からは、ジフェニルジスルフィドまたはその誘導体の電解質中の含有量は電解質の溶媒成分中で10重量%以下にすることが好ましく、5重量%以下にすることがより好ましく、2重量%以下にすることがさらに好ましい。
【0011】
本発明において、電極積層体の体積とは、正極、負極およびセパレータを積層したもの、または正極、負極およびセパレータを巻回したものなどの電池内における嵩体積(ゲルポリマー電解質のように電解質がセパレータの代わりをする電池においては、正極、負極およびゲル状ポリマー電解質の電池内における嵩体積)であって、後者のように巻回したものにあっては、巻回に際して使用した巻き軸に基づく巻回体中心部の透孔などは体積として含まない。要は正極、負極、セパレータ(またはゲル状ポリマー電解質)が電池内において占める嵩体積を合計したものである。
【0012】
これら正極、負極、セパレータ(またはゲル状ポリマー電解質)の3つの体積は電池の容量を決定する重要な因子であり、電池の大きさにかかわらず、電極積層体の単位体積当たりの放電容量(放電容量/電極積層体の体積)を計算することによって、電池の容量密度を比較することができる。また、その際の放電容量は、その電池の一般的な使用条件〔例えば、正極活物質としてLiCoO2 を用い、負極活物質として炭素材料を用いた非水二次電池では、25℃で1C(その電池を1時間で放電できる電流)で4.2Vまでの定電流充電と定電圧充電との組み合わせによる充電(充電時間は2.5時間)と、0.2Cで3Vまでの放電〕で測定される容量により表される。
【0013】
本発明において用いる電解質としては、液状電解質、ゲル状ポリマー電解質のいずれであってもよいが、本発明においては、特に液状電解質を用いる場合に効果が顕著に発現することから、以下においては、この液状電解質に関して「電解液」という表現を用い、それを中心に詳細に説明する。
【0014】
本発明において、電解液は、例えば、有機溶媒などの非水溶媒にリチウム塩などの電解質塩を溶解させることによって調製される。そして、その溶媒としてはエステルが好適に用いられる。特に鎖状エステルは、電解液の粘度を下げ、イオン伝導度を高めることから好適に用いられる。このような鎖状エステルとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートなどの鎖状のカーボネート類、プロピオン酸メチルなどの鎖状アルキルエステル類、リン酸トリメチルなどの鎖状リン酸トリエステルなどが挙げられ、それらの中でも特に鎖状のカーボネート類が好ましい。
【0015】
また、上記鎖状エステルなどに下記の誘電率が高いエステル(誘電率30以上のエステル)を混合して用いると負荷特性などが向上するので好ましい。このような誘電率が高いエステルとしては、例えば、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、γ−ブチロラクトンなどが挙げられる。特に環状構造のものが好ましく、とりわけ環状のカーボネートが好ましく、エチレンカーボネートが最も好ましい。
【0016】
上記誘電率が高いエステルは、電解液の全溶媒中の50重量%以下が好ましく、より好ましくは40重量%以下である。そして、これらの誘電率が高いエステルによる特性の向上は、上記誘電率が高いエステルが電解液の全溶媒中で10重量%以上になると顕著になり、20重量%に達するとより顕著になる。また、これと混合する鎖状エステルは、電解液の全溶媒中の50重量%以上が好ましく、より好ましくは60重量%以上である。
【0017】
上記エステル以外に併用可能な溶媒としては、例えば、1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、2−メチル−テトラヒドロフラン、ジエチルエーテルなどが挙げられる。そのほか、アミン系またはイミド系有機溶媒や、含イオウ系または含フッ素系有機溶媒なども用いることができる。そして、これらの溶媒はそれぞれ単独でまたは2種以上混合して用いることができる。
【0018】
電解液の調製にあたって使用するリチウム塩などの電解質塩としては、例えば、LiClO4 、LiPF6 、LiBF4 、LiAsF6 、LiCF3 SO3 、LiC4 9 SO3 、LiCF3 CO2 、Li2 2 4 (SO3 2 、LiN(CF3 SO2 2 、LiC(CF3 SO2 3 、LiCn 2n+1SO3 (n≧2)、LiN(RfOSO2 2 〔ここでRfはフルオロアルキル基〕などが単独でまたは2種以上混合して用いられるが、特にLiPF6 やLiC4 9 SO3 などが好ましい。電解液中におけるリチウム塩などの電解質塩の濃度は、特に限定されるものではないが、0.3mol/l以上が好ましく、0.4mol/l以上がより好ましく、また、1.7mol/l以下が好ましく、1.5mol/l以下がより好ましい。
【0019】
本発明においては、ジフェニルジスルフィドおよびその誘導体の電解質中の含有量を、電解質の溶媒成分中における重量%で表しているが、上記溶媒成分はすべてが常温で液体のもので構成されていることを要しない。例えば、ジフェニルジスルフィドまたはその誘導体中には常温で固体のものもあるが、それを溶媒に溶かすと溶液になるので、本発明では、それも溶媒成分ということにする。言い換えると、例えば、電解質が電解液である場合は、それをイオン伝導に直接関与するリチウム塩などの電解質塩とそれ以外のものとに分けたときにリチウム塩などの電解質塩以外のものを溶媒成分とする。また、電解質がゲル状ポリマー電解質である場合は、それをイオン伝導に直接関与するリチウム塩などの電解質塩およびゲル化剤とそれら以外のものとに分けたときにリチウム塩などの電解質塩およびゲル化剤以外のものを溶媒成分とする。
【0020】
ジフェニルジスルフィドまたはその誘導体を含有する電解液の調製は、例えば、溶媒にリチウム塩などの電解質塩を溶解させておいてから、その中にジフェニルジスルフィドまたはその誘導体を添加して混合するか、あるいは溶媒とジフェニルジスルフィドまたはその誘導体とを混合してから、その中にリチウム塩などの電解質塩を溶解させることにより行ってもよいし、溶媒にジフェニルジスルフィドまたはその誘導体とリチウム塩などの電解質塩を同時添加して混合することにより行ってもよい。
【0021】
ゲル状ポリマー電解質は、電解液をゲル化剤によってゲル化したものに相当するが、そのゲル化にあたっては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリロニトリルなどの直鎖状ポリマーまたはそれらのコポリマー、紫外線や電子線などの活性光線の照射によりポリマー化する多官能モノマー(例えば、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートなどの四官能以上のアクリレートおよび上記アクリレートと同様の四官能以上のメタクリレートなど)などが用いられる。ただし、モノマーの場合、モノマーそのものが電解液をゲル化させるのではなく、上記モノマーをポリマー化したポリマーがゲル化剤として作用する。
【0022】
上記のように多官能モノマーを用いて電解液をゲル化させる場合、必要であれば、重合開始剤として、例えば、ベンゾイル類、ベンゾインアルキルエーテル類、ベンゾフェノン類、ベンゾイルフェニルフォスフィンオキサイド類、アセトフェノン類、チオキサントン類、アントラキノン類などを使用することができ、さらに重合開始剤の増感剤としてアルキルアミン類、アミノエステル類なども使用することもできる。そして、ゲル状ポリマー電解質を前記のようにリチウム塩などの電解質およびゲル化剤とそれら以外のものとに分ける場合には、これらの重合開始剤や増感剤もゲル化剤の中に含ませて考えればよい。
【0023】
そして、このゲル状ポリマー電解質にジフェニルジスルフィドまたはその誘導体を含有させるには、そのゲル化前の電解液に前記のようにジフェニルジスルフィドまたはその誘導体を含有させておけばよい。
【0024】
正極は、例えば、正極集電材の少なくとも一部に正極活物質を含有する正極合剤層を形成することによって作製される。
【0025】
上記正極活物質としては、特に限定されることなく種々のものを用い得るが、リチウムを含む遷移金属酸化物がエネルギー密度が高く、可逆性に優れていることから好ましく、具体的には、例えば、LiCoO2 などのリチウムコバルト酸化物、LiMn2 4 などのリチウムマンガン酸化物、LiNiO2 などのリチウムニッケル酸化物、それらの混合物、さらにはそれらの構成元素の一部を他の元素で置換したものなどが好適に用いられる。ただし、正極活物質は、上記例示のものに限られることなく、例えば、一次元鎖状構造、二次元層状構造、三次元チャンネル構造、アモルファス構造などを有するコバルト、ニッケル、バナジウム、マンガン、鉄酸化物などのリチウム複合酸化物またはカルコゲンまたは導電性高分子などのリチウムを含んだ物質の中から適宜選択すればよい。
【0026】
正極は、例えば、上記正極活物質に、必要に応じ、例えば黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックなどの導電助剤とバインダーを添加して混合し、溶剤を用いてペースト状にし(バインダーはあらかじめ溶剤に溶解させておいてから正極活物質などと混合してもよい)、得られた正極合剤含有ペーストを正極集電材に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成し、必要に応じて加圧成形する工程を経ることによって作製される。ただし、正極の作製方法は、上記例示のものに限られることなく、他の方法によってもよい。
【0027】
正極に用いる正極集電材は、アルミニウムを主成分とする金属箔が好ましく、その純度は98重量%以上99.9重量%未満が好ましい。通常のリチウムイオン二次電池では純度が99.9重量%以上のアルミニウム箔が正極集電材として用いられているが、本発明においては高容量化のため厚さが15μm以下の薄い金属箔を用いるのが好ましい。そのため、薄くても使用に耐え得る強度にしておくことが好ましく、そのような強度を確保するためには純度が99.9重量%未満であることが好ましい。アルミニウムに添加する金属として特に好ましいのは、鉄とシリコンである。鉄は0.5重量%以上が好ましく、さらに好ましくは0.7重量%以上であり、また、2重量%以下が好ましく、より好ましくは1.3重量%以下である。シリコンは0.1重量%以上が好ましく、より好ましくは0.2重量%以上であり、また1.0重量%以下が好ましく、より好ましくは0.3重量%以下である。これらの鉄やシリコンはアルミニウムと合金化していることが必要であり、アルミニウム中に不純物として存在するものではない。
【0028】
そして、正極集電材の引っ張り強度としては150N/mm2 以上が好ましく、より好ましくは180N/mm2 以上である。また、本発明において用いる正極集電材は、伸びが2%以上であることが好ましく、より好ましくは3%以上である。これは、電極積層体の単位体積当たりの放電容量が大きくなるにつれて、正極合剤層の充電時の膨張が大きくなるため、その膨張によって正極集電材に応力が発生し、亀裂や切断などが生じやすくなるが、正極集電材の伸びを大きくしておくと、その伸びによって応力が緩和され、前記の亀裂や切断などを防止できるようになり、サイクル特性が向上するからである。ただし、あまりにも薄くなりすぎると、製造時に正極集電材の強度不足による切断などが生じるおそれがあるため、正極集電材の厚みとしては、5μm以上、特に8μm以上が実用上適している。
【0029】
また、正極集電材の表面は、片面が粗面化されていることが好ましく、その粗な面が巻回時に外周側に配置するように巻回体を構成することが好ましい。これは、電極積層体の単位体積当たりの放電容量が130mAh/cm3 以上となった場合、正極の外周側の方が内周側よりも活物質が劣化しやすくなり、一方の側の活物質が早く劣化した場合、過充電時に電池の温度上昇が大きくなるなど、安全性を低下させる要因になるため、集電材の粗な面を外周側に配置することにより、外周側の面の合剤層の接着性を高めて劣化を抑制し、正極の劣化を均等化するためである。粗な面の平均粗度はRa(JIS B 0601に規定の中心線平均粗さ)で0.1〜0.5μmが好ましく、0.2〜0.3μmがより好ましい。また、反対面(光沢面)の平均粗度はRaで0.2μm以下が好ましく、0.1μm以下がより好ましい。
【0030】
正極の作製にあたって用いるバインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンプロピレンジエンゴム、フッ素ゴム、スチレンブタジエンゴム、セルロース系樹脂、ポリアクリル酸などが挙げられ、これらはそれぞれ単独でまたは2種以上の混合物として用いることができる。
【0031】
負極に用いる活物質は、リチウムイオンをドープ・脱ドープできるものであればよく、例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭などの炭素材料が挙げられる。特に2500℃以上で焼成したメソカーボンマイクロビーズは、負極合剤層を高密度に作製してもサイクル特性が良好であることから好ましい。また、Si、Sn、Inなどの合金、あるいはLiに近い低電位で充放電できるSi、Snなどの酸化物、LiとCoの窒化物なども負極活物質として用いることができる。
【0032】
負極活物質として炭素材料を用いる場合、該炭素材料は下記の特性を持つものが好ましい。すなわち、その(002)面の面間距離d002 に関しては、0.35nm以下が好ましく、より好ましくは0.345nm以下である。そして、上記炭素材料の平均粒径は8〜20μm、特に10〜15μmが好ましい。これは、粒径を小さくすることによって密度が高くなり容量を高めることができるが、粒径が小さくなりすぎると安全性が低下するという理由に基づいている。また、炭素材料の純度は99.9重量%以上が好ましい。
【0033】
負極は、例えば、上記負極活物質に、必要に応じ、正極の場合と同様のバインダーなどを加え、混合して負極合剤を調製し、それを溶剤に分散させてペーストにし(バインダーはあらかじめ溶剤に溶解させておいてから負極活物質などと混合してもよい)、その負極合剤含有ペーストを銅箔などからなる負極集電材に塗布し、乾燥して、負極集電材の少なくとも一部に負極合剤層を形成し、必要に応じて、加圧成形する工程を経ることによって作製される。ただし、負極の作製方法は、上記例示の方法に限られることなく、他の方法によってもよい。
【0034】
上記負極集電材としては、例えば、銅箔、ニッケル箔、ステンレス鋼箔などの金属箔や、それらの金属を網状にしたものなどが用いられるが、特に銅箔が適している。また、負極集電材についても、正極集電材の場合と同様な理由から、その片面が粗面化されているものを用いてもよい。
【0035】
負極に炭素材料を用いる場合は、その負極合剤層の密度を1.4g/cm3 以上にすることが高容量化を図る上で好ましい。
【0036】
セパレータとしては、特に限定されることはないが、例えば、厚みが20μm以下の微孔性ポリエチレンフィルム、微孔性ポリプロピレンフィルム、微孔性エチレン−プロピレンコポリマーフィルムなどのポリオレフィン系セパレータは、薄くても充分な強度を有していて、正極活物質や負極活物質などの充填量を高めることができるので、本発明において特に好適に用いられる。
【0037】
【実施例】
つぎに、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限定されるものではない。
【0038】
実施例1
メチルエチルカーボネートとエチレンカーボネートとを重量比67:33で混合し、この混合溶媒に対してLiPF6 を1.4mol/lの割合で溶解させ、その中に溶媒成分中での含有量が2重量%となるように固体のジフェニルジスルフィドを添加し、溶解させて電解液を調製した。
【0039】
上記とは別に、LiCoO2 に導電助剤として鱗片状黒鉛を重量比100:6で加えて混合し、この混合物と、ポリフッ化ビニリデンをN−メチル−2−ピロリドンにあらかじめ溶解させておいた溶液とを混合して正極合剤含有ペーストを調製した。このポリフッ化ビニリデンの量はLiCoO2 に対して重量比で100:3.8(LiCoO2 100重量部に対してポリフッ化ビニリデン3.8重量部)であった。得られた正極合剤含有ペーストを70メッシュの網を通過させて大きなものを取り除いた後、厚さ15μmのアルミニウムを主成分とする金属箔からなる正極集電材の両面に塗布量が24.5mg/cm2 (ただし、乾燥後の正極合剤量)となるように均一に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成し、その後、ローラープレス機により加圧成形した後、所定のサイズに切断し、リード体を溶接して、帯状の正極を得られた。
【0040】
正極集電材として用いたアルミニウムを主成分とする金属箔は、鉄を1重量%、シリコンを0.15重量%含んでおり、アルミニウムの純度は98重量%以上であった。また、正極集電材として用いたアルミニウムを主成分とする金属箔の引っ張り強度は185N/mm2 であり、粗面の平均粗度Raは0.2μm、光沢面の平均粗度Raは0.04μmで、伸びは3%であった。
【0041】
つぎに、メソカーボンマイクロビーズ〔ただし、(002)面の面間距離d002 が0.337nmで、c軸方向の結晶子の大きさLcが95nmであり、平均粒径15μm、純度99.9重量%以上という特性を持つ黒鉛系炭素材料〕を、ポリフッ化ビニリデンをN−メチル−2−ピロリドンにあらかじめ溶解させておいた溶液と混合して負極合剤含有ペーストを調製した。このポリフッ化ビニリデンの量は黒鉛系炭素材料に対して重量比で92:8(黒鉛系炭素材料100重量部に対してポリフッ化ビニリデン8.7重量部)であった。得られた負極合剤含有ペーストを70メッシュの網を通過させて大きなものを取り除いた後、厚さ10μmの帯状の銅箔からなる負極集電材の両面に塗布量が12.0mg/cm2 (ただし、乾燥後の負極合剤量)となるように均一に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成し、その後、ローラープレス機により加圧成形した後、所定のサイズに切断し、リード体を溶接して、帯状の負極を得られた。なお、この負極における負極合剤層の密度は1.5g/cm3 であった。
【0042】
前記帯状の正極を厚さ20μmの微孔性ポリエチレンフィルムからなるセパレータを介して上記帯状の負極に重ね、渦巻状に巻回して渦巻状巻回構造の電極積層体にした。その際、アルミニウムを主成分とする金属箔からなる正極集電材の粗面が外周側になるようにした。上記電極積層体の体積は11.4cm3 であった。その後、この電極積層体を外径18mmの有底円筒状の電池ケース内に充填し、正極および負極をリード体の溶接を行った。
【0043】
つぎに、上記電解液を電池ケース内に注入し、電解液がセパレータなどに充分に浸透した後、封口し、予備充電、エイジングを行い、図1の模式図に示すような構造の筒形の非水二次電池を作製した。
【0044】
図1に示す電池について説明すると、1は前記の正極で、2は前記の負極である。ただし、図1では、繁雑化を避けるため、正極1や負極2の作製にあたって使用された集電材などは図示していない。そして、これらの正極1と負極2はセパレータ3を介して渦巻状に巻回され、渦巻状巻回構造の電極積層体にして、上記の特定電解液からなる電解質4と共に電池ケース5内に収容されている。
【0045】
電池ケース5は前記のようにステンレス鋼製で、その底部には上記渦巻状巻回構造の電極積層体の挿入に先立って、ポリプロピレンからなる絶縁体6が配置されている。封口板7は、アルミニウム製で円板状をしていて、その中央部に薄肉部7aを設け、かつ上記薄肉部7aの周囲に電池内圧を防爆弁9に作用させるための圧力導入口7bとしての孔が設けられている。そして、この薄肉部7aの上面に防爆弁9の突出部9aが溶接され、溶接部分11を構成している。なお、上記の封口板7に設けた薄肉部7aや防爆弁9の突出部9aなどは、図面上での理解がしやすいように、切断面のみを図示しており、切断面後方の輪郭線は図示を省略している。また、封口板7の薄肉部7aと防爆弁9の突出部9aとの溶接部分11も、図面上での理解が容易なように、実際よりは誇張した状態に図示している。
【0046】
端子板8は、圧延鋼製で表面にニッケルメッキが施され、周縁部が鍔状になった帽子状をしており、この端子板8にはガス排出口8aが設けられる。防爆弁9は、アルミニウム製で円板状をしており、その中央部には発電要素側(図1では、下側)に先端部を有する突出部9aが設けられ、かつ薄肉部9bが設けられ、上記突出部9aの下面が、前記したように、封口板7の薄肉部7aの上面に溶接され、溶接部分11を構成している。絶縁パッキング10は、ポリプロピレン製で環状をしており、封口板7の周縁部の上部に配置され、その上部に防爆弁9が配置していて、封口板7と防爆弁9とを絶縁するとともに、両者の間から液状の電解質が漏れないように両者の間隙を封止している。環状ガスケット12はポリプロピレン製で、リード体13はアルミニウム製で、前記封口板7と正極1とを接続し、電極積層体の上部には絶縁体14が配置され、負極2と電池ケース5の底部とはニッケル製のリード体15で接続されている。
【0047】
この電池においては、封口板7の薄肉部7aと防爆弁9の突出部9aとが溶接部分11で接触し、防爆弁9の周縁部と端子板8の周縁部とが接触し、正極1と封口板7とは正極側のリード体13で接続されているので、通常の状態では、正極1と端子板8とはリード体13、封口板7、防爆弁9およびそれらの溶接部分11によって電気的接続が得られ、電路として正常に機能する。
【0048】
そして、電池が過充電によって発熱するなど、電池に異常事態が起こり、電池内部にガスが発生して電池の内圧が上昇した場合には、その内圧上昇により、防爆弁9の中央部が内圧方向(図1では、上側の方向)に変形し、それに伴って溶接部分11で一体化されている封口板7の薄肉部7aに剪断力が働いて該薄肉部7aが破断するか、または防爆弁9の突出部9aと封口板7の薄肉部7aとの溶接部分11が剥離して電流を遮断し、ついで、防爆弁9に設けられている薄肉部9bが開裂してガスを端子板8のガス排出口8aから電池外部に排出させて電池の破裂を防止することができるように設計されている。
【0049】
実施例2
電解液の溶媒成分中におけるジフェニルジスルフィドの含有量を1重量%とした以外は、実施例1と同様に筒形の非水二次電池を作製した。
【0050】
実施例3
電解液の溶媒成分中におけるジフェニルジスルフィドの含有量を5重量%とした以外は、実施例1と同様に筒形の非水二次電池を作製した。
【0051】
実施例4
電解液の溶媒成分中におけるジフェニルジスルフィドの含有量を10重量%とした以外は、実施例1と同様に筒形の非水二次電池を作製した。
【0052】
実施例5
平均粒径が10μmのメソカーボンマイクロビーズ〔ただし、(002)面の面間距離d002 が0.335nmで、c軸方向の結晶子の大きさLcが95nmであり、純度99.9重量%以上という特性を持つ黒鉛系炭素材料〕を負極活物質として用いた以外は、実施例1と同様に、筒形の非水二次電池を作製した。
【0053】
比較例1
ジフェニルジスルフィドを電解液中に含有させなかった以外は、実施例1と同様に、筒形の非水二次電池を作製した。
【0054】
上記実施例1〜5および比較例1の電池を、定電流放電1800mA(1C)で3.0Vまで放電した後、1800mAで充電し、4.2Vの定電圧に保つ条件で2.5時間充電を行った。その後、電池を1800mAで3.0Vまで放電して放電容量を測定し、その放電容量に基づき電極積層体の単位体積当たりの放電容量(放電容量/電極積層体の体積)を求めた。その結果を表1に示す
【0055】
また、上記実施例1〜5および比較例1の電池について、あらかじめ50%充電状態にしてから過充電試験を行い、その特性を評価した。過充電試験は、18Vの電源を用い、それぞれの電池に1800mA(1C)の電流を強制的に流し続けるという通常では起こらない異常動作を想定して行い、そのときの温度の上昇開始時期、内圧上昇に伴う電流遮断装置(安全機構)の作動時期、電池の到達する最高温度を測定した。その結果を表1に過充電時の温度上昇開始時期、過充電時の電流遮断装置の作動時期、過充電時の電池の到達最高温度として電極積層体の単位体積当たりの放電容量とともに示す。
【0056】
【表1】

Figure 0004974404
【0057】
表1に示すように、ジフェニルジスルフィドを電解液中に含有させなかった比較例1の電池は、過充電時の電池の到達最高温度が92℃であったのに対し、ジフェニルジスルフィドを電解液中に含有させた実施例1〜5の電池は、過充電時の電池の到達最高温度が61〜71℃と低い値になった。また、実施例1〜5の電池では、比較例1の電池より、早く温度上昇が始まり、早く電流遮断装置が作動した。これは、実施例1〜5の電池では、正極表面に形成された被膜によるインピーダンスの上昇により、温度上昇の開始が比較例1の電池より早くなり、また、ジフェニルジスルフィドの分解による内圧上昇などによって電流遮断装置が比較例1の電池より早く作動し、その反面、正極または負極と電解液との反応が抑制されるので、その反応熱による温度上昇が抑制され、その結果、過充電時の電池の到達最高温度が比較例1の電池より低くなったことによるものと考えられる。
【0058】
このように、本発明の実施例1〜5の電池は、電極積層体の単位体積当たりの放電容量が130mAh/cm3 以上の高容量であるにもかかわらず、従来電池に相当する比較例1の電池に比べて高い安全性を有していた。
【0059】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、高容量で、かつ過充電時などの異常発生時における安全性が高い非水二次電池を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る非水二次電池の一例を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
1 正極
2 負極
3 セパレータ
4 電解質[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-aqueous secondary battery, and more particularly, to a non-aqueous secondary battery with high capacity and high safety when an abnormality occurs such as during overcharging.
[0002]
[Prior art]
Non-aqueous secondary batteries typified by lithium ion secondary batteries have a large capacity, high voltage, high energy density, and high output, and therefore there is an increasing demand. As the application range is expanded, studies for further increasing the capacity have been continued, and it has been pointed out as a problem that the safety is lowered accordingly. In the past, studies have been made to eliminate this reduction in safety by improving various components such as an electrode structure, a charge / discharge circuit, an electrolytic solution composition, and an active material composition.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the present inventors have improved the discharge capacity per unit volume of the electrode laminate with the aim of further increasing the capacity of the non-aqueous secondary battery, the value is 130 mAh / cm.ThreeFrom the above, it has been found that conventional safety measures do not provide sufficient safety against abnormalities such as overcharging, resulting in a battery with poor safety.
[0004]
The present invention solves the problems of the conventional non-aqueous secondary battery as described above, and provides a non-aqueous secondary battery with high capacity and high safety in the event of an abnormality such as overcharge. Objective.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention relates to a positive electrode, a negative electrodeAnd electrode laminate having separator,Electrolytes,AndHas a current interrupt device that operates when the internal pressure risesThe discharge capacity per unit volume of the electrode laminate is 130 mAh / cm. 3 That's itIn a non-aqueous secondary battery, diphenyl disulfide or a derivative thereof is contained in the electrolyte.The negative electrode has a density of 1.4 g / cm 3 It shall have the above mixture layerThis solves the above problem.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, in the present invention, the reason why high safety can be obtained even when an abnormality such as overcharge occurs by the above-described configuration, and a preferred embodiment of the present invention will be described.
[0007]
First, in order to increase the capacity of the battery, for example, the density of the negative electrode mixture layer is set to 1.4 g / cm 3.ThreeThus, the discharge capacity per unit volume of the electrode laminate is 130 mAh / cm.ThreeIn the case described above, the reaction between the positive electrode or the negative electrode and the electrolytic solution (liquid electrolyte) is likely to occur, and there is a high risk of causing the battery to ignite or rupture due to heat generation when an abnormality occurs during overcharging or the like.
[0008]
However, by including diphenyl disulfide or a derivative thereof in the electrolyte, a film based on diphenyl disulfide or a derivative thereof is formed on the surface of the positive electrode at the occurrence of an abnormality such as overcharge or application of an abnormal voltage, and the impedance increases. The reaction between the positive electrode or the negative electrode and the electrolytic solution (liquid electrolyte) is suppressed, and heat generation of the battery can be suppressed. Moreover, it is possible to prevent an excessive current from flowing due to an increase in impedance due to the coating based on the diphenyl disulfide or a derivative thereof, thereby improving safety. On the other hand, heat generation occurs due to the above-mentioned increase in impedance, so that the start of the temperature rise of the battery when an abnormality such as overcharge occurs, gas is generated due to decomposition of diphenyl disulfide or its derivative, and overcharge etc. The internal pressure of the battery rises in a short time after reaching an abnormal state. As a result, in a battery equipped with a safety mechanism that cuts off the current when the internal pressure increases, the time until the safety mechanism operates is shortened, the safety is further ensured, and the safety is further enhanced.
[0009]
Examples of the derivatives of diphenyl disulfide used in the present invention include bis (4-methoxyphenyl) disulfide, bis (4-methylphenyl) disulfide, bis (2-naphthalyl) disulfide, bis (4-chlorophenyl) disulfide, bis (t -Butylphenyl) disulfide, bis (2,5-dimethylphenyl) disulfide, bis (2,3-dimethoxyphenyl) disulfide and the like.
[0010]
In the present invention, the content of diphenyl disulfide or a derivative thereof in the electrolyte is preferably 0.05 to 10% by weight in the solvent component of the electrolyte. That is, by setting the content of diphenyl disulfide or a derivative thereof in the electrolyte to 0.05% by weight or more in the solvent component of the electrolyte, the positive electrode or the negative electrode and the electrolyte (liquid electrolyte) As a result, the effect of suppressing the heat generation of the battery is increased, the internal pressure is easily increased, and the operation of a safety mechanism such as a current interrupting device can be accelerated. It is done. The content of diphenyl disulfide or a derivative thereof is more preferably 0.5% by weight or more in the solvent component of the electrolyte, and further preferably 1% by weight or more. On the other hand, as the content of diphenyl disulfide or its derivative increases, the discharge capacity tends to decrease slightly. From the point of achieving high capacity, the content of diphenyl disulfide or its derivative in the electrolyte is In the solvent component of the electrolyte, it is preferably 10% by weight or less, more preferably 5% by weight or less, and further preferably 2% by weight or less.
[0011]
In the present invention, the volume of the electrode laminate refers to a volume in the battery such as a laminate of the positive electrode, the negative electrode and the separator, or a roll of the positive electrode, the negative electrode and the separator (the electrolyte is a separator like a gel polymer electrolyte). In the case of a battery having a positive electrode, a negative electrode, and a gel polymer electrolyte, the volume of the battery is a volume based on the winding axis used for winding. The through hole at the center of the rotating body is not included as a volume. In short, the total volume of the positive electrode, negative electrode, and separator (or gel polymer electrolyte) occupied in the battery is the sum.
[0012]
These three volumes of the positive electrode, negative electrode, and separator (or gel polymer electrolyte) are important factors that determine the capacity of the battery, and the discharge capacity (discharge) per unit volume of the electrode stack regardless of the size of the battery. The capacity density of the batteries can be compared by calculating (capacity / volume of electrode stack). In addition, the discharge capacity at that time is determined according to the general usage conditions of the battery [for example, LiCoO as a positive electrode active material.2For non-aqueous secondary batteries using a carbon material as the negative electrode active material, a combination of constant current charging and constant voltage charging up to 4.2 V at 25C and 1 C (current that can discharge the battery in 1 hour) (Charge time is 2.5 hours, and discharge to 3V at 0.2C).
[0013]
The electrolyte used in the present invention may be either a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte. However, in the present invention, particularly when a liquid electrolyte is used, the effect is remarkably exhibited. The expression “electrolytic solution” is used for the liquid electrolyte, and this will be described in detail.
[0014]
In the present invention, the electrolytic solution is prepared, for example, by dissolving an electrolyte salt such as a lithium salt in a nonaqueous solvent such as an organic solvent. An ester is preferably used as the solvent. In particular, chain esters are preferably used because they lower the viscosity of the electrolyte and increase the ionic conductivity. Examples of such chain esters include chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate, chain alkyl esters such as methyl propionate, and chain phosphate triesters such as trimethyl phosphate. Among them, chain carbonates are particularly preferable.
[0015]
In addition, it is preferable to use an ester having the following high dielectric constant (ester having a dielectric constant of 30 or more) in combination with the chain ester because load characteristics and the like are improved. Examples of the ester having a high dielectric constant include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and γ-butyrolactone. In particular, those having a cyclic structure are preferred, cyclic carbonates are particularly preferred, and ethylene carbonate is most preferred.
[0016]
The ester having a high dielectric constant is preferably 50% by weight or less, more preferably 40% by weight or less in the total solvent of the electrolytic solution. And the improvement of the characteristic by ester with these high dielectric constants will become remarkable when the said high dielectric constant becomes 10 weight% or more in all the solvents of electrolyte solution, and will become more remarkable when it reaches 20 weight%. Further, the chain ester mixed with this is preferably 50% by weight or more, more preferably 60% by weight or more in the total solvent of the electrolytic solution.
[0017]
Examples of solvents that can be used in combination with the ester include 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dioxolane, tetrahydrofuran, 2-methyl-tetrahydrofuran, diethyl ether, and the like. In addition, amine-based or imide-based organic solvents, sulfur-containing or fluorine-containing organic solvents, and the like can also be used. These solvents can be used alone or in combination of two or more.
[0018]
Examples of the electrolyte salt such as a lithium salt used in preparing the electrolytic solution include LiClO.Four, LiPF6, LiBFFour, LiAsF6, LiCFThreeSOThree, LiCFourF9SOThree, LiCFThreeCO2, Li2C2FFour(SOThree)2, LiN (CFThreeSO2)2, LiC (CFThreeSO2)Three, LiCnF2n + 1SOThree(N ≧ 2), LiN (RfOSO2)2[Wherein Rf is a fluoroalkyl group] or the like may be used alone or in combination of two or more.6And LiCFourF9SOThreeEtc. are preferable. The concentration of an electrolyte salt such as a lithium salt in the electrolytic solution is not particularly limited, but is preferably 0.3 mol / l or more, more preferably 0.4 mol / l or more, and 1.7 mol / l or less. Is preferable, and 1.5 mol / l or less is more preferable.
[0019]
In the present invention, the content of diphenyl disulfide and its derivative in the electrolyte is expressed in terms of weight% in the solvent component of the electrolyte, but all the solvent components are composed of liquids at room temperature. I don't need it. For example, some diphenyl disulfides or derivatives thereof are solid at room temperature, but when dissolved in a solvent, a solution is formed. Therefore, in the present invention, it is also referred to as a solvent component. In other words, for example, when the electrolyte is an electrolytic solution, when the electrolyte is divided into an electrolyte salt such as a lithium salt that directly participates in ionic conduction and another electrolyte, other than the electrolyte salt such as a lithium salt is used as a solvent. Ingredients. In addition, when the electrolyte is a gel polymer electrolyte, the electrolyte salt and gel such as lithium salt when the electrolyte is divided into electrolyte salt and gelling agent such as lithium salt directly involved in ionic conduction and others. A solvent component other than the agent is used.
[0020]
Preparation of an electrolytic solution containing diphenyl disulfide or a derivative thereof can be performed, for example, by dissolving an electrolyte salt such as a lithium salt in a solvent, and then adding and mixing diphenyl disulfide or a derivative thereof in the solvent. And diphenyl disulfide or a derivative thereof may be mixed, and then an electrolyte salt such as a lithium salt may be dissolved therein, or an electrolyte salt such as diphenyl disulfide or a derivative thereof and a lithium salt may be added simultaneously to a solvent And mixing may be performed.
[0021]
The gel polymer electrolyte corresponds to an electrolyte solution gelled by a gelling agent. For the gelation, for example, a linear polymer such as polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyacrylonitrile, or a copolymer thereof, Polyfunctional monomers that polymerize upon irradiation with actinic rays such as ultraviolet rays and electron beams (for example, pentaerythritol tetraacrylate, ditrimethylolpropane tetraacrylate, ethoxylated pentaerythritol tetraacrylate, dipentaerythritol hydroxypentaacrylate, dipentaerythritol hexaacrylate Tetrafunctional or higher acrylates and the like, and tetrafunctional or higher acrylates similar to the above acrylates). However, in the case of a monomer, the monomer itself does not gel the electrolyte solution, but a polymer obtained by polymerizing the monomer acts as a gelling agent.
[0022]
When gelling an electrolyte solution using a polyfunctional monomer as described above, if necessary, as a polymerization initiator, for example, benzoyls, benzoin alkyl ethers, benzophenones, benzoylphenylphosphine oxides, acetophenones Thioxanthones, anthraquinones and the like can be used, and alkylamines and aminoesters can also be used as a sensitizer for the polymerization initiator. When the gel polymer electrolyte is divided into an electrolyte such as a lithium salt and a gelling agent as described above and the other, the polymerization initiator and the sensitizer are also included in the gelling agent. Think about it.
[0023]
In order to contain diphenyl disulfide or a derivative thereof in the gel polymer electrolyte, diphenyl disulfide or a derivative thereof may be contained in the electrolyte before gelation as described above.
[0024]
The positive electrode is produced, for example, by forming a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material on at least a part of the positive electrode current collector.
[0025]
As the positive electrode active material, various materials can be used without any particular limitation, but a transition metal oxide containing lithium is preferable because of its high energy density and excellent reversibility. LiCoO2Lithium cobalt oxide such as LiMn2OFourLithium manganese oxide such as LiNiO2Lithium nickel oxides such as those, mixtures thereof, and those obtained by substituting some of the constituent elements with other elements are preferably used. However, the positive electrode active material is not limited to the above-described examples, for example, cobalt, nickel, vanadium, manganese, iron oxide having a one-dimensional chain structure, a two-dimensional layer structure, a three-dimensional channel structure, an amorphous structure, etc. What is necessary is just to select suitably from lithium containing oxides, such as lithium complex oxides, such as a thing, or chalcogen or a conductive polymer.
[0026]
The positive electrode is, for example, added to the above positive electrode active material, if necessary, for example, a conductive additive such as graphite, carbon black, acetylene black, and a binder, and mixed, and made into a paste using a solvent (the binder is previously added to the solvent). It may be dissolved and then mixed with the positive electrode active material, etc.), and the obtained positive electrode mixture-containing paste is applied to the positive electrode current collector and dried to form a positive electrode mixture layer, and added as necessary. It is manufactured through a step of pressure forming. However, the method for manufacturing the positive electrode is not limited to the above-described examples, and other methods may be used.
[0027]
The positive electrode current collector used for the positive electrode is preferably a metal foil containing aluminum as a main component, and its purity is preferably 98% by weight or more and less than 99.9% by weight. In an ordinary lithium ion secondary battery, an aluminum foil having a purity of 99.9% by weight or more is used as a positive electrode current collector, but in the present invention, a thin metal foil having a thickness of 15 μm or less is used in order to increase the capacity. Is preferred. Therefore, it is preferable to have a strength that can be used even if it is thin. In order to ensure such strength, the purity is preferably less than 99.9% by weight. Particularly preferred as metals to be added to aluminum are iron and silicon. Iron is preferably 0.5% by weight or more, more preferably 0.7% by weight or more, and preferably 2% by weight or less, more preferably 1.3% by weight or less. Silicon is preferably 0.1% by weight or more, more preferably 0.2% by weight or more, and preferably 1.0% by weight or less, more preferably 0.3% by weight or less. These iron and silicon need to be alloyed with aluminum and do not exist as impurities in aluminum.
[0028]
The tensile strength of the positive electrode current collector is 150 N / mm.2Or more, more preferably 180 N / mm2That's it. The positive electrode current collector used in the present invention preferably has an elongation of 2% or more, more preferably 3% or more. This is because, as the discharge capacity per unit volume of the electrode laminate increases, the positive electrode mixture layer expands during charging, and this expansion causes stress in the positive electrode current collector, resulting in cracks and cuts. This is because, if the elongation of the positive electrode current collector is increased, the stress is relieved by the elongation, and the above-described cracking and cutting can be prevented, and the cycle characteristics are improved. However, if it is too thin, there is a risk of cutting due to insufficient strength of the positive electrode current collector during production. Therefore, the thickness of the positive electrode current collector is practically suitable to be 5 μm or more, particularly 8 μm or more.
[0029]
Moreover, it is preferable that the surface of the positive electrode current collector is roughened on one side, and the winding body is preferably configured so that the rough surface is disposed on the outer peripheral side during winding. This is because the discharge capacity per unit volume of the electrode laminate is 130 mAh / cm.ThreeWhen it is above, the active material on the outer peripheral side of the positive electrode is more likely to deteriorate than the inner peripheral side, and when the active material on one side deteriorates faster, the temperature rise of the battery during overcharge, etc. Since this is a factor that reduces safety, the rough surface of the current collector is placed on the outer peripheral side to increase the adhesion of the mixture layer on the outer peripheral surface to suppress deterioration and equalize the deterioration of the positive electrode. It is to do. The average roughness of the rough surface is preferably Ra (centerline average roughness specified in JIS B 0601), preferably 0.1 to 0.5 μm, and more preferably 0.2 to 0.3 μm. In addition, the average roughness of the opposite surface (glossy surface) is preferably Ra of 0.2 μm or less, and more preferably 0.1 μm or less.
[0030]
Examples of the binder used in the production of the positive electrode include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, ethylene propylene diene rubber, fluorine rubber, styrene butadiene rubber, cellulosic resin, polyacrylic acid, and the like. It can be used as a mixture of two or more.
[0031]
The active material used for the negative electrode may be any material that can be doped / undoped with lithium ions. For example, graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies, mesocarbon microbeads And carbon materials such as carbon fiber and activated carbon. In particular, mesocarbon microbeads fired at 2500 ° C. or higher are preferable because the cycle characteristics are good even when the negative electrode mixture layer is formed at a high density. Further, alloys such as Si, Sn, and In, oxides such as Si and Sn that can be charged and discharged at a low potential close to Li, and nitrides of Li and Co can also be used as the negative electrode active material.
[0032]
When a carbon material is used as the negative electrode active material, the carbon material preferably has the following characteristics. That is, the distance d between the (002) planes.002Is preferably 0.35 nm or less, more preferably 0.345 nm or less. And the average particle diameter of the said carbon material is 8-20 micrometers, Especially 10-15 micrometers is preferable. This is based on the reason that the density can be increased and the capacity can be increased by reducing the particle size, but if the particle size becomes too small, the safety is lowered. The purity of the carbon material is preferably 99.9% by weight or more.
[0033]
For the negative electrode, for example, if necessary, the same binder as in the case of the positive electrode is added to the negative electrode active material, and mixed to prepare a negative electrode mixture, which is dispersed in a solvent and made into a paste (the binder is previously a solvent) And then mixed with a negative electrode active material, etc.), and the negative electrode mixture-containing paste is applied to a negative electrode current collector made of copper foil and dried to form at least a part of the negative electrode current collector It is produced by forming a negative electrode mixture layer and, if necessary, undergoing a pressure molding step. However, the method for manufacturing the negative electrode is not limited to the above-described method, and other methods may be used.
[0034]
Examples of the negative electrode current collector include metal foils such as copper foils, nickel foils, and stainless steel foils, and those made of these metals in a net shape. Copper foils are particularly suitable. In addition, as the negative electrode current collector, a material whose one surface is roughened may be used for the same reason as in the case of the positive electrode current collector.
[0035]
When a carbon material is used for the negative electrode, the density of the negative electrode mixture layer is 1.4 g / cm.ThreeThe above is preferable for increasing the capacity.
[0036]
The separator is not particularly limited. For example, a polyolefin-based separator such as a microporous polyethylene film having a thickness of 20 μm or less, a microporous polypropylene film, or a microporous ethylene-propylene copolymer film may be thin. Since it has sufficient strength and can increase the filling amount of the positive electrode active material, the negative electrode active material, etc., it is particularly preferably used in the present invention.
[0037]
【Example】
Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, this invention is not limited only to those Examples.
[0038]
Example 1
Methyl ethyl carbonate and ethylene carbonate are mixed at a weight ratio of 67:33, and LiPF is added to the mixed solvent.6Was dissolved at a rate of 1.4 mol / l, and solid diphenyl disulfide was added and dissolved therein so that the content in the solvent component was 2% by weight.
[0039]
Apart from the above, LiCoO2A graphite powder as a conductive assistant was added at a weight ratio of 100: 6 and mixed, and this mixture was mixed with a solution in which polyvinylidene fluoride was previously dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone. An agent-containing paste was prepared. The amount of this polyvinylidene fluoride is LiCoO2To 100: 3.8 (LiCoO2It was 3.8 parts by weight of polyvinylidene fluoride with respect to 100 parts by weight. The obtained positive electrode mixture-containing paste was passed through a 70-mesh net to remove a large one, and then the coating amount was 24.5 mg on both surfaces of a positive electrode current collector made of a metal foil mainly composed of 15 μm thick aluminum. / Cm2(However, the amount of the positive electrode mixture after drying) is uniformly applied and dried to form a positive electrode mixture layer, and then press-molded with a roller press, then cut into a predetermined size, The lead body was welded to obtain a strip-shaped positive electrode.
[0040]
The metal foil mainly composed of aluminum used as the positive electrode current collector contained 1% by weight of iron and 0.15% by weight of silicon, and the purity of aluminum was 98% by weight or more. The tensile strength of the metal foil mainly composed of aluminum used as the positive electrode current collector is 185 N / mm.2The average roughness Ra of the rough surface was 0.2 μm, the average roughness Ra of the glossy surface was 0.04 μm, and the elongation was 3%.
[0041]
Next, mesocarbon microbeads [however, the distance d between (002) planes d002Is a graphite-based carbon material having the characteristics that the crystallite size Lc in the c-axis direction is 95 nm, the average particle size is 15 μm, and the purity is 99.9% by weight or more. A negative electrode mixture-containing paste was prepared by mixing with a solution previously dissolved in methyl-2-pyrrolidone. The amount of the polyvinylidene fluoride was 92: 8 by weight with respect to the graphite-based carbon material (8.7 parts by weight of polyvinylidene fluoride with respect to 100 parts by weight of the graphite-based carbon material). The obtained negative electrode mixture-containing paste was passed through a 70-mesh net to remove a large one, and then the coating amount was 12.0 mg / cm on both surfaces of a negative electrode current collector made of a strip-shaped copper foil having a thickness of 10 μm.2(However, the amount of the negative electrode mixture after drying) is uniformly applied, dried to form a negative electrode mixture layer, and then press-molded with a roller press, then cut into a predetermined size, The lead body was welded to obtain a strip-shaped negative electrode. The density of the negative electrode mixture layer in this negative electrode is 1.5 g / cm.ThreeMet.
[0042]
The belt-like positive electrode was stacked on the belt-like negative electrode via a separator made of a microporous polyethylene film having a thickness of 20 μm, and wound in a spiral shape to form an electrode laminate having a spiral winding structure. At that time, the rough surface of the positive electrode current collector made of a metal foil containing aluminum as a main component was arranged on the outer peripheral side. The volume of the electrode laminate is 11.4 cmThreeMet. Thereafter, this electrode laminate was filled in a bottomed cylindrical battery case having an outer diameter of 18 mm, and the lead body was welded to the positive electrode and the negative electrode.
[0043]
Next, the electrolyte solution is poured into the battery case, and after the electrolyte solution has sufficiently penetrated into the separator and the like, it is sealed, precharged, and subjected to aging, and has a cylindrical shape as shown in the schematic diagram of FIG. A non-aqueous secondary battery was produced.
[0044]
Referring to the battery shown in FIG. 1, 1 is the positive electrode and 2 is the negative electrode. However, in FIG. 1, in order to avoid complication, the current collecting material used in manufacturing the positive electrode 1 and the negative electrode 2 is not shown. The positive electrode 1 and the negative electrode 2 are spirally wound via a separator 3 to form an electrode laminate having a spirally wound structure and accommodated in the battery case 5 together with the electrolyte 4 made of the specific electrolyte. Has been.
[0045]
The battery case 5 is made of stainless steel as described above, and an insulator 6 made of polypropylene is disposed at the bottom of the battery case 5 prior to the insertion of the spirally wound electrode laminate. The sealing plate 7 is made of aluminum and has a disk shape. The sealing plate 7 is provided with a thin portion 7a at the center thereof, and serves as a pressure inlet 7b for allowing the battery internal pressure to act on the explosion-proof valve 9 around the thin portion 7a. Holes are provided. And the protrusion part 9a of the explosion-proof valve 9 is welded to the upper surface of this thin part 7a, and the welding part 11 is comprised. Note that the thin-walled portion 7a provided on the sealing plate 7 and the protruding portion 9a of the explosion-proof valve 9 are shown only on the cut surface for easy understanding on the drawing, and the contour line behind the cut surface is shown. Is not shown. In addition, the welded portion 11 between the thin-walled portion 7a of the sealing plate 7 and the protruding portion 9a of the explosion-proof valve 9 is also shown in an exaggerated state so as to facilitate understanding on the drawing.
[0046]
The terminal plate 8 is made of rolled steel, has a nickel plating on the surface, and has a hat shape with a peripheral edge portion having a hook shape. The terminal plate 8 is provided with a gas discharge port 8a. The explosion-proof valve 9 is made of aluminum and has a disk shape, and a central portion is provided with a protruding portion 9a having a tip portion on the power generation element side (lower side in FIG. 1) and a thin portion 9b. As described above, the lower surface of the protruding portion 9a is welded to the upper surface of the thin portion 7a of the sealing plate 7 to constitute the welded portion 11. The insulating packing 10 is made of polypropylene and has an annular shape. The insulating packing 10 is arranged at the upper part of the peripheral edge of the sealing plate 7. The explosion-proof valve 9 is arranged at the upper part, and the sealing plate 7 and the explosion-proof valve 9 are insulated. The gap between the two is sealed so that the liquid electrolyte does not leak between the two. The annular gasket 12 is made of polypropylene, the lead body 13 is made of aluminum, connects the sealing plate 7 and the positive electrode 1, an insulator 14 is disposed on the upper part of the electrode laminate, and the bottom of the negative electrode 2 and the battery case 5. Are connected by a lead body 15 made of nickel.
[0047]
In this battery, the thin-walled portion 7a of the sealing plate 7 and the protruding portion 9a of the explosion-proof valve 9 are in contact with each other at the welded portion 11, the peripheral portion of the explosion-proof valve 9 and the peripheral portion of the terminal plate 8 are in contact with each other. Since the positive electrode 1 and the terminal plate 8 are connected to the sealing plate 7 by the positive lead 13, the positive electrode 1 and the terminal plate 8 are electrically connected by the lead 13, the sealing plate 7, the explosion-proof valve 9, and their welded portions 11. Connection is obtained and functions normally as an electrical circuit.
[0048]
When the battery has an abnormal condition such as overheating, the gas is generated inside the battery and the internal pressure of the battery rises. As a result, the central portion of the explosion-proof valve 9 moves toward the internal pressure. (In FIG. 1, the upper direction), the shearing force is applied to the thin portion 7a of the sealing plate 7 integrated with the welded portion 11 with the deformation, or the thin portion 7a is broken or the explosion-proof valve. 9, the welded portion 11 between the protruding portion 9a and the thin-walled portion 7a of the sealing plate 7 is peeled off to interrupt the current, and then the thin-walled portion 9b provided in the explosion-proof valve 9 is cleaved to release the gas The battery is designed to be discharged from the gas outlet 8a to the outside of the battery to prevent the battery from bursting.
[0049]
Example 2
A cylindrical non-aqueous secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the content of diphenyl disulfide in the solvent component of the electrolytic solution was 1% by weight.
[0050]
Example 3
A cylindrical non-aqueous secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the content of diphenyl disulfide in the solvent component of the electrolytic solution was 5% by weight.
[0051]
Example 4
A cylindrical non-aqueous secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the content of diphenyl disulfide in the solvent component of the electrolytic solution was 10% by weight.
[0052]
Example 5
Mesocarbon microbeads having an average particle diameter of 10 μm (however, the distance d between (002) planes)002Example 1 except that a graphite-based carbon material having characteristics of 0.335 nm, c-axis direction crystallite size Lc of 95 nm, and purity of 99.9% by weight or more is used as the negative electrode active material. Similarly, a cylindrical non-aqueous secondary battery was produced.
[0053]
Comparative Example 1
A cylindrical non-aqueous secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that diphenyl disulfide was not contained in the electrolytic solution.
[0054]
The batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 were discharged to 3.0 V with a constant current discharge of 1800 mA (1 C), charged with 1800 mA, and charged for 2.5 hours under the condition of maintaining a constant voltage of 4.2 V. Went. Thereafter, the battery was discharged at 1800 mA to 3.0 V, the discharge capacity was measured, and the discharge capacity per unit volume of the electrode laminate (discharge capacity / volume of the electrode laminate) was determined based on the discharge capacity. The results are shown in Table 1.
[0055]
Moreover, about the battery of the said Examples 1-5 and the comparative example 1, after making 50% charge state previously, the overcharge test was done and the characteristic was evaluated. The overcharge test is performed assuming an abnormal operation that does not occur normally, using an 18V power supply and forcing a current of 1800mA (1C) to flow through each battery. The operating timing of the current interrupting device (safety mechanism) accompanying the rise and the maximum temperature reached by the battery were measured. The results are shown in Table 1 together with the discharge capacity per unit volume of the electrode stack as the temperature rise start time during overcharge, the operation time of the current interrupting device during overcharge, and the maximum temperature reached by the battery during overcharge.
[0056]
[Table 1]
Figure 0004974404
[0057]
As shown in Table 1, the battery of Comparative Example 1 in which diphenyl disulfide was not contained in the electrolytic solution had a maximum battery temperature of 92 ° C. during overcharge, whereas diphenyl disulfide was contained in the electrolytic solution. In the batteries of Examples 1 to 5 contained in the battery, the maximum temperature reached by the battery during overcharging was as low as 61 to 71 ° C. Further, in the batteries of Examples 1 to 5, the temperature began to rise earlier than the battery of Comparative Example 1, and the current interrupting device was activated earlier. This is because, in the batteries of Examples 1 to 5, the increase in impedance due to the coating formed on the surface of the positive electrode caused the start of temperature rise earlier than the battery of Comparative Example 1, and also due to an increase in internal pressure due to decomposition of diphenyl disulfide. The current interrupting device operates faster than the battery of Comparative Example 1, and on the other hand, the reaction between the positive electrode or the negative electrode and the electrolytic solution is suppressed, so that the temperature rise due to the reaction heat is suppressed. As a result, the battery at the time of overcharging This is probably because the maximum temperature reached was lower than that of the battery of Comparative Example 1.
[0058]
Thus, in the batteries of Examples 1 to 5 of the present invention, the discharge capacity per unit volume of the electrode laminate was 130 mAh / cm.ThreeDespite the high capacity described above, the battery had higher safety than the battery of Comparative Example 1 corresponding to the conventional battery.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a non-aqueous secondary battery having a high capacity and high safety when an abnormality occurs such as overcharge.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a non-aqueous secondary battery according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Positive electrode
2 Negative electrode
3 Separator
4 electrolyte

Claims (3)

正極、負極およびセパレータを有する電極積層体、電解質、並びに内圧上昇によって作動する電流遮断装置を有し、前記電極積層体の単位体積当たりの放電容量が130mAh/cm 以上である非水二次電池であって、
前記電解質中にジフェニルジスルフィドまたはその誘導体を含有しており、
前記負極は、密度が1.4g/cm 以上の合剤層を有していることを特徴とする非水二次電池。
Positive, electrode stack having a negative electrode and a separator, an electrolyte, and has a current interrupting device which operates by the internal pressure rise, discharge capacity per unit volume of the electrode stack is 130 mAh / cm 3 or more non-aqueous secondary battery Because
The electrolyte contains diphenyl disulfide or a derivative thereof ,
The non-aqueous secondary battery , wherein the negative electrode has a mixture layer having a density of 1.4 g / cm 3 or more .
ジフェニルジスルフィドまたはその誘導体を電解質の溶媒成分中に0.05〜10重量%含有していることを特徴とする請求項1載の非水二次電池。Diphenyl disulfide or a non-aqueous secondary battery according to claim 1 Symbol placement, characterized by containing 0.05 to 10 wt% in the solvent component of the electrolyte derivatives thereof. 負極活物質として平均粒径が8〜20μmの炭素材料を用いたことを特徴とする請求項1または2に記載の非水二次電池。The nonaqueous secondary battery according to claim 1 or 2 , wherein a carbon material having an average particle diameter of 8 to 20 µm is used as the negative electrode active material.
JP2000207619A 2000-07-10 2000-07-10 Non-aqueous secondary battery Expired - Fee Related JP4974404B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000207619A JP4974404B2 (en) 2000-07-10 2000-07-10 Non-aqueous secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000207619A JP4974404B2 (en) 2000-07-10 2000-07-10 Non-aqueous secondary battery

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010092747A Division JP5219303B2 (en) 2010-04-14 2010-04-14 Non-aqueous secondary battery

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2002025614A JP2002025614A (en) 2002-01-25
JP2002025614A5 JP2002025614A5 (en) 2007-06-14
JP4974404B2 true JP4974404B2 (en) 2012-07-11

Family

ID=18704356

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000207619A Expired - Fee Related JP4974404B2 (en) 2000-07-10 2000-07-10 Non-aqueous secondary battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4974404B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1199766B1 (en) * 2000-10-20 2008-05-28 Ube Industries, Ltd. Non-aqueous secondary battery having enhanced discharge capacity retention
JP5672501B2 (en) * 2011-11-08 2015-02-18 トヨタ自動車株式会社 Sealed lithium secondary battery
CN105206796A (en) * 2012-02-29 2015-12-30 新神户电机株式会社 Lithium ion battery
KR20210050133A (en) * 2019-10-28 2021-05-07 주식회사 엘지화학 Lithium-sulfur secondary battery

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3959774B2 (en) * 1997-03-04 2007-08-15 三菱化学株式会社 Non-aqueous electrolyte and secondary battery using the same
JP4042083B2 (en) * 1998-09-03 2008-02-06 宇部興産株式会社 Nonaqueous electrolyte and lithium secondary battery using the same
JP2000123826A (en) * 1998-10-19 2000-04-28 Osaka Gas Co Ltd Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery and secondary battery using the same
JP3938442B2 (en) * 1998-10-20 2007-06-27 日立マクセル株式会社 Non-aqueous secondary battery
JP3953207B2 (en) * 1998-10-20 2007-08-08 日立マクセル株式会社 Non-aqueous secondary battery
JP3444243B2 (en) * 1999-08-03 2003-09-08 宇部興産株式会社 Nonaqueous electrolyte and lithium secondary battery using the same
JP2001307767A (en) * 2000-04-17 2001-11-02 Ube Ind Ltd Nonaqueous electrolyte and lithium secondary battery using the same
JP4762411B2 (en) * 2000-06-26 2011-08-31 パナソニック株式会社 Non-aqueous electrolyte for secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002025614A (en) 2002-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3957415B2 (en) Non-aqueous secondary battery
WO2009157507A1 (en) Lithium ion secondary cell
JP5219303B2 (en) Non-aqueous secondary battery
JP3953207B2 (en) Non-aqueous secondary battery
JP2006260864A (en) Manufacturing method of lithium secondary battery
JP4530289B2 (en) Non-aqueous secondary battery
JP3928756B2 (en) Non-aqueous secondary battery
JP4798729B2 (en) Lithium ion secondary battery
JP4553468B2 (en) Non-aqueous secondary battery and charging method thereof
JP2007265666A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2006261059A (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP4979049B2 (en) Non-aqueous secondary battery
JP4974404B2 (en) Non-aqueous secondary battery
JP2009048815A (en) Nonaqueous electrolyte solution secondary battery
JP4439070B2 (en) Non-aqueous secondary battery and charging method thereof
JP4767156B2 (en) Non-aqueous secondary battery
JP2007123156A (en) Lithium ion cell
JP3712250B2 (en) Non-aqueous secondary battery
JP4215263B2 (en) Non-aqueous secondary battery
JP3969551B2 (en) Non-aqueous secondary battery
JP3804742B2 (en) Non-aqueous secondary battery
JP2003077478A (en) Lithium ion secondary battery
JP7006450B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2002025613A (en) Nonaqueous secondary battery
JP4165677B2 (en) Non-aqueous secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070423

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070423

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20070424

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7426

Effective date: 20070424

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20070424

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100209

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100215

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100414

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20110221

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20110516

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20110524

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120321

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: 20120410

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150420

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150420

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150420

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees