JP5061437B2 - Lithium ion secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、正極にリチウム(Li)とコバルト(Co)とを含有する複合酸化物を含むと共に、負極に天然黒鉛を含むリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a lithium ion secondary battery including a composite oxide containing lithium (Li) and cobalt (Co) in a positive electrode and including natural graphite in a negative electrode.
近年、カメラ一体型VTR(videotape recorder),携帯電話あるいはラップトップコンピュータなどのポータブル電子機器が多く登場し、その小型化および軽量化が図られている。それに伴い、これら電子機器のポータブル電源として、電池、特に二次電池について、エネルギー密度を向上させるための研究開発が活発に進められている。中でも、正極にコバルト酸リチウムを用い、負極に炭素材料を用いたリチウムイオン二次電池は、従来の水系電解液二次電池である鉛電池あるいはニッケルカドミウム電池と比較して大きなエネルギー密度が得られるため、非常に期待されている。 In recent years, many portable electronic devices such as a camera-integrated VTR (videotape recorder), a mobile phone, or a laptop computer have appeared, and their size and weight have been reduced. Accordingly, as a portable power source for these electronic devices, research and development for improving the energy density of batteries, particularly secondary batteries, are being actively promoted. Among them, a lithium ion secondary battery using lithium cobaltate for the positive electrode and a carbon material for the negative electrode has a higher energy density than a lead battery or nickel cadmium battery, which is a conventional aqueous electrolyte secondary battery. Because it is highly expected.
炭素材料には、天然黒鉛またはメソカーボンマイクロビーズ(MCMB)などの人造黒鉛などがあるが、このうち天然黒鉛は、人造黒鉛に比べて放電容量が大きく、電池容量を大きくすることができるという利点がある(例えば、特許文献1,2参照)。
しかしながら、天然黒鉛は、リチウムを吸蔵および放出することが可能な部位がエッジ部に限られており、例えば、全面からリチウムを吸蔵および放出することが可能なメソカーボンマイクロビーズに比べて負荷特性が劣り、充放電反応が不均一になり易い。このため、正極に結晶子が大きなコバルト酸リチウムを用いると、充放電時における反応の不均一化により、正極の構造的な歪みによる充放電性能の劣化が起こりやすくなり、サイクル後における放電容量が低下してしまうという問題があった。 However, natural graphite has a portion where lithium can be occluded and released only at the edge, and has, for example, load characteristics compared to mesocarbon microbeads that can occlude and release lithium from the entire surface. Inferior, charge / discharge reaction tends to be non-uniform. For this reason, when lithium cobaltate with a large crystallite is used for the positive electrode, the charge / discharge performance is likely to deteriorate due to structural distortion of the positive electrode due to the non-uniform reaction during charge / discharge, and the discharge capacity after cycling is increased. There was a problem of being lowered.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高容量でサイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a lithium ion secondary battery having a high capacity and excellent cycle characteristics.
本発明によるリチウムイオン二次電池は、正極および負極と共に電解質を備えたものであって、正極は、リチウムとコバルトとを含有するリチウム−コバルト複合酸化物を含むと共に、負極は、球形化された天然黒鉛を含み、リチウム−コバルト複合酸化物の結晶子径は、(003)ベクトル方向が50nm以上80nm以下であり、(110)ベクトル方向が60nm以上100nm以下であり、天然黒鉛は、表面の少なくとも一部を覆うように形成され、グルタミン酸ナトリウムまたはカルボキシメチルセルロースナトリウム塩のうちのいずれか一方の高分子化合物よりなる被覆部を有し、天然黒鉛に対する被覆部の割合(被覆部/天然黒鉛)は、0.1質量%以上2質量%以下の範囲内のものである。 A lithium ion secondary battery according to the present invention includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode. The positive electrode includes a lithium-cobalt composite oxide containing lithium and cobalt, and the negative electrode is spheroidized. include natural graphite, lithium - crystallite size of cobalt composite oxide, (003) vector direction is at 50nm or more 80nm or less, (110) vector direction Ri der than 100nm or less 60 nm, natural graphite, the surface of the It is formed so as to cover at least a part, and has a coating part made of either one of sodium glutamate or sodium carboxymethyl cellulose, and the ratio of the coating part to natural graphite (coating part / natural graphite) is In the range of 0.1% by mass to 2% by mass .
本発明のリチウムイオン二次電池によれば、負極に球形化された天然黒鉛を含むようにしたので、容量を高くすることができる。また、正極に(003)ベクトル方向の結晶子径が50nm以上80nm以下であり、(110)ベクトル方向の結晶子径が60nm以上100nm以下のリチウムとコバルトとを含むリチウム−コバルト複合酸化物を含有するようにしたので、サイクル特性を向上させることができる。 According to the lithium ion secondary battery of the present invention, since the negative electrode includes spherical natural graphite, the capacity can be increased. In addition, the positive electrode contains a lithium-cobalt composite oxide containing lithium and cobalt having a crystallite diameter in the (003) vector direction of 50 nm to 80 nm and a crystallite diameter of (110) vector direction of 60 nm to 100 nm. As a result, cycle characteristics can be improved.
また、天然黒鉛の表面の少なくとも一部に、所定の割合でグルタミン酸ナトリウムまたはカルボキシメチルセルロースナトリウム塩のうちのいずれか一方の高分子化合物よりなる被覆部を形成するようしたので、イオン伝導性を向上させることができると共に、例えば、炭酸プロピレンの含有量を増加させても分解反応を抑制することができるので、低温特性を向上させることができる。 Further, at least a portion of the surface of natural graphite, since to form a coating portion made of any one polymer compound of sodium glutamate or sodium carboxymethylcellulose at a predetermined ratio, to improve the ionic conductivity In addition, for example, the decomposition reaction can be suppressed even when the content of propylene carbonate is increased, so that the low-temperature characteristics can be improved.
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態に係る二次電池の構成を分解して表すものである。この二次電池は、正極リード11および負極リード12が取り付けられた巻回電極体20をフィルム状の外装部材31の内部に封入したものである。
FIG. 1 shows an exploded configuration of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. In the secondary battery, a
正極リード11および負極リード12は、外装部材31の内部から外部に向かい例えば同一方向にそれぞれ導出されている。正極リード11および負極リード12は、例えば、アルミニウム(Al),銅(Cu),ニッケル(Ni)あるいはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成されており、それぞれ薄板状または網目状とされている。
The
外装部材31は、例えば、ナイロンフィルム,アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のラミネートフィルムにより構成されている。外装部材31は、例えば、ポリエチレンフィルム側と巻回電極体20とが対向するように配設されており、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。
The
なお、外装部材31は、上述したラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム,ポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。
The
図2は、図1に示した巻回電極体20のII−II線に沿った断面構造を表すものである。巻回電極体20は、負極21と正極22とをセパレータ23を介して積層し、巻回したものであり、最外周部は保護テープ24により保護されている。
FIG. 2 shows a cross-sectional structure taken along line II-II of the spirally
負極21は、例えば、負極集電体21Aと、この負極集電体21Aの両面あるいは片面に設けられた負極活物質層21Bとを有している。負極集電体21Aには、長手方向における一方の端部に負極活物質層21Bが設けられず露出している部分があり、この露出部分に負極リード12が取り付けられている。
The
負極集電体21Aは、良好な電気化学的安定性、電気伝導性および機械的強度を有することが好ましく、例えば、銅,ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料により構成されている。 The negative electrode current collector 21A preferably has good electrochemical stability, electrical conductivity, and mechanical strength, and is made of, for example, a metal material such as copper, nickel, or stainless steel.
負極活物質層21Bは、負極活物質として、例えば電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能な炭素材料を含んでおり、必要に応じてポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。リチウムを吸蔵および放出することが可能な炭素材料は、天然黒鉛を含んでいる。容量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。中でも、鱗状あるいは鱗片状などの扁平状の天然黒鉛、またはこれらの扁平状の天然黒鉛を球形化した天然黒鉛は、容量およびエネルギー密度を更に高くすることができるので好ましい。天然黒鉛には1種を単独で用いてもよく、複数種を混合して用いてもよい。なお、球形化した天然黒鉛は、例えば、特開平11−263612号公報に記載されたように、ジェット気流により、鱗片状天然黒鉛を循環流動させると共に、衝突させることにより作製することができる。
The negative electrode
また、これらの天然黒鉛は、表面の少なくとも一部を覆うように形成された高分子化合物よりなる被覆部を有していてもよい。 Moreover, these natural graphites may have a coating part made of a polymer compound formed so as to cover at least a part of the surface.
被覆部を構成する高分子化合物は、C=OまたはC−Oで表される構造を有しており、これらの両方の構造を有するものであってもよい。これらの構造を有することにより、イオン伝導性を向上させることができると共に、溶媒の分解反応を抑制することができるからである。天然黒鉛に対する被覆部の割合(被覆部/天然黒鉛)は、0.1質量%以上2質量%以下の範囲内であることが好ましい。割合が低いと効果が低く、また、割合が高いと負極21における電極反応が低下してしまい、充放電効率が低下してしまうからである。なお、高分子化合物には、塩も含まれる。
The polymer compound constituting the coating portion has a structure represented by C═O or C—O, and may have both of these structures. This is because by having these structures, the ion conductivity can be improved and the decomposition reaction of the solvent can be suppressed. The ratio of the coating part to the natural graphite (coating part / natural graphite) is preferably in the range of 0.1% by mass to 2% by mass. This is because if the ratio is low, the effect is low, and if the ratio is high, the electrode reaction in the
被覆部を構成する高分子化合物について具体的に例を挙げれば、アルギン酸プロピレングリコールエステル、グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン、トレオニン、システイン、シスチン、メチオニン、リシン、アルギニン、フェニルアラニン、チロシン、ヒスチジン、トリプトファン、プロリン、オキシプロリン、アミノ酪酸、アミノ安息香酸、アスパラギン酸、アスパラギン酸ナトリウム、グルタミン酸、グルタミン酸ナトリウム、または酢酸澱粉,リン酸澱粉,カルボキシメチル澱粉あるいはヒドロキシエチル澱粉などのヒドロキシアルキル澱粉、またはプルランあるいはデキストリンなどの粘性多糖類、またはカルボキシメチルセルロース,メチルセルロース,ヒドロキシエチルセルロースあるいはヒドロキシプロピルセルロースなどの水溶性セルロース誘導体、またはカルボキシメチルセルロースナトリウム塩あるいはカルボキシメチルセルロースアンモニウム塩などの水溶性セルロース誘導体の塩、またはペクチン酸あるいはアルギン酸などのポリウロニド、またはアルギン酸ナトリウムあるいはアルギン酸カリウムなどのポリウロニドの塩、または水溶性アクリル樹脂,水溶性エポキシ樹脂,水溶性ポリエステル樹脂あるいは水溶性ポリアミド樹脂などの水溶性合成樹脂等がある。 Specific examples of the polymer compound constituting the coating part include alginate propylene glycol ester, glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, serine, threonine, cysteine, cystine, methionine, lysine, arginine, phenylalanine, tyrosine, Histidine, tryptophan, proline, oxyproline, aminobutyric acid, aminobenzoic acid, aspartic acid, sodium aspartate, glutamic acid, sodium glutamate, or hydroxyalkyl starch such as acetate starch, phosphate starch, carboxymethyl starch or hydroxyethyl starch, or Viscous polysaccharides such as pullulan or dextrin, or carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxyethylcellulose or hydroxy Water-soluble cellulose derivatives such as propyl cellulose, water-soluble cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose sodium salt or carboxymethyl cellulose ammonium salt, or polyuronides such as pectic acid or alginic acid, or salts of polyuronides such as sodium alginate or potassium alginate, or There are water-soluble synthetic resins such as water-soluble acrylic resins, water-soluble epoxy resins, water-soluble polyester resins, and water-soluble polyamide resins.
このような被覆部は、例えば、これらの高分子化合物を溶解させた水溶液に、天然黒鉛粒子を投入し、プラネタリーミキサーなどにより混練したのち、乾燥することにより形成することができる。また、水溶液の濃度などを調整することにより、高分子化合物の被覆量を調整することができる。 Such a covering portion can be formed, for example, by introducing natural graphite particles into an aqueous solution in which these polymer compounds are dissolved, kneading with a planetary mixer, and then drying. Moreover, the coating amount of the polymer compound can be adjusted by adjusting the concentration of the aqueous solution.
なお、負極活物質としては、これらの炭素材料に加えて、他の負極活物質を混合して用いてもよい。 In addition to these carbon materials, other negative electrode active materials may be mixed and used as the negative electrode active material.
正極22は、例えば、正極集電体22Aと、この正極集電体22Aの両面あるいは片面に設けられた正極活物質層22Bとを有している。正極集電体22Aには、長手方向における一方の端部に正極活物質層22Bが設けられず露出している部分があり、この露出部分に正極リード11が取り付けられている。正極集電体22Aは、例えば、アルミニウム箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属材料により構成されている。
The positive electrode 22 includes, for example, a positive electrode
正極活物質層22Bは、正極活物質として、例えば電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて黒鉛などの導電剤およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料は、リチウムとコバルトとを含有するリチウム−コバルト複合酸化物を含んでおり、中でも、化1で表されるリチウム−コバルト複合酸化物が好ましい。エネルギー密度を高くすることができるからである。
The positive electrode
(化1)
Lix Co1-y MIy O2
(Chemical formula 1)
Li x Co 1-y MI y O 2
化1において、MIは、バナジウム(V),クロム(Cr),鉄(Fe),アルミニウム(Al),マグネシウム(Mg),ジルコニウム(Zr),チタン(Ti)およびスズ(Sn)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。xの値は、充放電の状態によって異なり、完全放電状態では0.90≦x≦1.10である。yの値は、0≦y≦0.05であり、0≦y≦0.02であれば好ましい。エネルギー密度をより高くすることができるからである。
In
このリチウム−コバルト複合酸化物の結晶子径は、(003)ベクトル方向において、50nm以上80nm以下であり、(110)ベクトル方向において、60nm以上100nm以下である。(003)ベクトル方向の結晶子径が大きいと、リチウムの吸蔵および放出に伴う膨張・収縮が大きくなり、構造的な歪による容量の劣化が大きくなるからである。また、(003)ベクトル方向の結晶子径が小さいと、結晶自体の安定性が低下し、充放電に伴う構造劣化が進みやすくなるからである。一方、(110)ベクトル方向の結晶子径が大きいと、リチウムイオンの固相内拡散パスが長くなり、充放電負荷特性が低下すると共に、副反応が生じやすくなり、充放電サイクルに伴う性能劣化が進みやすくなるからである。また、(110)ベクトル方向の結晶子径が小さいと、結晶自体の安定性が低下し、充放電に伴う構造劣化が進みやすくなるからである。 The crystallite diameter of this lithium-cobalt composite oxide is 50 nm or more and 80 nm or less in the (003) vector direction, and 60 nm or more and 100 nm or less in the (110) vector direction. This is because when the crystallite diameter in the (003) vector direction is large, expansion / contraction associated with insertion and extraction of lithium is increased, and capacity deterioration due to structural strain is increased. Further, if the crystallite diameter in the (003) vector direction is small, the stability of the crystal itself is lowered, and the structural deterioration accompanying charge / discharge is likely to proceed. On the other hand, if the crystallite size in the (110) vector direction is large, the lithium ion diffusion path in the solid phase becomes longer, the charge / discharge load characteristics are reduced, and side reactions are likely to occur, resulting in performance deterioration due to charge / discharge cycles. It is because it becomes easy to advance. Further, if the crystallite diameter in the (110) vector direction is small, the stability of the crystal itself is lowered, and the structural deterioration accompanying charge / discharge is likely to proceed.
このリチウム−コバルト複合酸化物は、例えば、炭酸リチウム(Li2 CO3 )と、四酸化三コバルト(Co3 O4 )とを所定の割合で混合したのち、焼成することにより作製することができる。その際、添加剤としてバナジウム,クロム,鉄,アルミニウム,マグネシウム,ジルコニウム,チタンまたはスズの酸化物からなる群のうちの少なくとも1種を混合することにより、あるいは焼成条件を適宜調整することにより、あるいは原料の結晶性を適宜選択することにより、結晶成長を抑制することができる。 This lithium-cobalt composite oxide can be produced, for example, by mixing lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and tricobalt tetroxide (Co 3 O 4 ) at a predetermined ratio and then firing. . At that time, by mixing at least one member selected from the group consisting of oxides of vanadium, chromium, iron, aluminum, magnesium, zirconium, titanium or tin as an additive, or by appropriately adjusting firing conditions, or Crystal growth can be suppressed by appropriately selecting the crystallinity of the raw material.
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、これらの正極材料に加えて、他の正極材料の1種または2種以上を混合して用いてもよい。他の正極材料としては、例えば、TiS2 ,MoS2 ,NbSe2 あるいはV2 O5 などのリチウムを含有しない金属硫化物あるいは酸化物、またはリチウム酸化物,リチウム硫化物あるいは他のリチウム複合酸化物などの他のリチウム含有化合物、または高分子材料が挙げられる。他のリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと、ニッケル,マンガン(Mn),鉄(Fe),アルミニウム,バナジウムおよびチタンのうちの少なくとも1種を含むリチウム複合酸化物が高いエネルギー密度を得ることができるので好ましく、具体的には、LiNiO2 ,Lip Niq Co1-q O2 (yおよびzは電池の充放電状態によって異なり、通常0<p<1、0.7<q<1の範囲内の値である)あるいはLiMn2 O4 などが挙げられる。また、オリビン型結晶構造を有するLiMIIPO4 (MIIは1種以上の遷移金属である)などのリチウムリン酸化合物も高いエネルギー密度を得ることができるので好ましい。 As positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium, in addition to these positive electrode materials, one or more of other positive electrode materials may be mixed and used. Other positive electrode materials include, for example, metal sulfides or oxides not containing lithium, such as TiS 2 , MoS 2 , NbSe 2, or V 2 O 5 , or lithium oxides, lithium sulfides, or other lithium composite oxides Other lithium-containing compounds, or polymeric materials. As other lithium-containing compounds, for example, lithium and a lithium composite oxide containing at least one of nickel, manganese (Mn), iron (Fe), aluminum, vanadium, and titanium can obtain a high energy density. Specifically, LiNiO 2 , Li p Ni q Co 1-q O 2 (y and z differ depending on the charge / discharge state of the battery, and usually 0 <p <1, 0.7 <q <1 Or a LiMn 2 O 4 or the like. Further, a lithium phosphate compound such as LiMIIPO 4 (MII is one or more transition metals) having an olivine type crystal structure is preferable because a high energy density can be obtained.
セパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン,ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどの合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多孔質膜により構成されており、これら2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。
The
セパレータ23には、液状の電解質である電解液が含浸されている。電解液は、例えば、非水溶媒などの溶媒と、この溶媒に溶解された電解質塩であるリチウム塩とを含んでいる。
The
溶媒としては、従来より非水電解液に使用されている種々の非水溶媒を用いることができる。具体的には、炭酸エチレン、炭酸ブチレン、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、γ−ブチロラクトン、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、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、酢酸エステル、酪酸エステル、プロピオン酸エステルなどが挙げられる。特に、酸化安定性の点からは、炭酸エステルを含めることが好ましい。 As the solvent, various nonaqueous solvents conventionally used for nonaqueous electrolytes can be used. Specifically, ethylene carbonate, butylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3 -Dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile, propionitrile, acetate ester, butyrate ester, propionate ester and the like. In particular, from the viewpoint of oxidation stability, it is preferable to include a carbonate ester.
更に、溶媒としては、炭酸プロピレンも好ましく挙げられる。低温特性を向上させることができるからである。また、炭酸プロピレンを用いる場合には、負極活物質として、上述した被覆部を有する天然黒鉛を用いることが好ましい。炭酸プロピレンは、天然黒鉛のエッジ部において分解反応が起こりやすく、また、それに伴い天然黒鉛についても層間剥離が起こりやすくなる。特に炭酸プロピレンを多く用いると負極21の劣化が起こりやすくなるが、天然黒鉛に上述した被覆部を形成するようにすれば、炭酸プロピレンの含有量を増加させても、炭酸プロピレンの分解反応および天然黒鉛の層間剥離を抑制することができるからである。溶媒における炭酸プロピレンの含有量は、30質量%以上70質量%以下とすることが好ましい。炭酸プロピレンの含有量が少ないと低温特性を向上させる効果が低く、また、炭酸プロピレンの含有量が多すぎても天然黒鉛上において分解反応が起こりやすくなるからである。
Furthermore, as a solvent, propylene carbonate is also preferably mentioned. This is because the low temperature characteristics can be improved. Moreover, when using a propylene carbonate, it is preferable to use the natural graphite which has the coating | coated part mentioned above as a negative electrode active material. Propylene carbonate tends to undergo a decomposition reaction at the edge of natural graphite, and along with this, delamination tends to occur with natural graphite. In particular, when a large amount of propylene carbonate is used, the
電解質塩としては、例えば、LiPF6 ,LiAsF6 ,LiBF4 ,LiClO4 ,LiB(C6 H5 )4 ,LiCH3 SO3 ,LiCF3 SO3 ,LiN(CF3 SO2 )2 ,LiN(C2 F5 SO2 )2 ,LiN(C4 F9 SO2 )(CF3 SO2 ),LiC(CF3 SO2 )3 ,LiC4 F9 SO3 ,LiAlCl4 、LiSiF6 、LiClあるいはLiBrなどのリチウム塩が挙げられ、これらのいずれか1種または2種以上を混合して用いてもよい。中でも、LiPF6 は、高い導電率を得ることができるので好ましい。 Examples of the electrolyte salt include LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2) 2, LiN (C 4 F 9 SO 2) (CF 3 SO 2), LiC (CF 3 SO 2) 3, LiC 4 F 9 SO 3, LiAlCl 4, LiSiF 6, LiCl or LiBr, etc. Any one of these or a mixture of two or more thereof may be used. Among these, LiPF 6 is preferable because high conductivity can be obtained.
リチウム塩の電解液における含有量(濃度)は、0.1mol/l以上2.0mol/l以下の範囲内、または0.1mol/kg以上2.0mol/kg以下の範囲内であることが好ましい。これらの範囲内において良好なイオン伝導度を得ることができるからである。 The content (concentration) of the lithium salt in the electrolyte solution is preferably in the range of 0.1 mol / l or more and 2.0 mol / l or less, or in the range of 0.1 mol / kg or more and 2.0 mol / kg or less. . This is because good ionic conductivity can be obtained within these ranges.
電解液は、また、添加剤として、不飽和化合物の環式炭酸エステルを含んでいることが好ましい。電極表面に安定な被膜を形成することができ、溶媒の分解反応を抑制することができるからである。不飽和化合物の環式炭酸エステルとしては、例えば、1,3−ジオキソール−2−オン,4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいはそれらの誘導体が挙げられる。なお、被膜形成に関与せずに残存した不飽和化合物の環式炭酸エステルは溶媒としても機能するが、上述した溶媒における炭酸プロピレンの含有量は、不飽和化合物の環式炭酸エステルを除いた溶媒から算出する。 The electrolytic solution also preferably contains a cyclic carbonate of an unsaturated compound as an additive. This is because a stable film can be formed on the electrode surface, and the decomposition reaction of the solvent can be suppressed. Examples of the cyclic carbonate of the unsaturated compound include 1,3-dioxol-2-one, 4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, and derivatives thereof. In addition, although the cyclic carbonate of the unsaturated compound remaining without participating in the film formation also functions as a solvent, the content of propylene carbonate in the solvent described above is a solvent excluding the cyclic carbonate of the unsaturated compound. Calculate from
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。 For example, the secondary battery can be manufactured as follows.
まず、例えば、負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーとする。続いて、この負極合剤スラリーを負極集電体21Aに塗布し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して、負極活物質層21Bを形成し、負極21を作製する。
First, for example, a negative electrode active material and a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, and this negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like negative electrode mixture slurry And Subsequently, the negative electrode mixture slurry is applied to the negative electrode current collector 21A, and the solvent is dried. Then, the negative electrode
また、例えば、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、この正極合剤スラリーを正極集電体22Aに塗布し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して、正極活物質層22Bを形成し、正極22を作製する。
Further, for example, a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, and the positive electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like material. A positive electrode mixture slurry is obtained. Subsequently, the positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode
次に、負極集電体21Aに負極リード12を取り付けると共に、正極集電体22Aに正極リード11を取り付け、セパレータ23を介して負極21と正極22とを積層して巻回し、最外周部に保護テープ24を接着して巻回電極体20を形成する。
Next, the
次いで、巻回電極体20をラミネートフィルムよりなる外装部材31の間に挟み込んだのち、外装部材31の外縁部同士を一辺を残して貼り合わせ袋状とする。その際、正極リード11および負極リード12を外装部材31の外部に導出させる。
Next, after sandwiching the
続いて、外装部材31の内部に開放辺から電解液を注入し、セパレータ23に含浸させる。そののち、外装部材31の開放辺を貼り合わせる。これにより図1および図2に示した二次電池が完成する。
Subsequently, an electrolyte is injected into the
この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極22からリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極21に吸蔵される。放電を行うと、例えば、負極21からリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極22に吸蔵される。ここでは、正極22に上述したリチウム−コバルト複合酸化物が含まれている共に、負極21に上述した天然黒鉛が含まれているので、容量およびサイクル特性が向上する。
In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are released from the positive electrode 22 and inserted in the
このように本実施の形態に係る二次電池によれば、負極21に天然黒鉛を含むようにしたので、容量を高くすることができる。また、正極に(003)ベクトル方向の結晶子径が50nm以上80nm以下であり、(110)ベクトル方向の結晶子径が60nm以上100nm以下のリチウムとコバルトとを含むリチウム−コバルト複合酸化物を含有するようにしたので、サイクル特性を向上させることができる。
Thus, according to the secondary battery according to the present embodiment, since the
また、天然黒鉛の表面の少なくとも一部に、C=OまたはC−Oで表される構造を含む高分子化合物よりなる被覆部を形成するようにすれば、イオン伝導性を向上させることができると共に、例えば炭酸プロピレンの含有量を増加させても分解反応を抑制することができるので、低温特性を向上させることができる。 Further, ion conductivity can be improved by forming a covering portion made of a polymer compound containing a structure represented by C═O or C—O on at least a part of the surface of natural graphite. At the same time, for example, the decomposition reaction can be suppressed even when the content of propylene carbonate is increased, so that the low temperature characteristics can be improved.
更に、天然黒鉛に対する被覆部の割合(被覆部/天然黒鉛)を0.1質量%以上2質量%以下の範囲内とするようにすれば、より高い効果を得ることができる。 Furthermore, a higher effect can be obtained if the ratio of the covering portion to the natural graphite (covering portion / natural graphite) is in the range of 0.1% by mass to 2% by mass.
更に、本発明の具体的な実施例について、図1,2を参照し同一の符合を用いて詳細に説明する。 Further, a specific embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
(実験例1−1〜1−4)
まず、炭酸リチウム(Li2 CO3 )と四酸化三コバルト(Co3 O4 )とを、Li:Coのモル比が1:1となるように秤量し、乳鉢により混合したのち、空気中で焼成して焼成体を得た。その際、原料の結晶性および焼成温度を適宜選択することにより、焼成体の結晶子径を制御した。得られた焼成体についてX線回折測定およびICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)発光分析を行なったところ、LiCoO2 で表されることが確認された。更に、数1で表されるシェラーの式により(003)ベクトル方向および(110)ベクトル方向の結晶子径を調べたところ、それぞれ70nm,80nmであった。そののち、焼成体を粉砕することにより平均粒径を15μmとし、これを正極活物質としてのリチウム−コバルト複合酸化物とした。
( Experimental Examples 1-1 to 1-4)
First, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and tricobalt tetroxide (Co 3 O 4 ) are weighed so that the molar ratio of Li: Co is 1: 1, mixed in a mortar, and then in the air. Firing was obtained by firing. At that time, the crystallite diameter of the fired body was controlled by appropriately selecting the crystallinity of the raw material and the firing temperature. When the obtained fired body was subjected to X-ray diffraction measurement and ICP (Inductively Coupled Plasma) emission analysis, it was confirmed that it was represented by LiCoO 2 . Further, when the crystallite diameters in the (003) vector direction and the (110) vector direction were examined by the Scherrer equation expressed by
(数1)
D(nm)=Kλ/(βsinθ)
D:結晶子の大きさ
K:シェラー定数(βを積分幅より算出した場合には1.05である。)
λ:X線管球の波長(CuKα1=0.1540562nm)
β:結晶子の大きさによる回折線の広がりの幅(radian)
θ:回折角2θ/2(degree)
(Equation 1)
D (nm) = Kλ / (βsinθ)
D: Crystallite size K: Scherrer constant (when β is calculated from the integral width, it is 1.05)
λ: wavelength of the X-ray tube (CuKα1 = 0.154562 nm)
β: The width of the diffraction line spread depending on the crystallite size (radian)
θ: diffraction angle 2θ / 2 (degree)
続いて、このリチウム−コバルト複合酸化物と、導電剤としてケッチェンブラックと、結着剤としてポリフッ化ビニリデンとを、リチウム−コバルト複合酸化物:ケッチェンブラック:ポリフッ化ビニリデン=94:3:3の質量比で混合して正極合剤を調製し、この正極合剤を溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散して正極合剤スラリーとしたのち、厚み20μmの帯状アルミニウム箔よりなる正極集電体22Aの両面に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して正極活物質層22Bを形成し、正極22を作製した。
Subsequently, the lithium-cobalt composite oxide, ketjen black as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride as a binder, lithium-cobalt composite oxide: ketjen black: polyvinylidene fluoride = 94: 3: 3. A positive electrode mixture is prepared by mixing in a mass ratio of the above, and dispersing the positive electrode mixture in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to obtain a positive electrode mixture slurry. The positive electrode 22 was produced by uniformly applying and drying on both sides of the
また、実験例1−1,1−2では負極活物質として、平均粒径が20μmの鱗片状天然黒鉛、およびこの鱗片状天然黒鉛を造粒化して球形化した天然黒鉛(以下、球形化天然黒鉛という。)をそれぞれ用意し、これらの負極活物質のそれぞれと、結着剤としてポリフッ化ビニリデンとを、負極活物質:ポリフッ化ビニリデン=90:10の質量比で混合して負極合剤を調製した。この負極合剤を溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーとしたのち、銅箔よりなる負極集電体21Aに均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して負極活物質層21Bを形成し負極21を作製した。
In Experimental Examples 1-1 and 1-2, as the negative electrode active material, flaky natural graphite having an average particle diameter of 20 μm, and natural graphite obtained by granulating this flaky natural graphite (hereinafter referred to as spheroidized natural graphite). Each of these negative electrode active materials and polyvinylidene fluoride as a binder are mixed at a mass ratio of negative electrode active material: polyvinylidene fluoride = 90: 10 to prepare a negative electrode mixture. Prepared. This negative electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to form a negative electrode mixture slurry, which was then uniformly applied to the negative electrode current collector 21A made of copper foil, dried, and compressed by a roll press. The
更に、実験例1−3,1−4では、負極活物質を次のようにして作製した。まず、平均粒径が20μmの鱗片状天然黒鉛または球形化天然黒鉛と、被覆部となる高分子化合物を溶解した水溶液とをプラネタリーミキサーにより混合したのち、120℃で12時間以上乾燥することにより、天然黒鉛の表面に被覆部を形成した。高分子化合物はグルタミン酸ナトリウムとし、また、水溶液の濃度を調整して各天然黒鉛に対する被覆部の割合が1質量%となるようにした。被覆部の割合は得られた負極活物質を400℃で1時間加熱し、質量減少分より求めた。続いて、これらの負極活物質を用い、実験例1−1,1−2と同様にして負極21を作製した。
Furthermore, in Experimental Examples 1-3 and 1-4, a negative electrode active material was produced as follows. First, flaky natural graphite or spheroidized natural graphite having an average particle diameter of 20 μm and an aqueous solution in which a polymer compound serving as a coating portion is dissolved are mixed by a planetary mixer and then dried at 120 ° C. for 12 hours or more. A coating was formed on the surface of natural graphite. The polymer compound was sodium glutamate, and the concentration of the aqueous solution was adjusted so that the ratio of the coating portion to each natural graphite was 1% by mass. The ratio of the covering portion was obtained from the mass loss by heating the obtained negative electrode active material at 400 ° C. for 1 hour. Subsequently, a
正極22および負極21を作製したのち、アルミニウムよりなる正極リード11を正極22に取り付けると共に、ニッケルよりなる負極リード12を負極21に取り付け、セパレータ23として、厚み25μmの微多孔性ポリエチレン延伸フィルムを用い、正極23,セパレータ23,負極21,セパレータ23の順に積層し、巻回して巻回電極体20とした。
After preparing the positive electrode 22 and the
次いで、巻回電極体20をラミネートフィルムよりなる外装部材31の間に挟み込んだのち、外装部材31の外縁部同士を一辺を残して貼り合わせ袋状とした。その際、正極リード11および負極リード12を外装部材31の外部に導出させるようにした。
Next, after sandwiching the
続いて、外装部材31の内部に開放辺から電解液を注入し、セパレータ23に含浸させたのち、外装部材31の開放辺を貼り合わせ、図1および図2に示した二次電池を得た。電解液には、炭酸エチレンと炭酸ジエチルとを等質量で混合した溶媒に、電解質塩としてLiPF6 を1mol/lの濃度で溶解させると共に、添加剤として1,3−ジオキソール−2−オンを電解液に対して1質量%の含有量で混合したものを用いた。
Subsequently, an electrolytic solution was injected into the
実験例1−1〜1−4に対する比較例1−1として、負極活物質にメソカーボンマイクロビーズを用いて負極を作製したことを除き、他は実験例1−1〜1−4と同様にして二次電池を作製した。 As Comparative Example 1-1 with respect to Experimental Examples 1-1 to 1-4, except that a negative electrode was produced using mesocarbon microbeads as a negative electrode active material, the other was the same as Experimental Example 1-1 to 1-4. A secondary battery was manufactured.
作製した実験例1−1〜1−4および比較例1−1,1−2の二次電池について体積エネルギー密度を次のようにして調べた。まず、23℃に設定された恒温槽中で、上限電圧4.2V、電流1C、総充電時間3時間とする定電流定電圧充電を行った。そののち、23℃、電流1C、終止電圧3.0Vまでの定電流放電を行った。体積エネルギー密度は、(平均放電電圧×放電容量)/(電池体積)から求めた。結果を表1に示す。 The volume energy density of the fabricated secondary batteries of Experimental Examples 1-1 to 1-4 and Comparative Examples 1-1 and 1-2 was examined as follows. First, constant current and constant voltage charging with an upper limit voltage of 4.2 V, a current of 1 C, and a total charging time of 3 hours was performed in a thermostat set at 23 ° C. After that, constant current discharge up to 23 ° C., current 1 C, and final voltage 3.0 V was performed. The volume energy density was calculated from (average discharge voltage × discharge capacity) / (battery volume). The results are shown in Table 1.
表1から分かるように、鱗片状天然黒鉛または球形化天然黒鉛を用いた実験例1−1〜1−4によれば、メソカーボンマイクロビーズを用いた比較例1−1よりもエネルギー密度が高かった。 As can be seen from Table 1, according to Experimental Examples 1-1 to 1-4 using flaky natural graphite or spheroidized natural graphite, the energy density is higher than that of Comparative Example 1-1 using mesocarbon microbeads. It was.
すなわち、負極活物質として天然黒鉛を用いることで、高容量にすることをできることが分かった。 That is, it was found that a high capacity can be obtained by using natural graphite as the negative electrode active material.
(実験例2−1−1〜2−1−3,2−2−1〜2−2−3)
リチウム−コバルト複合酸化物の調製条件を適宜変更することにより、結晶子径を変化させたことを除き、他は実験例1−1,1−2と同様にして二次電池を作製した。具体的には、リチウム−コバルト複合酸化物の(003)ベクトル方向の結晶子径を50nm〜80nmの範囲で変化させた。なお、負極活物質は、実験例2−1−1〜2−1−3では鱗片状天然黒鉛であり、実験例2−2−1〜2−2−3では球形化天然黒鉛である。
( Experimental Examples 2-1-1 to 2-1-3, 2-2-1 to 2-2-3)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Examples 1-1 and 1-2, except that the crystallite diameter was changed by appropriately changing the preparation conditions of the lithium-cobalt composite oxide. Specifically, the crystallite diameter in the (003) vector direction of the lithium-cobalt composite oxide was changed in the range of 50 nm to 80 nm. Incidentally, the negative electrode active material is a natural flake graphite in Examples 2-1-1~2-1-3 a spheroidized natural graphite In Example 2-2-1~2-2-3.
実験例2−1−1〜2−1−3,2−2−1〜2−2−3に対する比較例2−1−1, 2−1−2,2−2−1,2−2−2として、リチウム−コバルト複合酸化物の(003)ベクトル方向の結晶子径を40nmまたは90nmとしたことを除き、他は実験例2−1−1〜2−1−3,2−2−1〜2−2−3と同様にして二次電池を作製した。その際、リチウム−コバルト複合酸化物の調製条件を適宜変更することにより、結晶子径を変化させた。 Comparative Examples 2-1-1, 2-1-2, 2-2-1,2-2-2 to Experimental Examples 2-1-1 to 2-1-3,2-2-1 to 2-2-3 2 except that the crystallite diameter in the (003) vector direction of the lithium-cobalt composite oxide was set to 40 nm or 90 nm, and the others were experimental examples 2-1-1 to 2-1-3, 2-2-1. A secondary battery was fabricated in the same manner as in 2-2-3. At that time, the crystallite size was changed by appropriately changing the preparation conditions of the lithium-cobalt composite oxide.
また、比較例2−3−1〜2−3−5として、負極活物質にメソカーボンマイクロビーズを用いると共に、リチウム−コバルト複合酸化物の調製条件を適宜変更することにより、リチウム−コバルト複合酸化物の結晶子径を変化させたことを除き、他は実験例2−1−1〜2−1−3,2−2−1〜2−2−3と同様にして二次電池を作製した。リチウム−コバルト複合酸化物の(003)ベクトル方向の結晶子径は40nm〜90nmとした。 In addition, as Comparative Examples 2-3-1 to 2-3-5, mesocarbon microbeads were used as the negative electrode active material, and the lithium-cobalt composite oxide was appropriately changed by changing the preparation conditions of the lithium-cobalt composite oxide. A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Examples 2-1-1 to 2-1-3, 2-2-1 to 2-2-3, except that the crystallite diameter of the product was changed. . The crystallite diameter in the (003) vector direction of the lithium-cobalt composite oxide was 40 nm to 90 nm.
作製した実験例および比較例の二次電池について、次のようにしてサイクル特性を調べた。まず、23℃に設定された恒温槽中で、上限電圧4.2V、電流1C、総充電時間3時間とする定電流定電圧充電を行ったのち、23℃、電流1C、終止電圧3.0Vまでの定電流放電を行った。サイクル特性は、この充放電を繰返し、初回放電容量(1サイクル目の放電容量)に対する300サイクル目の放電容量の維持率、すなわち、(300サイクル目の放電容量/初回放電容量)×100(%)から求めた。結果を表2および図3に示す。 The cycle characteristics of the fabricated secondary batteries of the experimental example and the comparative example were examined as follows. First, in a thermostatic chamber set at 23 ° C., after performing constant current and constant voltage charging with an upper limit voltage of 4.2 V, a current of 1 C, and a total charging time of 3 hours, 23 ° C., a current of 1 C, and a final voltage of 3.0 V Up to a constant current discharge was performed. The cycle characteristics are obtained by repeating this charge and discharge, and the maintenance rate of the discharge capacity at the 300th cycle relative to the initial discharge capacity (the discharge capacity at the first cycle), that is, (discharge capacity at the 300th cycle / initial discharge capacity) × 100 (% ) The results are shown in Table 2 and FIG.
表2および図3から分かるように、負極活物質に天然黒鉛を用い、リチウム−コバルト複合酸化物の(003)ベクトル方向の結晶子径を50nm以上80nm以下とした実験例2−1−1〜2−1−3,2−2−1〜2−2−3によれば、(003)ベクトル方向の結晶子径を50nm未満とした比較例2−1−1,2−2−1、あるいは(003)ベクトル方向の結晶子径を80nm超とした比較例2−1−2,2−2−2よりも、それぞれ放電容量維持率が飛躍的に向上した。 As can be seen from Table 2 and FIG. 3, Experimental Example 2-1-1 in which natural graphite was used as the negative electrode active material and the crystallite diameter in the (003) vector direction of the lithium-cobalt composite oxide was 50 nm or more and 80 nm or less. According to 2-1-3, 2-2-1 to 2-2-3, Comparative Example 2-1-1, 2-2-1 in which the crystallite diameter in the (003) vector direction is less than 50 nm, or (003) The discharge capacity retention ratio was dramatically improved over Comparative Examples 2-1-2 and 2-2-2 in which the crystallite diameter in the vector direction was more than 80 nm.
一方、負極活物質にメソカーボンマイクロビーズを用いた比較例2−3−1〜2−3−5では、リチウム−コバルト複合酸化物の(003)ベクトル方向の結晶子径を50nm以上80nm以下とすることにより、放電容量維持率は向上するが、その程度は低かった。 On the other hand, in Comparative Examples 2-3-1 to 2-3-5 using mesocarbon microbeads as the negative electrode active material, the crystallite diameter in the (003) vector direction of the lithium-cobalt composite oxide was 50 nm or more and 80 nm or less. As a result, the discharge capacity retention rate was improved, but the degree was low.
すなわち、負極活物質に天然黒鉛を用いても、リチウムとコバルトとを含有するリチウム−コバルト複合酸化物の(003)ベクトル方向の結晶子径を50nm以上80nm以下とするようにすれば、サイクル特性を向上させることをできることが分かった。 That is, even if natural graphite is used for the negative electrode active material, if the crystallite diameter in the (003) vector direction of the lithium-cobalt composite oxide containing lithium and cobalt is set to 50 nm or more and 80 nm or less, cycle characteristics are obtained. It was found that can improve.
(実験例3−1−1〜3−1−3,3−2−1〜3−2−3)
リチウム−コバルト複合酸化物の調製条件を適宜変更することにより、結晶子径を変化させたことを除き、他は実験例1−1,1−2と同様にして二次電池を作製した。具体的には、リチウム−コバルト複合酸化物の(110)ベクトル方向の結晶子径を60nm〜100nmの範囲で変化させた。なお、負極活物質は、実験例3−1−1〜3−1−3では鱗片状天然黒鉛であり、実験例3−2−1〜3−2−3では球形化天然黒鉛である。
( Experimental examples 3-1-1 to 1-3-1 and 3-2-1 to 2-3-2)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Examples 1-1 and 1-2, except that the crystallite diameter was changed by appropriately changing the preparation conditions of the lithium-cobalt composite oxide. Specifically, the crystallite diameter in the (110) vector direction of the lithium-cobalt composite oxide was changed in the range of 60 nm to 100 nm. Incidentally, the negative electrode active material is a natural flake graphite in Examples 3-1-1~3-1-3 a spheroidized natural graphite In Example 3-2-1~3-2-3.
実験例3−1−1〜3−1−3,3−2−1〜3−2−3に対する比較例3−1−1, 3−1−2,3−2−1,3−2−2として、正極活物質の(110)ベクトル方向の結晶子径を50nmまたは110nmとしたことを除き、他は実験例3−1−1〜3−1−3,3−2−1〜3−2−3と同様にして二次電池を作製した。その際、リチウム−コバルト複合酸化物の調製条件を適宜変更することにより、結晶子径を変化させた。 Comparative Examples 3-1-1, 3-1-2, 3-2-1, 3-2- with respect to Experimental Examples 3-1-1 to 1-3-1 and 3-2-1 to 2-3-2-3 2 except that the crystallite diameter in the (110) vector direction of the positive electrode active material was set to 50 nm or 110 nm, and the others were Experimental Examples 3-1-1 to 1-3-1 and 3-2-1 to 3- A secondary battery was fabricated in the same manner as in 2-3. At that time, the crystallite size was changed by appropriately changing the preparation conditions of the lithium-cobalt composite oxide.
また、比較例3−3−1〜3−3−5として、負極活物質にメソカーボンマイクロビーズを用いると共に、リチウム−コバルト複合酸化物の調製条件を適宜変更することにより、リチウム−コバルト複合酸化物の結晶子径を変化させたことを除き、他は実験例3−1−1〜3−1−3,3−2−1〜3−2−3と同様にして二次電池を作製した。リチウム−コバルト複合酸化物の(110)ベクトル方向の結晶子径は50nm〜110nmとした。 In addition, as Comparative Examples 3-3-1 to 3-3-5, mesocarbon microbeads were used as the negative electrode active material, and by appropriately changing the preparation conditions of the lithium-cobalt composite oxide, lithium-cobalt composite oxidation was performed. A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Examples 3-1-1 to 1-3-1 and 3-2-1 to 2-3-2-3, except that the crystallite diameter of the product was changed. . The crystallite diameter in the (110) vector direction of the lithium-cobalt composite oxide was 50 nm to 110 nm.
作製した実験例および比較例の二次電池について、実験例2−1−1〜2−1−3,2−2−1〜2−2−3と同様にしてサイクル特性を調べた。結果を表3および図4に示す。 With respect to the fabricated secondary batteries of the experimental example and the comparative example, the cycle characteristics were examined in the same manner as in Experimental examples 2-1-1 to 2-1-3, 2-2-1 to 2-2-3. The results are shown in Table 3 and FIG.
表3および図4から分かるように、負極活物質に天然黒鉛を用い、リチウム−コバルト複合酸化物の(110)ベクトル方向の結晶子径を60nm以上100nm以下とした実験例3−1−1〜3−1−3,3−2−1〜3−2−3によれば、(110)ベクトル方向の結晶子径を60nm未満とした比較例3−1−1,3−2−1、あるいは(110)ベクトル方向の結晶子径を100nm超とした比較例3−1−2,3−2−2よりも、それぞれ放電容量維持率が飛躍的に向上した。 As can be seen from Table 3 and FIG. 4, Experimental Example 3-1-1 in which natural graphite was used as the negative electrode active material and the crystallite diameter in the (110) vector direction of the lithium-cobalt composite oxide was 60 nm or more and 100 nm or less. According to 3-1-3, 3-2-1 to 2-3-2-3, Comparative Example 3-1-1, 3-2-1 having a crystallite diameter in the (110) vector direction of less than 60 nm, or (110) The discharge capacity retention rate was dramatically improved compared to Comparative Examples 3-1-2 and 3-2-2 in which the crystallite diameter in the vector direction was more than 100 nm.
一方、負極活物質にメソカーボンマイクロビーズを用いた比較例3−3−1〜3−3−5では、リチウム−コバルト複合酸化物の(110)ベクトル方向の結晶子径を60nm以上100nm以下とすることにより、放電容量維持率は向上するが、その程度は低かった。 On the other hand, in Comparative Examples 3-3-1 to 3-3-5 using mesocarbon microbeads as the negative electrode active material, the crystallite diameter in the (110) vector direction of the lithium-cobalt composite oxide was 60 nm or more and 100 nm or less. As a result, the discharge capacity retention rate was improved, but the degree was low.
すなわち、負極活物質に天然黒鉛を用いても、リチウムとコバルトとを含有するリチウム−コバルト複合酸化物の(003)ベクトル方向の結晶子径を50nm以上80nm以下とし、(110)ベクトル方向の結晶子径を60nm以上100nm以下とするようにすれば、サイクル特性を向上させることをできることが分かった。 That is, even when natural graphite is used for the negative electrode active material, the crystallite diameter in the (003) vector direction of the lithium-cobalt composite oxide containing lithium and cobalt is set to 50 nm to 80 nm and the crystal in the (110) vector direction It has been found that cycle characteristics can be improved by setting the diameter to 60 nm or more and 100 nm or less.
(実験例4−1−1〜4−3−3,5−1−1〜5−2−3)
実験例4−1−1〜4−1−3,4−2−1〜4−2−3,4−3−1〜4−3−3として、炭酸ジエチルの一部を炭酸プロピレンに代え、炭酸エチレン:炭酸ジエチル:炭酸プロピレン(質量比)=50:30:20とした混合溶媒を用いたことを除き、他は実験例1−2,1−4と同様にして二次電池を作製した。その際、正極活物質としてのリチウム−コバルト複合酸化物の調製条件を適宜変更することにより、(003)ベクトル方向の結晶子径を50nm〜80nmの範囲で変化させた。また、負極活物質は、実験例4−1−1〜4−1−3では球形化天然黒鉛とし、実験例4−2−1〜4−2−3では、高分子化合物としてグルタミン酸ナトリウムよりなる被覆部を表面に有する球形化天然黒鉛とし、実験例4−3−1〜4−3−3では、高分子化合物としてカルボキシメチルセルロースナトリウム塩よりなる被覆部を表面に有する球形化天然黒鉛とした。実験例4−2−1〜4−2−3,4−3−1〜4−3−3では球形化天然黒鉛に対する被覆部の割合は1質量%とした。
( Experimental examples 4-1-1 to 4-3-3, 5-1-1 to 5-2-3)
As Experimental Examples 4-1-1 to 4-1-3, 4-2-1 to 4-2-3, 4-3-1 to 4-3-3, a part of diethyl carbonate was replaced with propylene carbonate, A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Examples 1-2 and 1-4 except that a mixed solvent of ethylene carbonate: diethyl carbonate: propylene carbonate (mass ratio) = 50: 30: 20 was used. . At that time, the crystallite diameter in the (003) vector direction was changed in the range of 50 nm to 80 nm by appropriately changing the preparation conditions of the lithium-cobalt composite oxide as the positive electrode active material. Moreover, the negative electrode active material, an experimental example 4-1-1~4-1-3 the spherical natural graphite, in Example 4-2-1~4-2-3 consists of sodium glutamate as a polymer compound Spherical natural graphite having a coating portion on the surface was used, and in Experimental Examples 4-3-1 to 4-3-3, spherical natural graphite having a coating portion made of carboxymethyl cellulose sodium salt on the surface was used as the polymer compound. In Experimental Examples 4-2-1 to 4-2-3, 4-3-1 to 4-3-3, the ratio of the coating portion to the spherical natural graphite was 1% by mass.
実験例4−1−1〜4−1−3,4−2−1〜4−2−3,4−3−1〜4−3−3に対する比較例4−1−1,4−1−2,4−2−1,4−2−2,4−3−1,4−3−2として、リチウム−コバルト複合酸化物の(003)ベクトル方向の結晶子径を40nmまたは90nmとしたことを除き、他は実験例4−1−1〜4−1−3,4−2−1〜4−2−3,4−3−1〜4−3−3と同様にして二次電池を作製した。その際、リチウム−コバルト複合酸化物の調製条件を適宜変更することにより、結晶子径を変化させた。 Comparative Examples 4-1-1, 4-1 to Experimental Examples 4-1-1 to 4-1-3, 4-2-1 to 4-2-3, 4-3-1 to 4-3-3 The crystallite diameter in the (003) vector direction of the lithium-cobalt composite oxide was set to 40 nm or 90 nm as 2,4-2-1, 4-2-2, 4-3-1, 4-3-2. In the same manner as in Experimental Examples 4-1-1 to 4-1-3, 4-2-1 to 4-2-3, 4-3-1 to 4-3-3, Produced. At that time, the crystallite size was changed by appropriately changing the preparation conditions of the lithium-cobalt composite oxide.
実験例5−1−1〜5−1−3,5−2−1〜5−2−3として、炭酸ジエチルに代えて炭酸プロピレンを用いたことを除き、すなわち、炭酸エチレンと炭酸プロピレンとを等質量で混合した混合溶媒を用いたことを除き、他は実験例1−4と同様にして二次電池を作製した。その際、正極活物質としてのリチウム−コバルト複合酸化物の調製条件を適宜変更することにより、(003)ベクトル方向の結晶子径を50nm〜80nmの範囲で変化させた。また、負極活物質は、実験例5−1−1〜5−1−3では、高分子化合物としてグルタミン酸ナトリウムよりなる被覆部を表面に有する球形化天然黒鉛とし、実験例5−2−1〜5−2−3では、高分子化合物としてカルボキシメチルセルロースナトリウム塩よりなる被覆部を表面に有する球形化天然黒鉛とした。球形化天然黒鉛に対する被覆部の割合は1質量%とした。 As Experimental Examples 5-1-1 to 5-1-3, 5-2-1 to 5-2-3, except that propylene carbonate was used instead of diethyl carbonate, that is, ethylene carbonate and propylene carbonate were used. A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Example 1-4, except that a mixed solvent mixed at an equal mass was used. At that time, the crystallite diameter in the (003) vector direction was changed in the range of 50 nm to 80 nm by appropriately changing the preparation conditions of the lithium-cobalt composite oxide as the positive electrode active material. Moreover, the negative electrode active material in Examples 5-1-1~5-1-3, a spheroidized natural graphite having a coating portion made of sodium glutamate as a polymer compound on the surface, Experiment 5-2-1~ In 5-2-3, it was set as the spherical natural graphite which has the coating | coated part which consists of carboxymethylcellulose sodium salt as a high molecular compound on the surface. The ratio of the coating part to the spheroidized natural graphite was 1% by mass.
実験例5−1−1〜5−1−3,5−2−1〜5−2−3に対する比較例5−1−1,5−1−2,5−2−1,5−2−2として、リチウム−コバルト複合酸化物の(003)ベクトル方向の結晶子径を40nmまたは90nmとしたことを除き、他は実験例5−1−1〜5−1−3,5−2−1〜5−2−3と同様にして二次電池を作製した。その際、リチウム−コバルト複合酸化物の調製条件を適宜変更することにより、結晶子径を変化させた。 Comparative Example 5-1-1, 5-1-2, 5-2-1, 5-2 to Experimental Examples 5-1-1 to 5-1-3, 5-2-1 to 5-2-3 2 except that the crystallite diameter in the (003) vector direction of the lithium-cobalt composite oxide was set to 40 nm or 90 nm, except for Experimental Examples 5-1-1 to 5-1-3, 5-2-1. A secondary battery was produced in the same manner as ˜5-2-3. At that time, the crystallite size was changed by appropriately changing the preparation conditions of the lithium-cobalt composite oxide.
作製した実験例および比較例の二次電池について、実験例2−1−1〜2−1−3,2−2−1〜2−2−3と同様にしてサイクル特性を調べた。結果を表4,5および図5,6に示す。 With respect to the fabricated secondary batteries of the experimental example and the comparative example, the cycle characteristics were examined in the same manner as in Experimental examples 2-1-1 to 2-1-3, 2-2-1 to 2-2-3. The results are shown in Tables 4 and 5 and FIGS.
表4,5および図5,6から分かるように、炭酸プロピレンを用い、リチウム−コバルト複合酸化物の(003)ベクトル方向の結晶子径を50nm以上80nm以下とした実験例4−1−1〜4−1−3,4−2−1〜4−2−3,4−3−1〜4−3−3,5−1−1〜5−1−3,5−2−1〜5−2−3によれば、(003)ベクトル方向の結晶子径を50nm未満とした比較例4−1−1,4−2−1,4−3−1, 5−1−1,5−2−1、あるいは(003)ベクトル方向の結晶子径を80nm超とした比較例4−1−2,4−2−2,4−3−2,5−1−2,5−2−2よりも、それぞれ放電容量維持率が飛躍的に向上した。 As can be seen from Tables 4 and 5 and FIGS. 5 and 6, Experimental Example 4-1-1 in which propylene carbonate was used and the crystallite diameter in the (003) vector direction of the lithium-cobalt composite oxide was 50 nm or more and 80 nm or less. 4-1-3, 4-2-1 to 4-2-3, 4-3-1 to 4-3-3, 5-1-1 to 5-1-3, 5-2-1 to 5- According to 2-3, Comparative Examples 4-1-1, 4-2-1, 4-3-1, 5-1-1, 5-2 in which the crystallite diameter in the (003) vector direction was less than 50 nm. From Comparative Example 4-1-2, 4-2-2, 4-3-2, 5-1-2, 5-2-2 in which the crystallite diameter in the -1 or (003) vector direction is more than 80 nm However, the discharge capacity maintenance rate has improved dramatically.
すなわち、他の溶媒を用いても、リチウムとコバルトとを含有するリチウム−コバルト複合酸化物の(003)ベクトル方向の結晶子径を50nm以上80nm以下とするようにすれば、サイクル特性を向上させることをできることが分かった。 That is, even if other solvents are used, cycle characteristics can be improved if the crystallite diameter in the (003) vector direction of the lithium-cobalt composite oxide containing lithium and cobalt is 50 nm or more and 80 nm or less. I understood that I could do that.
(実験例6−1−1〜6−3−3,7−1−1〜7−2−3)
実験例6−1−1〜6−1−3,6−2−1〜6−2−3,6−3−1〜6−3−3として、炭酸ジエチルの一部を炭酸プロピレンに代え、炭酸エチレン:炭酸ジエチル:炭酸プロピレン(質量比)=50:30:20とした混合溶媒を用いたことを除き、他は実験例1−2,1−4と同様にして二次電池を作製した。その際、リチウム−コバルト複合酸化物の調製条件を適宜変更することにより、(110)ベクトル方向の結晶子径を60nm〜100nmの範囲で変化させた。また、負極活物質は、実験例6−1−1〜6−1−3では球形化天然黒鉛とし、実験例6−2−1〜6−2−3では、高分子化合物としてグルタミン酸ナトリウムよりなる被覆部を表面に有する球形化天然黒鉛とし、実験例6−3−1〜6−3−3では、高分子化合物としてカルボキシメチルセルロースナトリウム塩よりなる被覆部を表面に有する球形化天然黒鉛とした。実験例6−2−1〜6−2−3,6−3−1〜6−3−3では球形化天然黒鉛に対する被覆部の割合は1質量%とした。
( Experimental examples 6-1-1 to 6-3-3, 7-1-1 to 7-2-3)
As Experimental Examples 6-1-1 to 6-1-3, 6-2-1 to 6-2-3, 6-3-1 to 6-3-3, a part of diethyl carbonate was replaced with propylene carbonate, A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Examples 1-2 and 1-4 except that a mixed solvent of ethylene carbonate: diethyl carbonate: propylene carbonate (mass ratio) = 50: 30: 20 was used. . At that time, the crystallite diameter in the (110) vector direction was changed in the range of 60 nm to 100 nm by appropriately changing the preparation conditions of the lithium-cobalt composite oxide. Moreover, the negative electrode active material, an experimental example 6-1-1~6-1-3 the spherical natural graphite, in Example 6-2-1~6-2-3 consists of sodium glutamate as a polymer compound Spherical natural graphite having a coating portion on the surface was used, and in Experimental Examples 6-3-1 to 6-3-3, spherical natural graphite having a coating portion made of carboxymethyl cellulose sodium salt on the surface as a polymer compound was used. In Experimental Examples 6-2-1 to 6-2-3, 6-3-1 to 6-3-3, the ratio of the coating portion to the spherical natural graphite was 1% by mass.
実験例6−1−1〜6−1−3,6−2−1〜6−2−3,6−3−1〜6−3−3に対する比較例6−1−1,6−1−2,6−2−1,6−2−2,6−3−1,6−3−2として、リチウム−コバルト複合酸化物の(110)ベクトル方向の結晶子径を50nmまたは110nmとしたことを除き、他は実験例6−1−1〜6−1−3,6−2−1〜6−2−3,6−3−1〜6−3−3と同様にして二次電池を作製した。その際、リチウム−コバルト複合酸化物の調製条件を適宜変更することにより、結晶子径を変化させた。 Comparative Examples 6-1-1 and 6-1- for Experimental Examples 6-1-1 to 6-1-3, 6-2-1 to 6-2-3, 6-3-1 to 6-3-3 The crystallite diameter in the (110) vector direction of the lithium-cobalt composite oxide was set to 50 nm or 110 nm as 2,6-2-1, 6-2-2, 6-3-1, 6-3-2. In the same manner as in Experimental Examples 6-1-1 to 6-1-3, 6-2-1 to 6-2-3, 6-3-1 to 6-3-3, Produced. At that time, the crystallite size was changed by appropriately changing the preparation conditions of the lithium-cobalt composite oxide.
また、実験例7−1−1〜7−1−3,7−2−1〜7−2−3として、炭酸ジエチルに代えて炭酸プロピレンを用いたことを除き、すなわち、炭酸エチレンと炭酸プロピレンとを等質量で混合した混合溶媒を用いたことを除き、他は実験例1−4と同様にして二次電池を作製した。その際、リチウム−コバルト複合酸化物の調製条件を適宜変更することにより、(110)ベクトル方向の結晶子径を60nm〜100nmの範囲で変化させた。また、負極活物質は、実験例7−1−1〜7−1−3では、高分子化合物としてグルタミン酸ナトリウムよりなる被覆部を表面に有する球形化天然黒鉛とし、実験例7−2−1〜7−2−3では高分子化合物としてカルボキシメチルセルロースナトリウム塩よりなる被覆部を表面に有する球形化天然黒鉛とした。球形化天然黒鉛に対する被覆部の割合は1質量%とした。 Further, as experimental examples 7-1-1 to 7-1-3, 7-2-1 to 7-2-3, except that propylene carbonate was used instead of diethyl carbonate, that is, ethylene carbonate and propylene carbonate A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Example 1-4, except that a mixed solvent in which an equal mass was mixed was used. At that time, the crystallite diameter in the (110) vector direction was changed in the range of 60 nm to 100 nm by appropriately changing the preparation conditions of the lithium-cobalt composite oxide. Moreover, the negative electrode active material in Examples 7-1-1~7-1-3, a spheroidized natural graphite having a coating portion made of sodium glutamate as a polymer compound on the surface, Experiment 7-2-1~ In 7-2-3, spherical natural graphite having a coating portion made of carboxymethyl cellulose sodium salt on the surface was used as a polymer compound. The ratio of the coating part to the spheroidized natural graphite was 1% by mass.
実験例7−1−1〜7−1−3,7−2−1〜7−2−3に対する比較例7−1−1,7−1−2,7−2−1,7−2−2として、リチウム−コバルト複合酸化物の(110)ベクトル方向の結晶子径を50nmまたは110nmとしたことを除き、他は実験例7−1−1〜7−1−3,7−2−1〜7−2−3と同様にして二次電池を作製した。その際、リチウム−コバルト複合酸化物の調製条件を適宜変更することにより、結晶子径を変化させた。 Comparative Examples 7-1-1, 7-1-2, 7-2-1 and 7-2-for Experimental Examples 7-1-1 to 7-1-3 and 7-2-1 to 7-2-3 2 except that the crystallite diameter in the (110) vector direction of the lithium-cobalt composite oxide was set to 50 nm or 110 nm, and the others were experimental examples 7-1-1 to 7-1-3, 7-2-1. A secondary battery was produced in the same manner as ˜7-2-3. At that time, the crystallite size was changed by appropriately changing the preparation conditions of the lithium-cobalt composite oxide.
作製した実験例および比較例の二次電池について、実験例2−1−1〜2−1−3,2−2−1〜2−2−3と同様にしてサイクル特性を調べた。結果を表6,7および図7,8に示す。 With respect to the fabricated secondary batteries of the experimental example and the comparative example, the cycle characteristics were examined in the same manner as in Experimental examples 2-1-1 to 2-1-3, 2-2-1 to 2-2-3. The results are shown in Tables 6 and 7 and FIGS.
表6,7および図7,8から分かるように、炭酸プロピレンを用い、リチウム−コバルト複合酸化物の(110)ベクトル方向の結晶子径を60nm以上100nm以下とした実験例6−1−1〜6−1−3,6−2−1〜6−2−3,6−3−1〜6−3−3,7−1−1〜7−1−3,7−2−1〜7−2−3によれば、(110)ベクトル方向の結晶子径を60nm未満とした比較例6−1−1,6−2−1,6−3−1,7−1−1,7−2−1、あるいは(110)ベクトル方向の結晶子径を100nm超とした比較例6−1−2,6−2−2,6−3−2,7−1−2,7−2−2よりも、それぞれ放電容量維持率が飛躍的に向上した。 As can be seen from Tables 6 and 7 and FIGS. 7 and 8, Experimental Example 6-1-1 using propylene carbonate and having a crystallite diameter in the (110) vector direction of the lithium-cobalt composite oxide of 60 nm to 100 nm. 6-1-3, 6-2-1 to 6-2-3, 6-3-1 to 6-3-3, 7-1-1 to 7-1-3, 7-2-1 to 7- According to 2-3, Comparative Example 6-1-1, 6-2-1, 6-3-1, 7-1-1, 7-2 in which the crystallite diameter in the (110) vector direction was less than 60 nm. From Comparative Examples 6-1-2, 6-2-2, 6-3-2, 7-1-2, and 7-2-2 in which the crystallite diameter in the -1 or (110) vector direction exceeds 100 nm However, the discharge capacity maintenance rate has improved dramatically.
すなわち、他の溶媒を用いても、リチウムとコバルトとを含有するリチウム−コバルト複合酸化物の(003)ベクトル方向の結晶子径を50nm以上80nm以下とし、(110)ベクトル方向の結晶子径を60nm以上100nm以下とするようにすれば、サイクル特性を向上させることをできることが分かった。 That is, even if other solvents are used, the crystallite diameter in the (003) vector direction of the lithium-cobalt composite oxide containing lithium and cobalt is set to 50 nm to 80 nm, and the crystallite diameter in the (110) vector direction is set to It was found that cycle characteristics can be improved by setting the thickness to 60 nm or more and 100 nm or less.
(実験例8−1〜8−5)
溶媒として炭酸エチレンと炭酸ジエチルと炭酸プロピレンとの混合溶媒、または炭酸エチレンと炭酸プロピレンとの混合溶媒を用い、溶媒における炭酸プロピレンの含有量を20質量%〜80質量%の範囲で変化させたことを除き、他は実験例1−4と同様にして二次電池を作製した。その際、各溶媒の質量比による割合は、実験例8−1,8−2では、炭酸エチレン:炭酸ジエチル:炭酸プロピレン=50:30:20、または50:20:30とし、実験例8−3〜8−5では、炭酸エチレン:炭酸プロピレン=50:50,30:70または20:80とした。なお、リチウム−コバルト複合酸化物の結晶子径は、(003)ベクトル方向が70nmであり、(110)ベクトル方向が80nmである。
( Experimental examples 8-1 to 8-5)
Using a mixed solvent of ethylene carbonate, diethyl carbonate and propylene carbonate, or a mixed solvent of ethylene carbonate and propylene carbonate as the solvent, and changing the content of propylene carbonate in the solvent in the range of 20% by mass to 80% by mass. Other than that, a secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Example 1-4. In that case, the ratio by the mass ratio of each solvent was set to ethylene carbonate: diethyl carbonate: propylene carbonate = 50: 30: 20 or 50:20:30 in Experimental Examples 8-1 and 8-2, and Experimental Example 8- In 3-8-5, it was set as ethylene carbonate: propylene carbonate = 50: 50, 30:70 or 20:80. The crystallite diameter of the lithium-cobalt composite oxide is 70 nm in the (003) vector direction and 80 nm in the (110) vector direction.
実験例8−1〜8−5に対する比較例8−1−1〜8−5−5として、リチウム−コバルト複合酸化物の(003)ベクトル方向の結晶子径を40nmまたは90nmとしたことを除き、あるいは正極活物質の(110)ベクトル方向の結晶子径を50nmまたは110nmとしたことを除き、他は実験例8−1〜8−5と同様にして二次電池を作製した。 As Comparative Examples 8-1-1 to 8-5-5 with respect to Experimental Examples 8-1 to 8-5, except that the crystallite diameter in the (003) vector direction of the lithium-cobalt composite oxide was set to 40 nm or 90 nm. Alternatively, a secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Examples 8-1 to 8-5 except that the crystallite diameter in the (110) vector direction of the positive electrode active material was 50 nm or 110 nm.
作製した実験例および比較例の二次電池について、実験例2−1−1〜2−1−3,2−2−1〜2−2−3と同様にしてサイクル特性を調べた。結果を表8に示すと共に、実験例8−1〜8−5の結果を図9に示す。 With respect to the fabricated secondary batteries of the experimental example and the comparative example, the cycle characteristics were examined in the same manner as in Experimental examples 2-1-1 to 2-1-3, 2-2-1 to 2-2-3. The results are shown in Table 8, and the results of Experimental Examples 8-1 to 8-5 are shown in FIG.
また、実験例8−1〜8−5の二次電池について、次のようにして低温特性を調べた。まず、23℃に設定された恒温槽中で、上限電圧4.2V、電流1C、総充電時間3時間とする定電流定電圧充電を行ったのち、23℃、電流1C、終止電圧3.0Vまでの定電流放電を行い、23℃における放電容量を求めた。また、23℃に設定された恒温槽中で、上限電圧4.2V、電流1C、総充電時間3時間とする定電流定電圧充電を行ったのち、−10℃、電流1C、終止電圧3.0Vまでの定電流放電を行い、−10℃における放電容量を求めた。低温特性は、23℃における放電容量に対する−10℃における放電容量の割合、すなわち、(−10℃における放電容量/23℃における放電容量)×100(%)から求めた。結果を表8および図9に示す。 Further, the low temperature characteristics of the secondary batteries of Experimental Examples 8-1 to 8-5 were examined as follows. First, in a thermostatic chamber set at 23 ° C., after performing constant current and constant voltage charging with an upper limit voltage of 4.2 V, a current of 1 C, and a total charging time of 3 hours, 23 ° C., a current of 1 C, and a final voltage of 3.0 V The discharge capacity at 23 ° C. was determined. In addition, after performing constant current and constant voltage charging with an upper limit voltage of 4.2 V, a current of 1 C, and a total charging time of 3 hours in a thermostat set at 23 ° C., −10 ° C., a current of 1 C, and a final voltage of 3. A constant current discharge to 0 V was performed, and the discharge capacity at -10 ° C was determined. The low temperature characteristics were determined from the ratio of the discharge capacity at −10 ° C. to the discharge capacity at 23 ° C., that is, (discharge capacity at −10 ° C./discharge capacity at 23 ° C.) × 100 (%). The results are shown in Table 8 and FIG.
表8および図9から分かるように、炭酸プロピレンの含有量が多くなるに伴い、放電容量維持率は低下し、低温特性は上昇する傾向が観られ、特に溶媒における炭酸プロピレンの含有量を30質量%〜70質量%とした実験例8−2〜8−4において、放電容量維持率および低温特性について共に高い値が得られた。すなわち、溶媒における炭酸プロピレンの含有量は、30質量%以上70質量%以下とすれば好ましいことが分かった。 As can be seen from Table 8 and FIG. 9, as the content of propylene carbonate increases, the discharge capacity retention rate tends to decrease and the low-temperature characteristics tend to increase. In particular, the content of propylene carbonate in the solvent is 30% by mass. In Experimental Examples 8-2 to 8-4 in which the content was set to% to 70% by mass, high values were obtained for both the discharge capacity retention ratio and the low temperature characteristics. That is, it was found that the content of propylene carbonate in the solvent is preferably 30% by mass or more and 70% by mass or less.
また、リチウム−コバルト複合酸化物の(003)ベクトル方向の結晶子径を50nm以上80nm以下、(110)ベクトル方向の結晶子径を60nm以上100nm以下とした実験例8−1〜8−5によれば、(003)ベクトル方向の結晶子径を50nm未満あるいは80nm超とした比較例8−1−1〜8−1−5,8−2−1〜8−2−5よりも、また、(110)ベクトル方向の結晶子径を60nm未満あるいは100nm超とした比較例8−3−1〜8−3−5,8−4−1〜8−4−5よりも、放電容量維持率が向上した。すなわち、溶媒に炭酸プロピレンを含む場合にも、リチウムとコバルトとを含有するリチウム−コバルト複合酸化物の(003)ベクトル方向の結晶子径を50nm以上80nm以下とし、(110)ベクトル方向の結晶子径を60nm以上100nm以下とするようにすれば、サイクル特性を向上させることをできることが分かった。 Further, the lithium - cobalt composite oxide (003) crystallite diameter of the vector direction 50nm or 80nm or less, the experimental examples 8-1 to 8-5 were less 100 nm (110) crystallite diameter of the vector direction 60nm or more According to Comparative Examples 8-1-1-1 to 8-1-5, 8-2-1 to 8-2-5 in which the (003) vector direction crystallite diameter is less than 50 nm or more than 80 nm, (110) The discharge capacity retention ratio is higher than that of Comparative Examples 8-3-1 to 8-3-5, 8-4-1 to 8-4-5 in which the crystallite diameter in the vector direction is less than 60 nm or more than 100 nm. Improved. That is, even when propylene carbonate is included in the solvent, the crystallite diameter in the (003) vector direction of the lithium-cobalt composite oxide containing lithium and cobalt is 50 nm or more and 80 nm or less, and the crystallite in the (110) vector direction. It has been found that cycle characteristics can be improved by setting the diameter to 60 nm or more and 100 nm or less.
(実験例9−1〜9−5)
被覆部となる高分子化合物を溶解した水溶液の濃度を調整して、天然黒鉛に対する被覆部の割合を表9に示したように0.05質量%〜2.1質量%の範囲で変化させたことを除き、他は実験例1−4と同様にして二次電池を作製した。その際、溶媒には炭酸エチレンと炭酸プロピレンとを等質量で混合したものを用いた。なお、高分子化合物はグルタミン酸ナトリウムである。
( Experimental examples 9-1 to 9-5)
The concentration of the aqueous solution in which the polymer compound serving as the coating part was dissolved was adjusted, and the ratio of the coating part to natural graphite was changed in the range of 0.05% to 2.1% by mass as shown in Table 9. Except for this, a secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Example 1-4. In that case, what mixed ethylene carbonate and propylene carbonate by equal mass was used for the solvent. The polymer compound is sodium glutamate.
作製した実験例9−1〜9−5の二次電池について、実験例2−1−1〜2−1−3,2−2−1〜2−2−3と同様にしてサイクル特性を調べた。結果を表9および図10に示す。 For the secondary batteries of Experimental Examples 9-1 to 9-5 were prepared to examine the cycle characteristics in the same manner as in Experimental Example 2-1-1~2-1-3,2-2-1~2-2-3 It was. The results are shown in Table 9 and FIG.
表9および図10から分かるように、放電容量維持率は、天然黒鉛に対する被覆部の割合が多くなるに伴い大きくなり、極大値を示したのち低下する傾向が観られた。 As can be seen from Table 9 and FIG. 10, the discharge capacity retention rate increased as the ratio of the coating portion to natural graphite increased, and a tendency to decrease after showing the maximum value was observed.
すなわち、天然黒鉛に対する被覆部の割合は、0.1質量%以上2質量%以下とすれば好ましいことが分かった。 That is, it was found that the ratio of the covering portion relative to natural graphite is preferably 0.1% by mass or more and 2% by mass or less.
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、正極22および負極21を巻回する場合について説明したが、正極と負極とを複数積層するようにしてもよく、また、折り畳むようにしてもよい。更に、本発明は、外装部材に缶を用いた円筒型、角型、コイン型、ボタン型などの電池にも適用することができる。
Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment and examples, the case where the positive electrode 22 and the
また、上記実施の形態および実施例では、電解液をそのまま用いる場合について説明したが、電解液を高分子化合物などの保持体に保持させて、いわゆるゲル状とするようにしてもよい。この高分子化合物としては、例えばポリフッ化ビニリデンあるいはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ素系高分子化合物、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリレートあるいはポリアクリレートを繰返し単位として含むものなどが挙げられる。特に、酸化還元安定性の点からは、フッ素系高分子化合物が望ましい。高分子化合物には、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 Moreover, although the case where electrolyte solution was used as it was was demonstrated in the said embodiment and Example, electrolyte solution may be hold | maintained to support bodies, such as a polymer compound, and you may make it make what is called a gel form. Examples of the polymer compound include a fluorine polymer compound such as polyvinylidene fluoride or a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, an ether polymer compound such as polyethylene oxide or a crosslinked product containing polyethylene oxide, Examples include those containing acrylonitrile, polymethacrylate or polyacrylate as a repeating unit. In particular, a fluorine-based polymer compound is desirable from the viewpoint of redox stability. Any one of these polymer compounds may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used.
11…正極リード、12…負極リード、20…巻回電極体、21…負極、21A…負極集電体、21B…負極活物質層、22…正極、22A…正極集電体、22B…正極活物質層、23…セパレータ、24…保護テープ、31…外装部材。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記正極は、リチウム(Li)とコバルト(Co)とを含有するリチウム−コバルト複合酸化物を含むと共に、前記負極は、球形化された天然黒鉛を含み、
前記リチウム−コバルト複合酸化物の結晶子径は、(003)ベクトル方向が50nm以上80nm以下であり、(110)ベクトル方向が60nm以上100nm以下であり、
前記天然黒鉛は、表面の少なくとも一部を覆うように形成され、グルタミン酸ナトリウムまたはカルボキシメチルセルロースナトリウム塩のうちのいずれか一方の高分子化合物よりなる被覆部を有し、
前記天然黒鉛に対する前記被覆部の割合(被覆部/天然黒鉛)は、0.1質量%以上2質量%以下の範囲内である、リチウムイオン二次電池。 Bei example a cathode, an anode,
The positive electrode includes a lithium-cobalt composite oxide containing lithium (Li) and cobalt (Co), and the negative electrode includes spherical natural graphite,
The lithium - crystallite size of cobalt composite oxide, (003) vector direction is at 50nm or more 80nm or less state, and are (110) vector direction is 60nm or 100nm or less,
The natural graphite is formed so as to cover at least a part of the surface, and has a coating portion made of any one polymer compound of sodium glutamate or sodium carboxymethyl cellulose,
The ratio of the said coating | coated part with respect to the said natural graphite (covering part / natural graphite) exists in the range of 0.1 mass% or more and 2 mass% or less, The lithium ion secondary battery.
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