JP5095098B2 - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオンを利用する非水電解質二次電池に関し、特に、好適な正極活物質により高電圧で作動する非水電解質二次電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery using lithium ions, and more particularly to a non-aqueous electrolyte secondary battery that operates at a high voltage with a suitable positive electrode active material.

近年、移動体通信機器、携帯電子機器の主電源として利用されている非水電解質二次電池は、起電力が高く、高エネルギー密度である特長を有している。ここで用いられる正極活物質としてはコバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)等がある。これらの活物質はリチウム(Li)に対し4V以上の電位を有している。 In recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries used as a main power source for mobile communication devices and portable electronic devices have a high electromotive force and a high energy density. Examples of the positive electrode active material used here include lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and lithium nickelate (LiNiO 2 ). These active materials have a potential of 4 V or more with respect to lithium (Li).

これらの活物質を利用したリチウムイオン二次電池では、電池の充電電圧を上げると、その分だけ容量があがるため、作動電圧の高電圧化が検討されている。
中でも、マンガン(Mn)を含むリチウムスピネル酸化物は、高電位においても安定なため、充電上限電圧を4.0Vから4.5Vの範囲に設定する提案がされている(例えば特許文献1参照)。
また、主として使われているリチウム複合コバルト酸化物は、高容量で、サイクル特性や保存特性などの諸特性に優れている。しかし、熱安定性に劣るとともに高電圧での充放電の繰り返しにより劣化するため、通常の作動状態では、充電終止電圧は、せいぜい4.2V(制御回路の誤差を含めると4.25V)であった。これ以上の電圧で作動させた場合には、特に安全性に問題があった。
In a lithium ion secondary battery using these active materials, when the battery charging voltage is increased, the capacity is increased by that amount. Therefore, a higher operating voltage has been studied.
Among these, lithium spinel oxide containing manganese (Mn) is stable even at a high potential, and therefore, a proposal has been made to set the upper limit charging voltage in the range of 4.0 V to 4.5 V (see, for example, Patent Document 1). .
Moreover, lithium composite cobalt oxides mainly used have a high capacity and are excellent in various characteristics such as cycle characteristics and storage characteristics. However, since it is inferior in thermal stability and deteriorates by repeated charging and discharging at a high voltage, the charging end voltage is 4.2 V at most (4.25 V including the error of the control circuit) in a normal operating state. It was. When operating at a voltage higher than this, there was a problem in safety in particular.

充電終止電圧が4.2Vに設定されていても、事故等で過充電状態になると、電池電圧が上昇することがある。そこで、過充電状態においても正極活物質の結晶構造を安定に維持するために、複合酸化物に特定の元素を固溶させる技術が提案されている(例えば、特許文献2参照)。また、特定の2種の活物質を混合することにより、過充電時の電池の熱安定性の向上を目指した提案もある(例えば、特許文献3参照)。
特開2001−307781号公報 特開2002−203553号公報 特開2002−319398号公報
Even if the end-of-charge voltage is set to 4.2 V, the battery voltage may increase if an overcharge state occurs due to an accident or the like. In view of this, in order to stably maintain the crystal structure of the positive electrode active material even in an overcharged state, a technique in which a specific element is dissolved in a composite oxide has been proposed (see, for example, Patent Document 2). There is also a proposal aimed at improving the thermal stability of a battery during overcharging by mixing two specific active materials (see, for example, Patent Document 3).
JP 2001-307781 A JP 2002-203553 A JP 2002-319398 A

通常の作動状態における充電終止電圧を4.25V以上に設定した場合は、正極の利用率、つまり容量が増加するが、負極の負荷は一定であるから、従来の4.2V基準の電池設計をそのまま適用すると、電池容量のバランスが崩れてしまう。   When the end-of-charge voltage in the normal operating state is set to 4.25 V or more, the utilization rate of the positive electrode, that is, the capacity increases, but the negative electrode load is constant. If applied as it is, the battery capacity is unbalanced.

本発明はこの課題を解決し、通常の作動状態における充電終止電圧を4.25V以上に設定しても、安全性はもとよりサイクル特性、耐熱性、および保存特性など電池としての機能が正常に作動する、高容量の非水電解質二次電池を提供することを目的とする。   The present invention solves this problem, and even if the end-of-charge voltage in a normal operating state is set to 4.25 V or more, the battery functions such as cycle characteristics, heat resistance, and storage characteristics normally operate as well as safety. An object of the present invention is to provide a high-capacity nonaqueous electrolyte secondary battery.

通常の作動状態における充電終止電圧を4.25V以上の様々な値に設定した場合、正・負極の重量を従来のような一定値にすると、正極と負極の容量バランスが崩れ、特性が悪くなる。電池の容量バランスを保つためには、正極の重量を減らし、負極の重量を増加させるのが有効である。さらに、正・負極の活物質は、極板の位置により、対極と対向する部分とそうでない部分では、負荷(重量あたりの容量)が異なる。   When the end-of-charge voltage in the normal operating state is set to various values of 4.25 V or more, if the positive and negative electrode weights are set to constant values as in the conventional case, the capacity balance between the positive electrode and the negative electrode is lost, and the characteristics deteriorate. . In order to maintain the battery capacity balance, it is effective to reduce the weight of the positive electrode and increase the weight of the negative electrode. Furthermore, the positive and negative active materials have different loads (capacity per weight) depending on the position of the electrode plate between the portion facing the counter electrode and the portion not.

本発明は、以上に鑑み、リチウム複合酸化物を活物質として含む正極を備え、充電終止電圧が4.4〜4.5Vに設定されている非水電解質二次電池において、正極と負極とが相対向する領域における正極および負極にそれぞれ含まれる単位面積当たりの活物質の重量比Rを特定の値に設定する。
すなわち、本発明の非水電解質二次電池は、リチウムを吸蔵・放出可能な活物質を含む負極、リチウム複合酸化物を活物質として含む正極、前記負極と正極とを隔離するセパレータ、およびリチウムイオン伝導性の非水電解質を具備し、充電終止電圧が4.4〜4.5Vに設定されている非水電解質二次電池であって、前記正極と負極とが相対向する領域において、正極に含まれる活物質の単位面積当たりの重量Wpと負極に含まれる活物質の単位面積当たりの重量Wnとの比R=Wp/Wnが1.3〜19の範囲にあることを特徴とする。
リチウム複合酸化物は、酸化物A、酸化物B、または酸化物Aと酸化物Bとの混合物であり、酸化物Aは、式LixCo1-yy2(MはMg、Al、Ti、Sr、Mn、Ni、Ca、V、Fe、Y、Zr、Mo、Tc、Ru、Ta、W、Re、Yb、Cu、Zn、およびBaからなる群より選ばれた少なくとも1種であり、1.0≦x≦1.15、0.005≦y≦0.1である。)で表され、酸化物Bは、式LixNiyMnz1-y-z2(MはCo、Mg、Al、Ti、Sr、Ca、V、Fe、Y、Zr、Mo、Tc、Ru、Ta、W、およびReからなる群より選ばれた少なくとも1種であり、1.0≦x≦1.15、0.1≦y≦0.5、0.1≦z≦0.5であり、かつ0.9≦y/z≦3.0である。)で表される。
本発明の一局面では、負極の活物質が、炭素質物質を主体とし、リチウム複合酸化物が、酸化物Aと酸化物Bとの混合物であり、酸化物Aと酸化物Bとの重量比が9:1〜1:9である。このとき、比R=Wp/Wnは、1.3〜2.2の範囲にある
本発明の他の一局面では、負極の活物質が、合金もしくは金属化合物を主体とし、リチウム複合酸化物が、酸化物A、または酸化物Aと酸化物Bとの混合物である。このとき、比R=Wp/Wnは2.5〜19の範囲にあり、リチウム複合酸化物が酸化物Aであるとき、比Rは3.0〜19の範囲にある。リチウム複合酸化物が酸化物Aと酸化物Bとの混合物であるとき、酸化物Aと酸化物Bとの重量比は9:1〜1:9である。
In view of the above, the present invention provides a positive electrode containing a lithium composite oxide as an active material, and a non-aqueous electrolyte secondary battery in which a charge end voltage is set to 4.4 to 4.5 V. The weight ratio R of the active material per unit area included in each of the positive electrode and the negative electrode in the opposing regions is set to a specific value.
That is, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a negative electrode including an active material capable of inserting and extracting lithium, a positive electrode including a lithium composite oxide as an active material, a separator separating the negative electrode and the positive electrode, and lithium ions A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a conductive non-aqueous electrolyte and having an end-of-charge voltage set to 4.4 to 4.5 V, wherein the positive electrode and the negative electrode are opposed to each other in a region facing each other. The ratio R = Wp / Wn between the weight Wp per unit area of the active material contained and the weight Wn per unit area of the active material contained in the negative electrode is in the range of 1.3 to 19.
The lithium composite oxide is oxide A, oxide B, or a mixture of oxide A and oxide B, and oxide A has the formula Li x Co 1- y My O 2 (M is Mg, Al At least one selected from the group consisting of Ti, Sr, Mn, Ni, Ca, V, Fe, Y, Zr, Mo, Tc, Ru, Ta, W, Re, Yb, Cu, Zn, and Ba There is represented by a 1.0 ≦ x ≦ 1.15,0.005 ≦ y ≦ 0.1.), oxide B has the formula Li x Ni y Mn z M 1 -yz O 2 (M is It is at least one selected from the group consisting of Co, Mg, Al, Ti, Sr, Ca, V, Fe, Y, Zr, Mo, Tc, Ru, Ta, W, and Re, and 1.0 ≦ x ≦ 1.15, 0.1 ≦ y ≦ 0.5, 0.1 ≦ z ≦ 0.5, and 0.9 ≦ y / z ≦ 3.0.
In one aspect of the present invention, the active material of the negative electrode is mainly a carbonaceous material , the lithium composite oxide is a mixture of oxide A and oxide B, and the weight of oxide A and oxide B ratio of 9: 1 to 1: 9 Ru der. In this case, the ratio R = Wp / Wn is in the range of 1.3 to 2.2.
In another aspect of the present invention, the active material of the negative electrode, as a main component an alloy or a metal compound, lithium composite oxide, Ru mixture der between the oxide B and the oxide A or an oxide A,. In this case, the ratio R = Wp / Wn is Ri range near the 2.5 to 19, when the lithium composite oxide is an oxide A, the ratio R is in the range of 3.0 to 19. When the lithium composite oxide is a mixture of oxide B and the oxide A, the weight ratio between the oxide A and the oxide B is 9: 1 to 1: 9 Ru der.

本発明の非水電解質二次電池は、通常の作動状態における充電終止電圧を4.25〜4.5Vの範囲に設定して用いても、高容量で、十分な安全性を維持し、かつ正常に作動する。   Even if the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is used by setting the end-of-charge voltage in a normal operating state to a range of 4.25 to 4.5 V, it maintains a high capacity and sufficient safety, and Operates normally.

本発明による非水電解質二次電池は、リチウムを吸蔵・放出可能な活物質を含む負極、リチウム複合酸化物を活物質として含む正極、前記負極と正極とを隔離するセパレータ、およびリチウムイオン伝導性の非水電解質を具備し、充電終止電圧が4.25〜4.5Vに設定されている。   A nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes a negative electrode including an active material capable of inserting and extracting lithium, a positive electrode including a lithium composite oxide as an active material, a separator separating the negative electrode and the positive electrode, and lithium ion conductivity The end-of-charge voltage is set to 4.25 to 4.5V.

本発明の非水電解質二次電池は、通常の作動状態における充電終止電圧を4.25〜4.5Vの範囲に設定して用いても、十分な安全性を維持し、かつ正常に作動する。
ここで、通常の作動状態とは、非水電解質二次電池が正常に作動する状態をいい、その電池の製造者が推奨する作動状態でもある。
また、充電終止電圧とは、電池の定電流充電を停止する基準電圧をいい、充電中の電池がその基準電圧に達すると、電池の定電流充電が停止される。通常は、その後、この基準電圧で定電圧充電が行われる。所定の時間に達するか、所定の電流値以下になった時点で定電圧充電が停止される。充電終止電圧は、非水電解質二次電池の設計に応じて、あらかじめ定められる。
通常の作動状態における充電終止電圧は、一般に、非水電解質二次電池が正常に作動する上で好適な、もしくは推奨される電池電圧領域の上限電圧である。
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention maintains sufficient safety and operates normally even if it is used with the end-of-charge voltage in the normal operating state set in the range of 4.25 to 4.5V. .
Here, the normal operating state refers to a state in which the nonaqueous electrolyte secondary battery operates normally, and is also an operating state recommended by the battery manufacturer.
The charge end voltage is a reference voltage for stopping the constant current charging of the battery. When the battery being charged reaches the reference voltage, the constant current charging of the battery is stopped. Usually, constant voltage charging is performed thereafter with this reference voltage. The constant voltage charging is stopped when the predetermined time is reached or when the current becomes equal to or lower than the predetermined current value. The end-of-charge voltage is determined in advance according to the design of the nonaqueous electrolyte secondary battery.
The end-of-charge voltage in the normal operating state is generally an upper limit voltage in a battery voltage range that is suitable or recommended for normal operation of the nonaqueous electrolyte secondary battery.

本発明の非水電解質二次電池は、前記正極と負極とが相対向する領域において、正極に含まれる活物質の単位面積当たりの重量Wpと負極に含まれる活物質の単位面積当たりの重量Wnとの比R=Wp/Wn(以下、単に正・負極活物質の重量比Rという)が1.3〜19の範囲にある。これによって、正・負極の負荷のバランスが取れ、高容量かつ信頼性に優れている。ここで、前記の重量比Rは、容量比に換算することもできるが、電池を実際に製作する時は、活物質を重量で計り取り、電極合剤を調製するので、重量比で規定する方が、分かりやすくて明確である。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes a weight Wp per unit area of the active material contained in the positive electrode and a weight Wn per unit area of the active material contained in the negative electrode in a region where the positive electrode and the negative electrode face each other. The ratio R = Wp / Wn (hereinafter simply referred to as the weight ratio R of the positive and negative electrode active materials) is in the range of 1.3 to 19. As a result, the positive and negative loads are balanced, and the capacity is high and the reliability is excellent. Here, the weight ratio R can be converted into a capacity ratio, but when actually manufacturing a battery, the active material is measured by weight to prepare an electrode mixture. It is clearer and clearer.

本発明の好ましい実施の形態において、負極の活物質は、リチウムを吸蔵・放出可能な炭素質物質を主体とし、前記重量比Rは1.3〜2.2の範囲、より好ましくは1.7〜2.0の範囲にある。
本発明の他の好ましい実施の形態において、負極の活物質は、リチウムを吸蔵・放出可能な合金もしくは金属化合物を主体とし、前記重量比Rは2.5〜19の範囲にある。
前記の実施の形態によれば、通常の作動状態における充電終止電圧を4.25V以上に設定しても、安全性はもとよりサイクル特性、耐熱性、保存特性など、電池の機能が正常に作動する、高容量な非水電解質二次電池を得ることができる。
In a preferred embodiment of the present invention, the negative electrode active material is mainly composed of a carbonaceous material capable of inserting and extracting lithium, and the weight ratio R is in the range of 1.3 to 2.2, more preferably 1.7. It is in the range of ~ 2.0.
In another preferred embodiment of the present invention, the negative electrode active material is mainly composed of an alloy or metal compound capable of inserting and extracting lithium, and the weight ratio R is in the range of 2.5 to 19.
According to the above-described embodiment, even if the end-of-charge voltage in a normal operating state is set to 4.25 V or more, the battery functions such as cycle characteristics, heat resistance, storage characteristics as well as safety operate normally. A high-capacity nonaqueous electrolyte secondary battery can be obtained.

ここで負極活物質がリチウムを吸蔵・放出可能な炭素質物質を主体とする電池において、重量比Rが1.3より小さい場合、または負極活物質がリチウムを吸蔵・放出可能な合金もしくは金属化合物を主体とする電池において、重量比Rが2.5より小さい場合は、負極重量が正極に対して多くなり、電池が高温に置かれた場合に電池としての熱安定性が低下する。また、負極活物質が前記炭素質物質を主体とする電池において、重量比Rが2.2よりも大きい場合、または負極活物質が前記合金もしくは金属化合物を主体とする電池において、重量比Rが19よりも大きい場合は、正極の負荷に対して負極の負荷が大きすぎるため、サイクルを経過したときにリチウム金属が負極上に析出する可能性があり、電池の信頼性が低下する。   Here, in a battery whose negative electrode active material is mainly a carbonaceous material capable of inserting and extracting lithium, when the weight ratio R is less than 1.3, or an alloy or metal compound in which the negative electrode active material can store and release lithium When the weight ratio R is smaller than 2.5, the weight of the negative electrode increases with respect to the positive electrode, and the thermal stability of the battery decreases when the battery is placed at a high temperature. Further, in a battery in which the negative electrode active material is mainly composed of the carbonaceous material, when the weight ratio R is larger than 2.2, or in the battery in which the negative electrode active material is mainly composed of the alloy or the metal compound, the weight ratio R is If it is larger than 19, the load on the negative electrode is too large relative to the load on the positive electrode, so that lithium metal may be deposited on the negative electrode after a cycle, and the reliability of the battery is lowered.

本発明の好ましい実施の形態において、正極活物質は下記の式(1)で表されるリチウム複合酸化物である。
LixCo1-yy2 (1)
式中MはMg、Al、Ti、Sr、Mn、Ni、Ca、V、Fe、Y、Zr、Mo、Tc、Ru、Ta、W、Re、Yb、Cu、Zn、およびBaからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素であり、1.0≦x≦1.15、0.005≦y≦0.1である。
In a preferred embodiment of the present invention, the positive electrode active material is a lithium composite oxide represented by the following formula (1).
Li x Co 1- y My O 2 (1)
Where M is from the group consisting of Mg, Al, Ti, Sr, Mn, Ni, Ca, V, Fe, Y, Zr, Mo, Tc, Ru, Ta, W, Re, Yb, Cu, Zn, and Ba. At least one element selected, and 1.0 ≦ x ≦ 1.15 and 0.005 ≦ y ≦ 0.1.

ここで、負極活物質が、リチウムを吸蔵・放出可能な炭素質物質を主体とするときは、正・負極活物質の重量比Rは1.5〜2.2の範囲であることが好ましい。負極活物質が、リチウムを吸蔵・放出可能な合金もしくは金属化合物を主体とするときは、正・負極活物質の重量比Rは3.0〜19の範囲にあることが好ましい。   Here, when the negative electrode active material is mainly a carbonaceous material capable of inserting and extracting lithium, the weight ratio R of the positive and negative electrode active materials is preferably in the range of 1.5 to 2.2. When the negative electrode active material is mainly composed of an alloy or metal compound capable of inserting and extracting lithium, the weight ratio R of the positive and negative electrode active materials is preferably in the range of 3.0 to 19.

本発明の他の好ましい実施の形態において、正極活物質は下記の式(2)で表されるリチウム複合酸化物である。
LixNiyMnz1-y-z2 (2)
式中MはCo、Mg、Al、Ti、Sr、Ca、V、Fe、Y、Zr、Mo、Tc、Ru、Ta、W、およびReからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素であり、1.0≦x≦1.15、0.1≦y≦0.5、0.1≦z≦0.5、0.9≦y/z≦3.0である。
In another preferred embodiment of the present invention, the positive electrode active material is a lithium composite oxide represented by the following formula (2).
Li x Ni y Mn z M 1 -yz O 2 (2)
In the formula, M is at least one element selected from the group consisting of Co, Mg, Al, Ti, Sr, Ca, V, Fe, Y, Zr, Mo, Tc, Ru, Ta, W, and Re. 1.0 ≦ x ≦ 1.15, 0.1 ≦ y ≦ 0.5, 0.1 ≦ z ≦ 0.5, 0.9 ≦ y / z ≦ 3.0.

ここで、負極活物質が、リチウムを吸蔵・放出可能な炭素質物質を主体とするときは、正・負極活物質の重量比Rは1.3〜2.0の範囲にあることが好ましい。負極活物質が、リチウムを吸蔵・放出可能な合金もしくは金属化合物を主体とするときは、正・負極活物質の重量比Rは2.5〜18の範囲にあることが好ましい。   Here, when the negative electrode active material is mainly a carbonaceous material capable of inserting and extracting lithium, the weight ratio R of the positive and negative electrode active materials is preferably in the range of 1.3 to 2.0. When the negative electrode active material is mainly composed of an alloy or metal compound capable of inserting and extracting lithium, the weight ratio R of the positive and negative electrode active materials is preferably in the range of 2.5-18.

本発明のさらに他の好ましい実施の形態においては、正極活物質は前記式(1)で表される酸化物Aと、前記式(2)で表される酸化物Bとを所定の比率で混合した混合物である。
ここで、負極活物質が、リチウムを吸蔵・放出可能な炭素質物質を主体とするときは、正・負極活物質の重量比Rは1.3〜2.2の範囲にあることが好ましい。負極活物質が、リチウムを吸蔵・放出可能な合金もしくは金属化合物を主体とするときは、正・負極活物質の重量比Rは2.5〜19の範囲にあることが好ましい。
In still another preferred embodiment of the present invention, the positive electrode active material is a mixture of the oxide A represented by the formula (1) and the oxide B represented by the formula (2) at a predetermined ratio. A mixture.
Here, when the negative electrode active material is mainly composed of a carbonaceous material capable of inserting and extracting lithium, the weight ratio R of the positive and negative electrode active materials is preferably in the range of 1.3 to 2.2. When the negative electrode active material is mainly composed of an alloy or metal compound capable of inserting and extracting lithium, the weight ratio R of the positive and negative electrode active materials is preferably in the range of 2.5 to 19.

リチウムを吸蔵・放出可能な合金もしくは金属化合物としては、Si、Sn、SiまたはSnを含む合金、およびSiOからなる群から選ばれる少なくとも1種が、高容量が望めるので好ましい。
前記の正極活物質Aと正極活物質Bとの混合比率は、重量比で9:1〜1:9であるのが好ましい。より好ましくは9:1〜5:5である。正極活物質Aの電子伝導性と正極活物質Bの高容量性が相補的効果を表し、より高容量で、低温における放電特性に優れた電池が実現できる。
As the alloy or metal compound capable of inserting and extracting lithium, at least one selected from the group consisting of Si, Sn, Si or Sn, and SiO is preferable because a high capacity can be expected.
The mixing ratio of the positive electrode active material A and the positive electrode active material B is preferably 9: 1 to 1: 9 by weight. More preferably, it is 9: 1 to 5: 5. The electron conductivity of the positive electrode active material A and the high capacity of the positive electrode active material B exhibit complementary effects, and a battery with higher capacity and excellent discharge characteristics at low temperatures can be realized.

本発明の正極活物質は、その表面に、Mg、Al、Ti、Sr、Mn、Ni、Ca、V、Fe、Y、Zr、Mo、Tc、Ru、Ta、W、Re、Sn、Bi、Cu、Si、Ga、およびBからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属、その金属を含む金属間化合物、または前記金属の酸化物を被覆されていることが好ましい。通常の作動状態での充電終止電圧が4.25〜4.5Vに設定された高電圧電池において、高電圧充電状態での正極活物質からの金属溶出を抑制する効果があり、その結果、充放電サイクルの進行に伴う正極活物質の劣化が抑制され、容量維持率が改善されるからである。   The positive electrode active material of the present invention has Mg, Al, Ti, Sr, Mn, Ni, Ca, V, Fe, Y, Zr, Mo, Tc, Ru, Ta, W, Re, Sn, Bi, It is preferable that at least one metal selected from the group consisting of Cu, Si, Ga, and B, an intermetallic compound containing the metal, or an oxide of the metal is coated. In a high voltage battery in which the end-of-charge voltage in a normal operating state is set to 4.25 to 4.5 V, there is an effect of suppressing metal elution from the positive electrode active material in a high-voltage charged state. This is because deterioration of the positive electrode active material accompanying the progress of the discharge cycle is suppressed, and the capacity retention rate is improved.

本発明のさらに他の好ましい実施の形態においては、正極は、前記のいずれかの正極活物質の他に、式(3)で表される酸化物を含んでいる。
MOx (3)
式中MはLi、Co、Mg、Al、Ti、Sr、Mn、Ni、Ca、V、Fe、Y、Zr、Mo、Tc、Ru、Ta、W、およびReからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素であり、0.4≦x≦2.0である。
この実施の形態によれば、高電圧充電状態での正極活物質からの金属溶出を抑制する効果があり、その結果、充放電サイクルの進行に伴う正極活物質の劣化が抑制され、容量維持率が改善される。
In still another preferred embodiment of the present invention, the positive electrode contains an oxide represented by the formula (3) in addition to any of the positive electrode active materials described above.
MO x (3)
Wherein M is at least selected from the group consisting of Li, Co, Mg, Al, Ti, Sr, Mn, Ni, Ca, V, Fe, Y, Zr, Mo, Tc, Ru, Ta, W, and Re. One element, 0.4 ≦ x ≦ 2.0.
According to this embodiment, there is an effect of suppressing metal elution from the positive electrode active material in a high-voltage charge state, and as a result, deterioration of the positive electrode active material accompanying the progress of the charge / discharge cycle is suppressed, and the capacity retention rate Is improved.

本発明のさらに他の好ましい実施の形態においては、非水電解質は、溶媒として環状カーボネート類と非環状カーボネート類を含んでいる。環状カーボネート類は、負極表面に良質の被膜を形成することにより、電解質の分解を抑制する。また、非環状カーボネートは、電解質の粘度を低減させて極板内への電解質の浸透を促進する。
電解質中の環状カーボネート類の割合は、20℃における体積比で10〜50%が好ましい。10%より小さいと、負極表面の良質な被膜形成が少なくなり、負極と電解質との反応性が高まって、電解質の分解が促進される。50%より大きいと、電解質の粘度が上昇して極板内への電解質の浸透が妨げられる。
In still another preferred embodiment of the present invention, the nonaqueous electrolyte contains cyclic carbonates and acyclic carbonates as a solvent. Cyclic carbonates suppress the decomposition of the electrolyte by forming a good-quality film on the negative electrode surface. In addition, the acyclic carbonate reduces the viscosity of the electrolyte and promotes the penetration of the electrolyte into the electrode plate.
The ratio of the cyclic carbonates in the electrolyte is preferably 10 to 50% by volume ratio at 20 ° C. If it is less than 10%, the formation of a good quality film on the negative electrode surface is reduced, the reactivity between the negative electrode and the electrolyte is increased, and the decomposition of the electrolyte is promoted. If it is more than 50%, the viscosity of the electrolyte is increased and the penetration of the electrolyte into the electrode plate is prevented.

本発明の他の好ましい実施の形態においては、非水電解質が、リチウム塩としてLiPF6を含んでいる。より好ましい実施の形態では、LiPF6を0.5〜2.0mol/l含み、さらにLiBF4を0.01〜0.3mol/l含んでいる。LiPF6の濃度が0.5mol/lより小さい場合は、サイクル経過に伴ってLiPF6の分解が進行し、リチウム塩の不足により正常な放電が行えなくなる。LiPF6の濃度が2.0mol/lよりも大きい場合は、電解質の粘度が上昇し、極板内へのスムーズな電解質の浸透が妨げられる。LiBF4は、サイクル中の電解質の分解を抑制し、サイクル特性の向上に効果がある。LiBF4の濃度が0.01mol/lより小さい場合は十分なサイクル特性の向上効果が認められず、0.3mol/lより大きい場合はLiBF4が分解された生成物がリチウムイオンの移動を阻害して放電特性の低下を引き起こす。 In another preferred embodiment of the present invention, the non-aqueous electrolyte contains LiPF 6 as a lithium salt. In a more preferred embodiment, LiPF 6 is contained in an amount of 0.5 to 2.0 mol / l, and further LiBF 4 is contained in an amount of 0.01 to 0.3 mol / l. When the concentration of LiPF 6 is smaller than 0.5 mol / l, decomposition of LiPF 6 proceeds with the passage of the cycle, and normal discharge cannot be performed due to the lack of lithium salt. When the concentration of LiPF 6 is larger than 2.0 mol / l, the viscosity of the electrolyte increases, and smooth electrolyte penetration into the electrode plate is hindered. LiBF 4 suppresses the decomposition of the electrolyte during the cycle, and is effective in improving the cycle characteristics. When the concentration of LiBF 4 is less than 0.01 mol / l, no sufficient effect of improving the cycle characteristics is observed, and when it is greater than 0.3 mol / l, the product of LiBF 4 decomposition inhibits the migration of lithium ions. As a result, the discharge characteristics are degraded.

本発明のさらに別の好ましい実施の形態においては、非水電解質は、添加剤として、フェニル基および前記フェニル基に隣接する第3級もしくは第4級炭素を有する基を含むベンゼン誘導体の少なくとも一種を含んでいる。前記添加剤は、電池が過充電された際の熱暴走を抑制する効果がある。
前記添加剤としては、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、およびジフェニルエーテルからなる群より選ばれた少なくとも一種が好ましい。前記添加剤の含有量は、非水電解質全体の0.05〜8.0重量%であることが好ましく、より好ましくは0.1〜6.0重量%である。前記添加剤の含有量が前記の範囲より小さい場合は、過充電された際の熱暴走を抑制する効果が認められない。また、前記添加剤の含有量が前記範囲より大きい場合は、過剰の添加剤がリチウムイオンの移動を妨げて放電特性の低下を引き起こす。
In still another preferred embodiment of the present invention, the non-aqueous electrolyte contains at least one benzene derivative containing a phenyl group and a group having a tertiary or quaternary carbon adjacent to the phenyl group as an additive. Contains. The additive has an effect of suppressing thermal runaway when the battery is overcharged.
The additive is preferably at least one selected from the group consisting of cyclohexylbenzene, biphenyl, and diphenyl ether. The content of the additive is preferably 0.05 to 8.0% by weight, more preferably 0.1 to 6.0% by weight, based on the whole nonaqueous electrolyte. When content of the said additive is smaller than the said range, the effect which suppresses the thermal runaway at the time of overcharge is not recognized. In addition, when the content of the additive is larger than the above range, the excessive additive prevents the movement of lithium ions and causes a decrease in discharge characteristics.

本発明に用いる負極活物質は、リチウムを吸蔵・放出可能な炭素質物質、合金、および金属化合物であり、従来より知られている公知のものを適用できる。炭素質物質には、例えば、熱分解炭素類;ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等のコークス類;グラファイト類、ガラス状炭素類;有機高分子化合物の焼成体、例えばフェノール樹脂、フラン樹脂等の高分子化合物を適当な温度で焼成し、炭素化したもの;炭素繊維、活性炭素等の炭素材料が上げられる。合金は、Si、Sn、Al、Zn、Mg、Ti、およびNiよりなる群から選択される少なくとも一種が好ましい。金属化合物には前記金属の酸化物および炭化物よりなる群から選択される少なくとも一種が上げられる。Si、Sn、SiまたはSnを含む合金、およびSiOからなる群から選ばれる少なくとも1種がさらに好ましい。これらの材料は単独もしくは2種以上を混合して用いることができる。これらの負極活物質の平均粒径は、特に限定されないが、1〜30μmが好ましい。   The negative electrode active material used in the present invention is a carbonaceous material, alloy, and metal compound capable of inserting and extracting lithium, and conventionally known materials can be applied. Examples of the carbonaceous material include pyrolytic carbons; cokes such as pitch coke, needle coke, and petroleum coke; graphites, glassy carbons, and fired bodies of organic polymer compounds such as phenol resins and furan resins. A polymer obtained by calcining and carbonizing a polymer compound; carbon materials such as carbon fiber and activated carbon can be raised. The alloy is preferably at least one selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Zn, Mg, Ti, and Ni. Examples of the metal compound include at least one selected from the group consisting of the metal oxide and carbide. More preferable is at least one selected from the group consisting of Si, Sn, Si or Sn-containing alloys, and SiO. These materials can be used alone or in admixture of two or more. The average particle diameter of these negative electrode active materials is not particularly limited, but is preferably 1 to 30 μm.

負極用結着剤としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などが用いられる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、スチレンブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体またはその(Na+)イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸共重合体またはその(Na+)イオン架橋体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体またはその(Na+)イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体またはその(Na+)イオン架橋体が挙げられる。これらの材料を単独または混合物として用いることができる。また、これらの材料のなかでも、スチレンブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−アクリル酸共重合体またはその(Na+)イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸共重合体またはその(Na+)イオン架橋体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体またはその(Na+)イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体またはその(Na+)イオン架橋体が特に好ましい。 As the negative electrode binder, a thermoplastic resin, a thermosetting resin, or the like is used. For example, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, styrene butadiene rubber, tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer Polymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polychlorotrifluoroethylene, vinylidene fluoride-pentafluoropropylene copolymer Polymer, propylene-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetra Ruoroechiren copolymer, vinylidene fluoride - perfluoromethyl vinyl ether - tetrafluoroethylene copolymer, ethylene - acrylic acid copolymer or its (Na +) ion crosslinked body, an ethylene - methacrylic acid copolymer or its (Na + And ionic cross-linked product, ethylene-methyl acrylate copolymer or its (Na + ) ionic cross-linked product, ethylene-methyl methacrylate copolymer or its (Na + ) ionic cross-linked product. These materials can be used alone or as a mixture. Among these materials, styrene butadiene rubber, polyvinylidene fluoride, ethylene-acrylic acid copolymer or its (Na + ) ion crosslinked product, ethylene-methacrylic acid copolymer or its (Na + ) ion crosslinked product. An ethylene-methyl acrylate copolymer or its (Na + ) ion crosslinked product, and an ethylene-methyl methacrylate copolymer or its (Na + ) ion crosslinked product are particularly preferred.

負極用導電材としては、電子伝導性材料であれば何でもよい。例えば、鱗片状黒鉛などの天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛などのグラファイト類;アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類;炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維類;銅、ニッケルなどの金属粉末類およびポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料などが挙げられ、これらを単独または混合して用いることができる。これらの導電材のなかでも、人造黒鉛、アセチレンブラック、炭素繊維が特に好ましい。導電材の添加量は、特に限定されないが、負極活物質100重量部に対して1〜30重量部が好ましく、さらに1〜10重量部が特に好ましい。   The conductive material for the negative electrode may be anything as long as it is an electron conductive material. For example, natural graphite such as flaky graphite, graphite such as artificial graphite, expanded graphite; carbon black such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black; carbon fiber, metal fiber, etc. These include conductive powders such as: metal powders such as copper and nickel, and organic conductive materials such as polyphenylene derivatives, and these can be used alone or in combination. Among these conductive materials, artificial graphite, acetylene black, and carbon fiber are particularly preferable. The addition amount of the conductive material is not particularly limited, but is preferably 1 to 30 parts by weight, and more preferably 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material.

負極用集電体としては、構成された電池において実質的に化学的に安定な電子伝導体であればよい。例えば、材料としてステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、炭素、導電性樹脂などの他に、銅またはステンレス鋼の表面をカーボン、ニッケルまたはチタンで処理して得られる複合材料も挙げられる。これらのなかでも、銅および銅合金が特に好ましい。これらの材料の表面を酸化して用いてもよい。また、表面処理により集電体表面に凹凸を付けることが好ましい。形状としては、フォイル、フィルム、シート、ネット、パンチングされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体などが用いられる。厚みは、特に限定されないが、1〜500μmのものが好ましい。   The current collector for the negative electrode may be an electron conductor that is substantially chemically stable in the constructed battery. For example, in addition to stainless steel, nickel, copper, titanium, carbon, conductive resin, and the like as materials, composite materials obtained by treating the surface of copper or stainless steel with carbon, nickel, or titanium are also included. Of these, copper and copper alloys are particularly preferable. You may oxidize and use the surface of these materials. Moreover, it is preferable to give an unevenness | corrugation to the collector surface by surface treatment. As the shape, a foil, a film, a sheet, a net, a punched one, a lath body, a porous body, a foam, a molded body of a fiber group, or the like is used. The thickness is not particularly limited, but is preferably 1 to 500 μm.

リチウムイオン伝導性の非水電解質は、溶媒と、その溶媒に溶解するリチウム塩、及び必要に応じて加える添加剤から構成される。非水溶媒としては、公知の材料を使用することができる。なかでもエチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどの環状カーボネート類とジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、ジブチルカーボネートなどの非環状カーボネート類との混合系が好ましく、さらに環状カーボネート類が体積比で溶媒全体の10〜50%であることが好ましい。また、リチウム塩としては、本発明では特に限定されず、非水電解質二次電池で通常用いられているLiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiN(C25SO22、LiN(CF3SO2)(C49SO2)、LiB[C63(CF324などがいずれも使用できる。なかでもLiPF6を0.5〜2.0mol/lの範囲で用いることが好ましく、さらにはLiPF6およびLiBF4をそれぞれ0.5〜2.0mol/lおよび0.01〜0.3mol/lの範囲で用いるのが好ましい。このように本発明に用いる非水電解質は、特に限定されず、非水電解質二次電池で通常用いられているものがいずれも使用できる。また、これらの電解質を2種類以上混合して用いることができる。添加剤としては、公知のビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボネート等の不飽和結合を有する環状カーボネート類や、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、ジフェニルエーテル等のフェニル基および前記フェニル基に隣接する第3級もしくは第4級炭素を有する基を含むベンゼン誘導体、プロパンサルトン等の含硫黄系有機化合物を1種または2種以上を使用することができる。これら添加剤の割合は、重量比で非水電解質全体の0.05〜8.0%が好ましく、さらに0.1〜6.0%が好ましい。 The lithium ion conductive nonaqueous electrolyte is composed of a solvent, a lithium salt dissolved in the solvent, and an additive added as necessary. Known materials can be used as the non-aqueous solvent. Among them, a mixed system of cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate and acyclic carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, dipropyl carbonate, and dibutyl carbonate is preferable. It is preferably 10 to 50% of the whole solvent. The lithium salt is not particularly limited in the present invention, and LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , and LiN (CF 3 SO 2) that are usually used in non-aqueous electrolyte secondary batteries. ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiB [C 6 F 3 (CF 3 ) 2 ] 4 and the like can be used. Of these, LiPF 6 is preferably used in the range of 0.5 to 2.0 mol / l, and LiPF 6 and LiBF 4 are preferably used in amounts of 0.5 to 2.0 mol / l and 0.01 to 0.3 mol / l, respectively. It is preferable to use in the range. As described above, the nonaqueous electrolyte used in the present invention is not particularly limited, and any of those commonly used in nonaqueous electrolyte secondary batteries can be used. Two or more of these electrolytes can be mixed and used. Examples of additives include known cyclic carbonates having an unsaturated bond such as vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, divinyl ethylene carbonate, and the like, tertiary groups adjacent to phenyl groups such as cyclohexylbenzene, biphenyl, and diphenyl ether, and the phenyl groups. One or more sulfur-containing organic compounds such as benzene derivatives and propane sultone containing a group having a quaternary carbon can be used. The proportion of these additives is preferably 0.05 to 8.0%, more preferably 0.1 to 6.0% of the whole nonaqueous electrolyte in terms of weight ratio.

本発明に用いられるセパレータは、大きなイオン透過度をおよび所定の機械的強度を有する、絶縁性の微多孔性薄膜が用いられる。また、一定温度以上で孔を閉塞し、抵抗をあげる機能を持つことが好ましい。セパレータの孔径は、電極より脱離した正・負極材料、結着剤、導電剤が透過しない範囲であることが望ましく、例えば、0.01〜1μmであるのが望ましい。セパレータの厚みは、10〜300μmのものを用いることができる。また、空孔率は、電子やイオンの透過性と素材や膜圧に応じて決定されるが、一般的には30〜80%であることが望ましい。また、ポリマー材料に、溶媒とその溶媒に溶解するリチウム塩とから構成される有機電解質を吸収、保持させたものをセパレータとして用いることができる。有機電解質を保持したポリマー材料を正極合剤や負極合剤に含ませ、さらには正極および/または負極と一体化することもできる。このポリマー材料としては、有機電解質を吸収、保持できるものであればよいが、特にポリフッ化ビニリデンが好ましい。   As the separator used in the present invention, an insulating microporous thin film having a large ion permeability and a predetermined mechanical strength is used. Moreover, it is preferable to have a function of closing the hole at a certain temperature or higher and increasing the resistance. The pore diameter of the separator is desirably in a range in which the positive / negative electrode material, the binder, and the conductive agent detached from the electrode do not permeate, and is preferably 0.01 to 1 μm, for example. A separator having a thickness of 10 to 300 μm can be used. The porosity is determined according to the permeability of the electrons and ions, the material, and the film pressure, but is generally preferably 30 to 80%. Moreover, what absorbed and hold | maintained the organic electrolyte comprised from a solvent and lithium salt melt | dissolved in the solvent to a polymer material can be used as a separator. The polymer material holding the organic electrolyte may be included in the positive electrode mixture or the negative electrode mixture, and further integrated with the positive electrode and / or the negative electrode. The polymer material may be any material that can absorb and retain an organic electrolyte, but polyvinylidene fluoride is particularly preferable.

本発明に用いる正極活物質は、リチウム複合酸化物であり、特に、その構成金属元素の一部が第3または第4の金属元素(以下、異種金属元素という)で置換されているものが好ましい。異種金属元素が添加されていないリチウム複合酸化物、たとえばコバルト酸リチウムは、電池電圧が4.2V付近(正極電位が金属Liに対して4.25V付近)から4.45Vとなる充電状態では、六方晶系から単斜晶系へと相転移する。さらに電池を充電することにより、複合酸化物は六方晶系へ相転移し、4.6V付近から、再度、単斜晶系が出現する。これらの単斜晶系の結晶構造は、結晶全体が歪むことによって出現するものである。従って、単斜晶系の複合酸化物では、結晶構造を維持する中心的役割を担っている酸素イオンと、その周囲に存在する金属イオンとの結合力が低下し、複合酸化物の耐熱性は著しく低下することが知られている。
そこで本発明では、リチウム複合酸化物に対し、異種金属を少量添加することにより結晶の安定性を増し、高電圧に設定された電池においても正常に作動するようにする。
The positive electrode active material used in the present invention is a lithium composite oxide, and in particular, a material in which a part of the constituent metal element is substituted with a third or fourth metal element (hereinafter referred to as a different metal element) is preferable. . In a lithium composite oxide to which a different metal element is not added, for example, lithium cobalt oxide, in a charged state where the battery voltage is changed from around 4.2 V (the positive electrode potential is around 4.25 V to the metal Li) to 4.45 V, Phase transition from hexagonal to monoclinic. When the battery is further charged, the composite oxide undergoes a phase transition to the hexagonal system, and a monoclinic system appears again from around 4.6V. These monoclinic crystal structures appear when the entire crystal is distorted. Therefore, in the monoclinic complex oxide, the binding force between the oxygen ions that play a central role in maintaining the crystal structure and the metal ions present in the surrounding area decreases, and the heat resistance of the complex oxide is reduced. It is known to decrease significantly.
Therefore, in the present invention, the stability of the crystal is increased by adding a small amount of a different metal to the lithium composite oxide so that the battery is set to operate normally even at a high voltage.

本発明の好ましい実施の形態において、異種金属が添加されたリチウム複合酸化物は、前記式(1)で表される酸化物である。式中xの値は電池の充放電により変化する。
上記の酸化物は、合成直後の組成は、前記式において、1.0≦x≦1.15であることが好ましい。xが1.0以上であれば、リチウム欠損の発生を抑制する効果は得られる。活物質としての前記酸化物の構造安定性をより高めるには、xが1.01以上であることが特に好ましい。
一方、xが1未満では、高性能活物質の合成に必要なリチウムが不足する。すなわち、活物質に含まれるCo34などの副生成物の含有率が高くなり、電池内部で、Co34に起因するガス発生、容量低下などが起こる。
In a preferred embodiment of the present invention, the lithium composite oxide to which a different metal is added is an oxide represented by the formula (1). In the formula, the value of x varies depending on the charge / discharge of the battery.
The composition of the oxide just after synthesis is preferably 1.0 ≦ x ≦ 1.15 in the above formula. If x is 1.0 or more, the effect of suppressing the occurrence of lithium deficiency can be obtained. In order to further improve the structural stability of the oxide as an active material, x is particularly preferably 1.01 or more.
On the other hand, when x is less than 1, the lithium necessary for the synthesis of the high-performance active material is insufficient. That is, the content rate of by-products such as Co 3 O 4 contained in the active material is increased, and gas generation and capacity reduction due to Co 3 O 4 occur inside the battery.

前記式におけるMは、前述のように結晶の安定のために必要な元素である。式(1)に上げた元素のなかでは、特に、Mg、Al、Ti,Mn、Ni、Zr、Mo、およびWからなる群より選んだ少なくとも1種を用いることが好ましい。活物質の表面が、上記した特に好ましい元素Mの酸化物やリチウムとMとの複合酸化物に覆われることによって安定化され、高い電位においても非水電解液の分解反応や正極活物質の結晶破壊が抑制される。元素Mの安定化の効果を得るには、少なくとも0.005≦yを満たす必要があるが、0.1<yになると、活物質の容量低下が問題になる。   M in the above formula is an element necessary for crystal stability as described above. Among the elements raised to the formula (1), it is particularly preferable to use at least one selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Mn, Ni, Zr, Mo, and W. The surface of the active material is stabilized by being covered with the above-described particularly preferable oxide of element M or a composite oxide of lithium and M, and even at a high potential, the decomposition reaction of the non-aqueous electrolyte and the crystal of the positive electrode active material Destruction is suppressed. In order to obtain the effect of stabilizing the element M, it is necessary to satisfy at least 0.005 ≦ y. However, when 0.1 <y, a decrease in capacity of the active material becomes a problem.

前述の正極活物質の中でも特に、式LixCo1-y-zMgyAlz2(1.0≦x≦1.02、0.005≦y≦0.1、0.001≦z<0.05)で表される酸化物を用いるのが好ましい。この酸化物を用いた正極は、リチウムに対して4.8Vの電位になっても熱安定性は4.2Vのときとほとんど変わらない。 Among the positive electrode active materials described above, the formula Li x Co 1-yz Mg y Al z O 2 (1.0 ≦ x ≦ 1.02, 0.005 ≦ y ≦ 0.1, 0.001 ≦ z <0) .05) is preferably used. The positive electrode using this oxide has almost the same thermal stability as 4.2 V even when the potential is 4.8 V with respect to lithium.

その詳細なメカニズムは明らかではないが、以下のように考えられる。
すなわち、Coの一部をMgの好適な量の置換により、充電によりLiが抜けていったときの結晶の安定性が増し、酸素の脱離などが見られなくなる。別の観点では、前記の酸化物は、電子伝導性が高いため、ある種の導電材としての効果により、正極内に均一な電位分布を形成し、その結果、局部的に周辺より高電圧状態となるCoが相対的に減少し、その結果、熱安定性の低下を抑制するのではないかと考えられる。
ここで、xが1未満になると、Coなどの金属の酸化物が不純物として生成し易くなり、充放電サイクル時のガス発生などが起こる不都合がある。また、Mgの置換量であるyが、0.005未満であると、上記の効果が発揮できなくなり、0.1を超えると、容量の低下が見られるようになる。
Although the detailed mechanism is not clear, it is considered as follows.
That is, by replacing a part of Co with a suitable amount of Mg, the stability of the crystal when Li is released by charging is increased, and oxygen desorption is not observed. In another aspect, the oxide has a high electronic conductivity, and as a result of the effect as a certain conductive material, a uniform potential distribution is formed in the positive electrode, resulting in a locally higher voltage state than the surroundings. It is thought that Co which becomes becomes relatively decreased, and as a result, a decrease in thermal stability is suppressed.
Here, when x is less than 1, an oxide of a metal such as Co is easily generated as an impurity, and there is a disadvantage that gas is generated during the charge / discharge cycle. Moreover, when y which is the amount of substitution of Mg is less than 0.005, the above effect cannot be exhibited, and when it exceeds 0.1, the capacity is reduced.

一方、Alは、理由は定かではないが、構造安定化により、耐熱性を向上させるMgの働きをさらに強固にする効果を有する。しかし、Alの置換量は少量である方が好ましく、0.05以上では容量の低下が生じる。ただし、0.001以上であれば本発明の効果がある。   On the other hand, Al has the effect of further strengthening the action of Mg for improving heat resistance by stabilizing the structure, although the reason is not clear. However, the substitution amount of Al is preferably small, and when it is 0.05 or more, the capacity is reduced. However, if it is 0.001 or more, there is an effect of the present invention.

本発明の他の好ましい実施の形態において、異種金属が添加されたリチウム複合酸化物は、前記式(2)で表される酸化物である。xの値は電池の充放電により変化する。
上記の酸化物は、合成直後の組成は、1.0≦x≦1.15であることが好ましい。xが1.0以上であれば、リチウム欠損の発生を抑制する効果は得られる。活物質としての前記酸化物の構造安定性をより高めるには、xが1.01以上であることが特に好ましい。一方、xが1未満では、高性能活物質の合成に必要なリチウムが不足する。すなわち、活物質に含まれる副生成物の含有率が高くなり、電池内部でのガス発生、容量低下などが起こる。
Ni量を示すyおよびMn量を示すzが、0.1≦y≦0.5、0.1≦z≦0.5であり、かつ0.9≦y/z≦3.0の範囲における前記元素Mの添加により、高電圧においても安定になる。
本発明において用いる正極活物質である式(1)および式(2)で表されるリチウム複合酸化物は、その複合酸化物を各金属元素の組成比に相当する原料化合物を酸化雰囲気中で混合し、焼成することにより得られる。原料化合物としては、複合酸化物を構成する各金属元素の酸化物、水酸化物、オキシ水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、有機錯塩などを単独又は2種以上を混合して用いることができる。リチウム複合酸化物の合成を容易にするために、各金属元素の酸化物、水酸化物、オキシ水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、有機錯塩などの固溶体を用いるのが好ましい。
In another preferred embodiment of the present invention, the lithium composite oxide to which a different metal is added is an oxide represented by the formula (2). The value of x varies depending on the charge / discharge of the battery.
The composition of the oxide immediately after synthesis is preferably 1.0 ≦ x ≦ 1.15. If x is 1.0 or more, the effect of suppressing the occurrence of lithium deficiency can be obtained. In order to further improve the structural stability of the oxide as an active material, x is particularly preferably 1.01 or more. On the other hand, when x is less than 1, the lithium necessary for the synthesis of the high-performance active material is insufficient. That is, the content rate of by-products contained in the active material increases, and gas generation and capacity reduction occur inside the battery.
Y indicating Ni content and z indicating Mn content are 0.1 ≦ y ≦ 0.5, 0.1 ≦ z ≦ 0.5, and 0.9 ≦ y / z ≦ 3.0. The addition of the element M makes it stable even at a high voltage.
The lithium composite oxide represented by the formulas (1) and (2), which are positive electrode active materials used in the present invention, are mixed in a oxidizing atmosphere with raw material compounds corresponding to the composition ratio of each metal element. And obtained by firing. As the raw material compound, oxides, hydroxides, oxyhydroxides, carbonates, nitrates, organic complex salts, and the like of each metal element constituting the composite oxide can be used alone or in admixture of two or more. In order to facilitate the synthesis of the lithium composite oxide, it is preferable to use solid solutions such as oxides, hydroxides, oxyhydroxides, carbonates, nitrates, and organic complex salts of each metal element.

リチウム複合酸化物を合成する際の酸化雰囲気および焼成温度は、組成、合成量および合成装置に依存するから、これらを考慮して決めることが好ましい。理想的には、このリチウム複合酸化物は単一相を有するべきであるが、工業的な量産において得られる、若干量の他相を含む複相混合物をリチウム複合酸化物として用いてもよい。また、上記以外の元素が工業原料に通常に含まれる量の範囲内であれば、不純物として混入していても構わない。前記正極活物質の平均粒径は、特に限定はされないが、1〜30μmであることが好ましい。   Since the oxidizing atmosphere and the firing temperature at the time of synthesizing the lithium composite oxide depend on the composition, the synthesis amount, and the synthesis apparatus, it is preferable to determine these in consideration. Ideally, this lithium composite oxide should have a single phase, but a multiphase mixture containing a small amount of other phases obtained in industrial mass production may be used as the lithium composite oxide. Further, elements other than those described above may be mixed as impurities as long as they are within the range of amounts normally contained in industrial raw materials. The average particle diameter of the positive electrode active material is not particularly limited, but is preferably 1 to 30 μm.

正極用導電材としては、構成された電池において実質的に化学的に安定な電子伝導性材料であればよい。例えば、鱗片状黒鉛などの天然黒鉛、人造黒鉛などのグラファイト類;アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類;炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維類;フッ化カーボン;アルミニウムなどの金属粉末類、酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー類;酸化チタンなどの導電性金属酸化物、あるいはポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料などが挙げられる。これらを単独または混合物として用いることができる。これらの導電材のなかでも、人造黒鉛、アセチレンブラックが特に好ましい。導電材の添加量は、特に限定されないが、正極活物質100重量部に対して1〜50重量部が好ましく、さらに1〜30重量部が特に好ましい。カーボンやグラファイトでは、1〜15重量部が特に好ましい。   The conductive material for the positive electrode may be any electron conductive material that is substantially chemically stable in the constructed battery. For example, natural graphite such as flake graphite, graphite such as artificial graphite; carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black and thermal black; conductivity such as carbon fiber and metal fiber Fibers; carbon fluoride; metal powders such as aluminum; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; and organic conductive materials such as polyphenylene derivatives . These can be used alone or as a mixture. Among these conductive materials, artificial graphite and acetylene black are particularly preferable. The addition amount of the conductive material is not particularly limited, but is preferably 1 to 50 parts by weight, and more preferably 1 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material. In the case of carbon or graphite, 1 to 15 parts by weight is particularly preferable.

正極用結着剤としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などが用いられる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、スチレンブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE樹脂)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体またはその(Na+)イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸共重合体またはその(Na+)イオン架橋体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体またはその(Na+)イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体またはその(Na+)イオン架橋体などが挙げられ、これらの材料を単独または混合物として用いることができる。また、これらの材料のなかでも、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンが特に好ましい。 As the positive electrode binder, a thermoplastic resin, a thermosetting resin, or the like is used. For example, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, styrene butadiene rubber, tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer Polymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE resin), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), fluoride Vinylidene-pentafluoropropylene copolymer, propylene-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-he Sa hexafluoropropylene - tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride - perfluoromethyl vinyl ether - tetrafluoroethylene copolymer, ethylene - acrylic acid copolymer or its (Na +) ion crosslinked body, an ethylene - methacrylic acid copolymerization Or a (Na + ) ion crosslinked product thereof, an ethylene-methyl acrylate copolymer or its (Na + ) ion crosslinked product, an ethylene-methyl methacrylate copolymer or its (Na + ) ion crosslinked product, etc. These materials can be used alone or as a mixture. Of these materials, polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene are particularly preferable.

正極用集電体としては、構成された電池において実質的に化学的に安定な電子伝導体であればよい。例えば、材料としてアルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、炭素、導電性樹脂などの他に、アルミニウムまたはステンレス鋼の表面をカーボンまたはチタンで被覆して得られる複合材料も用いることができる。これらのなかでも、アルミニウムおよびアルミニウム合金が特に好ましい。これらの材料の表面を酸化して用いてもよい。また、表面処理により集電体表面に凹凸を付けることが好ましい。
正極集電体の形状としては、フォイル、フィルム、シート、ネット、パンチングされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体などが用いられる。厚みは、特に限定されないが、1〜500μmのものが好ましい。
The current collector for the positive electrode may be an electron conductor that is substantially chemically stable in the constituted battery. For example, in addition to aluminum, stainless steel, nickel, titanium, carbon, conductive resin, and the like as materials, a composite material obtained by coating the surface of aluminum or stainless steel with carbon or titanium can also be used. Of these, aluminum and aluminum alloys are particularly preferable. You may oxidize and use the surface of these materials. Moreover, it is preferable to give an unevenness | corrugation to the collector surface by surface treatment.
As the shape of the positive electrode current collector, a foil, a film, a sheet, a net, a punched one, a lath body, a porous body, a foamed body, a molded body of a fiber group, or the like is used. The thickness is not particularly limited, but is preferably 1 to 500 μm.

正極合剤および負極合剤には、それぞれ導電材および結着剤の他に、フィラー、分散剤、イオン伝導体、圧力増強剤およびその他の各種添加剤を加えてもよい。フィラーとしては、構成された電池において、化学的に安定な繊維状材料であればよい。通常、ポリプロピレンおよびポリエチレンなどのオレフィン系ポリマー、ガラス繊維、炭素繊維が用いられる。フィラーの添加量は特に限定されないが、正極合剤および負極合剤100重量部に対してそれぞれ0〜10重量部が好ましい。   In addition to the conductive material and the binder, a filler, a dispersant, an ionic conductor, a pressure enhancer, and other various additives may be added to the positive electrode mixture and the negative electrode mixture, respectively. As a filler, what is necessary is just a chemically stable fibrous material in the comprised battery. Usually, olefin polymers such as polypropylene and polyethylene, glass fibers, and carbon fibers are used. Although the addition amount of a filler is not specifically limited, 0-10 weight part is preferable with respect to 100 weight part of positive mix and negative mix, respectively.

本発明の非水電解質二次電池は、充電終止電圧を4.25〜4.5Vの範囲で設定された電圧に制御する充電制御装置と組み合わせて、携帯電話、パーソナルコンピュータなどの機器の電源として用いられる。
図2は、そのような充電制御装置の構成を示すブロック図である。ここに示す制御装置は、放電制御装置をも含んでいる。
10は本発明に係る非水電解質二次電池を表す。電池10と直列に電流検出部11が接続されている。電池10と電流検出部11との直列回路と並列に電圧検出部12が接続されている。16aおよび16bは、電池10を充電するための入力端子であり、17aおよび17bは、機器に接続される出力端子である。電池10と直列に切替スイッチ15が設けられている。スイッチ15は、充電時には、充電制御部13側に、また放電時には、放電制御部14側にそれぞれ切り替えられる。
以下、本発明の実施例を説明する。
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is used as a power source for devices such as mobile phones and personal computers in combination with a charge control device that controls the charge end voltage to a voltage set in the range of 4.25 to 4.5V. Used.
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of such a charging control apparatus. The control device shown here also includes a discharge control device.
Reference numeral 10 denotes a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention. A current detection unit 11 is connected in series with the battery 10. A voltage detector 12 is connected in parallel with the series circuit of the battery 10 and the current detector 11. 16a and 16b are input terminals for charging the battery 10, and 17a and 17b are output terminals connected to the device. A changeover switch 15 is provided in series with the battery 10. The switch 15 is switched to the charge control unit 13 side during charging and to the discharge control unit 14 side during discharging.
Examples of the present invention will be described below.

参考例1
(電池の作製)
図1に参考例および実施例で用いた厚さ5.2mm、幅34mm、高さ50mmの角型の非水電解質二次電池を示す。極板群1は、帯状の正極板、負極板、および両者間に挿入したセパレータを渦巻状に巻回して構成されている。正極板と負極板には、それぞれアルミニウム製正極リード2およびニッケル製負極リード3が溶接されている。極板群1は、その上部にポリエチレン樹脂製絶縁リングを装着して、アルミニウム製電池ケース4内に収容されている。正極リード2の端部は、アルミニウム製封口板5にスポット溶接されている。また、負極リード3の端部は、封口板5の中央部に絶縁ガスケット7を介して取り付けられたニッケル製負極端子6の下部にスポット溶接されている。電池ケース4の開口部と封口板5とはレーザ溶接により気密かつ液密に接合されている。所定量の非水電解質は、封口板の注液口から注入した後、注液口はアルミニウム製の栓8をレーザー溶接することにより密封される。
Reference example 1
(Production of battery)
FIG. 1 shows a rectangular nonaqueous electrolyte secondary battery having a thickness of 5.2 mm, a width of 34 mm, and a height of 50 mm used in the reference examples and examples. The electrode plate group 1 is constituted by winding a belt-like positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator inserted between them in a spiral shape. The positive and negative electrode plates, their respective aluminum positive electrode lead 2 and a nickel negative electrode lead 3 is welded. The electrode plate group 1 is housed in an aluminum battery case 4 with a polyethylene resin insulating ring attached to the top thereof. The end of the positive electrode lead 2 is spot welded to the aluminum sealing plate 5. Further, the end portion of the negative electrode lead 3 is spot welded to the lower portion of the nickel negative electrode terminal 6 attached to the central portion of the sealing plate 5 via the insulating gasket 7. It is joined hermetically and liquid-tight by laser over welding the opening and the sealing plate 5 of the battery case 4. A predetermined amount of the non-aqueous electrolyte is injected from the liquid injection port of the sealing plate, and then the liquid injection port is sealed by laser welding an aluminum plug 8.

正極は、次のようにして作製した。
まず、正極の活物質にはLiCo0.94Mg0.05Al0.012を用いた。この正極活物質100重量部に、導電材としてアセチレンブラックを3重量部、および結着剤としてポリフッ化ビニリデンが5重量部になるように調製されたポリフッ化ビニリデンのN−メチルピロリジノン溶液を混合し、撹拌してペースト状の正極合剤を得た。次に、厚さ20μmのアルミニウム箔の集電体の両面に、前記ペースト状正極合剤を塗布し、乾燥した後、圧延ローラーで圧延し、所定寸法に裁断して正極板を得た。正極板に含まれる活物質の量は、集電体の片面の単位面積あたり22.8mg/cm2であった。
The positive electrode was produced as follows.
First, LiCo 0.94 Mg 0.05 Al 0.01 O 2 was used as the positive electrode active material. To 100 parts by weight of this positive electrode active material, 3 parts by weight of acetylene black as a conductive material and 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed with an N-methylpyrrolidinone solution of polyvinylidene fluoride. The mixture was stirred to obtain a paste-like positive electrode mixture. Next, the paste-like positive electrode mixture was applied to both sides of an aluminum foil current collector with a thickness of 20 μm, dried, rolled with a rolling roller, and cut into a predetermined size to obtain a positive electrode plate. The amount of the active material contained in the positive electrode plate was 22.8 mg / cm 2 per unit area on one side of the current collector.

負極は以下のように作製した。
まず、平均粒径が約20μmになるように粉砕、分級した鱗片状の黒鉛と、結着剤のスチレン−ブタジエンゴム3重量部とを混合した後、黒鉛に対しカルボキシメチルセルロースが1重量%となるようにカルボキシメチルセルロ−ス水溶液を加え、撹拌混合してペースト状の負極合剤を得た。厚さ15μmの銅箔の集電体の両面に、前記ペースト状の負極合剤を塗布し、乾燥した後、圧延ローラーで圧延し、所定寸法に裁断して負極板を得た。負極板に含まれる活物質の量は、正極と対向する集電体の片面の単位面積あたり11.4mg/cm2であった。
The negative electrode was produced as follows.
First, flaky graphite ground and classified so as to have an average particle size of about 20 μm and 3 parts by weight of styrene-butadiene rubber as a binder are mixed, and then carboxymethyl cellulose is 1% by weight with respect to graphite. Thus, an aqueous carboxymethyl cellulose solution was added and mixed by stirring to obtain a paste-like negative electrode mixture. The paste-like negative electrode mixture was applied to both sides of a 15 μm thick copper foil current collector, dried, rolled with a rolling roller, and cut into a predetermined size to obtain a negative electrode plate. The amount of the active material contained in the negative electrode plate was 11.4 mg / cm 2 per unit area of one surface of the current collector facing the positive electrode.

負極板は正極板より面積を大きくして正極と対向させるのが一般的であり、正極と対向しない部分の負極活物質は充放電反応に関与しない。本発明ではそのような充放電に関与しない部分ではなく、対極と対向して充放電に関与する部分における、集電体の片面の単位面積あたりの正極活物質および負極活物質の量について規定するものである。
次に、上述のように作製した帯状の正極板、負極板、および両電極間に挿入した、厚さ25μmの微多孔性ポリエチレン樹脂製セパレータを渦巻状に巻回した。正・負極活物質の重量比Rは2.0であった。
In general, the negative electrode plate has a larger area than the positive electrode plate and is opposed to the positive electrode. The negative electrode active material that does not face the positive electrode does not participate in the charge / discharge reaction. In the present invention, the amount of the positive electrode active material and the negative electrode active material per unit area of one side of the current collector is defined in the portion that is not involved in such charge / discharge but in the portion that is involved in charge / discharge facing the counter electrode. Is.
Next, a strip-shaped positive electrode plate and negative electrode plate produced as described above, and a microporous polyethylene resin separator having a thickness of 25 μm inserted between the two electrodes were spirally wound. The weight ratio R of the positive and negative electrode active materials was 2.0.

非水電解質にはエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを20℃において体積比30:70の割合で混合した溶媒に、LiPF6を1.0mol/l溶解したものを用いた。
前記の捲回した極板群を電池ケースに挿入した後、電解液を注液し、密封した。このようにして作製した電池を電池6とした。
As the non-aqueous electrolyte, a solution obtained by dissolving 1.0 mol / l of LiPF 6 in a solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 30:70 at 20 ° C. was used.
After the rolled electrode plate group was inserted into the battery case, an electrolyte solution was injected and sealed. The battery fabricated in this manner was batteries 6.

さらに、正極および負極の活物質の重量を変えることにより、重量比Rを表1のように変えた以外は電池6と同様にして電池1〜5および7〜9を作製した。
比較のために、正極活物質としてLiCoO2のみを使用した以外は電池6と同様にして比較例の電池Aを作製した。
Further, batteries 1 to 5 and 7 to 9 were produced in the same manner as the battery 6 except that the weight ratio R was changed as shown in Table 1 by changing the weight of the positive and negative active materials.
For comparison, a comparative battery A was prepared in the same manner as the battery 6 except that only LiCoO 2 was used as the positive electrode active material.

(電池の評価)
前述のように作製した電池1から9および比較例の電池Aを、環境温度20℃で充放電サイクルを500回行った。充電は、最大電流を600mAとして、4.25V、4.4V、または4.5Vの定電圧充電を2時間行った。放電は、600mAの定電流で、電圧が3.0Vに低下するまで行った。500サイクル経過後の放電容量を測定し、初期容量(2サイクル目の容量)に対する比率で評価した。
(Battery evaluation)
The batteries 1 to 9 produced as described above and the battery A of the comparative example were subjected to 500 charge / discharge cycles at an environmental temperature of 20 ° C. Charging was performed at a constant current of 4.25 V, 4.4 V, or 4.5 V for 2 hours with a maximum current of 600 mA. Discharging was performed at a constant current of 600 mA until the voltage dropped to 3.0V. The discharge capacity after the elapse of 500 cycles was measured and evaluated by the ratio to the initial capacity (capacity at the second cycle).

また、初期容量の確認が終わった電池について、4.2V、4.25V、4.4V、または4.5Vの定電圧充電を2時間行った後、電池を温度槽において5℃/minで昇温し、熱暴走に至る限界温度(熱暴走限界温度と表記)を測定した。
表1に上記で得られた電池の正・負極活物質の重量比Rを示し、表2に500サイクル後の容量維持率および加熱昇温テストにおける熱暴走限界温度を、設定された充電終止電圧毎に示す。
In addition, after confirming the initial capacity, the battery was charged at a constant voltage of 4.2 V, 4.25 V, 4.4 V, or 4.5 V for 2 hours, and then the battery was increased at 5 ° C./min in the temperature bath. The limit temperature (indicated as thermal runaway limit temperature) leading to thermal runaway was measured.
Table 1 shows the weight ratio R of the positive and negative electrode active materials of the battery obtained above, and Table 2 shows the capacity retention rate after 500 cycles and the thermal runaway limit temperature in the heating temperature rise test, and the set end-of-charge voltage. Shown for each.

Figure 0005095098
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表2からわかるように、LiCo0.94Mg0.05Al0.012を正極活物質に用いた電池1〜9は、LiCoO2を正極活物質に用いた比較例の電池Aに比べて、サイクル特性が良好で、特に充電電圧が高くなった場合においても高い容量維持率を有している。 As can be seen from Table 2, LiCo 0.94 Mg 0.05 Al 0.01 O 2 batteries 1-9 was used as the positive electrode active material, as compared to cell A of the comparative example using LiCoO 2 as the positive electrode active material, cycle characteristics It is good and has a high capacity retention rate even when the charging voltage is high.

劣化した電池を分解し、正極のX線回折分析を行った結果、比較例の電池においては、サイクル末期において、正極活物質の結晶構造が変化しており、高い電圧で充放電を繰り返すことにより正極活物質が顕著に劣化していることがわかった。
一方、LiCo0.94Mg0.05Al0.012を用いた電池では、500サイクルを経過した後、正極のX線回折分析を行った結果、正極活物質の結晶構造は初期の構造を維持しており、高い電圧で充放電を繰り返しても結晶構造が安定であることが確認された。
As a result of disassembling the deteriorated battery and conducting X-ray diffraction analysis of the positive electrode, in the battery of the comparative example, the crystal structure of the positive electrode active material was changed at the end of the cycle, and charging and discharging were repeated at a high voltage. It was found that the positive electrode active material was significantly deteriorated.
On the other hand, in the batteries using LiCo 0.94 Mg 0.05 Al 0.01 O 2 , after a lapse of 500 cycles, as a result of the X-ray diffraction analysis of the positive electrode, the crystal structure of the positive electrode active material maintains the initial structure It was confirmed that the crystal structure was stable even when charging and discharging were repeated at a high voltage.

また、正・負極活物質の重量比Rが2.2以下の範囲にある電池1〜7は、充電電圧を上げた場合においてもサイクル特性は電池8および9の活物質の重量比Rが2.2より大きい電池に比べて更に良好であった。同様に電池8および9の電池においては、X線回折による分析を行った結果、正極活物質の結晶構造に変化はなく、正極の劣化は認められなかった。しかし、正・負極活物質の重量比Rが2.3以上と負極重量が小さいため、充電時における負極の負荷が大きく、負極電位が常に低い状態にあり、電解質の還元分解生成物が蓄積し、充放電反応を妨げていることが明らかとなった。このため、リチウムイオンの移動抵抗が上昇し、サイクルを重ねると容量が低下したものと推定される。   In addition, the batteries 1 to 7 having the positive / negative active material weight ratio R in the range of 2.2 or less have the cycle characteristics of the active material weight ratio R of the batteries 8 and 9 of 2 when the charging voltage is increased. It was even better than batteries larger than .2. Similarly, the batteries 8 and 9 were analyzed by X-ray diffraction. As a result, the crystal structure of the positive electrode active material was not changed, and no deterioration of the positive electrode was observed. However, since the weight ratio R between the positive and negative electrode active materials is 2.3 or more and the weight of the negative electrode is small, the load on the negative electrode during charging is large, the negative electrode potential is always low, and reductive decomposition products of the electrolyte accumulate. It became clear that the charge / discharge reaction was hindered. For this reason, the movement resistance of lithium ions is increased, and it is presumed that the capacity decreased as the cycle was repeated.

以上の結果より、電池1〜9では、充放電の電圧が4.25V〜4.5Vと高い電圧の使用領域においても、高いサイクル特性を示すことがわかった。特に、正・負極活物質の重量比Rが2.2より小さい電池では、良好なサイクル特性が得られることがわかった。 From the above results, it was found that the batteries 1 to 9 showed high cycle characteristics even in the use region where the charge / discharge voltage was as high as 4.25 V to 4.5 V. In particular, it was found that good cycle characteristics can be obtained in a battery having a positive / negative active material weight ratio R smaller than 2.2.

次に、高い電圧に充電された電池の安全性について説明する。
表2からわかるように、正極活物質にLiCoO2を用いた比較例の電池では、4.2Vの充電電圧では熱暴走限界温度が160℃と高い安定性を示すが、充電電圧を上げていくと顕著に熱暴走限界温度は低下し、電池としての安全性が低下していることがわかる。これに対しLiCo0.94Mg0.05Al0.012を正極活物質に用いた電池1〜9では、充電電圧が4.5Vと非常に高くとも熱暴走限界温度は150℃以上を維持しており、極めて安全性が高く、正極活物質へのMgおよびAlの添加効果が明確に現れていることが確認された。
Next, the safety of a battery charged to a high voltage will be described.
As can be seen from Table 2, in the comparative battery using LiCoO 2 as the positive electrode active material, the thermal runaway limit temperature is as high as 160 ° C. at a charging voltage of 4.2 V, but the charging voltage is increased. It can be seen that the thermal runaway limit temperature is remarkably lowered and the safety as a battery is lowered. In the battery 1-9 using Shi pairs to L iCo 0.94 Mg 0.05 Al 0.01 O 2 as the positive electrode active material, the thermal runaway limit temperature charging voltage with very high and 4.5V is maintained at least 0.99 ° C. It was confirmed that the safety was extremely high and the effect of adding Mg and Al to the positive electrode active material clearly appeared.

また、更に正・負極活物質の重量比Rが1.5以上2.2以下の範囲にある電池4〜7は、充電電圧を4.5Vに上げた場合においても熱暴走限界温度が170℃以上と更に安定であり好ましいことがわかった。
正・負極活物質の重量比Rが1.4以下の電池では、正極に比べ負極の活物質の比率が極端に大きいため、負極と電解質との分解反応による発熱がセル全体の安全性を支配したために、安全性がやや低下したものと考えられる。特に、重量比Rが1.2の電池は良くなかった。
Further, the batteries 4 to 7 having the positive / negative active material weight ratio R in the range of 1.5 to 2.2 have a thermal runaway limit temperature of 170 ° C. even when the charging voltage is increased to 4.5V. As described above, it was found to be more stable and preferable.
In batteries with a positive / negative active material weight ratio R of 1.4 or less, the negative electrode active material ratio is extremely large compared to the positive electrode, so the heat generated by the decomposition reaction between the negative electrode and the electrolyte controls the overall safety of the cell. Therefore, it is considered that the safety is slightly lowered. In particular, a battery having a weight ratio R of 1.2 was not good.

以上の結果より、電池1〜9は、充放電の電圧が4.25V〜4.5Vと高い電圧の使用領域においても高い安全性を示すことがわかった。特に、対向する単位面積における重量比Rが1.5より大きい電池では、さらに高い安全性が得られることがわかった。 From the above results, it was found that the batteries 1 to 9 show high safety even in the use region where the charge / discharge voltage is as high as 4.25V to 4.5V. In particular, it has been found that a battery having a weight ratio R in an opposing unit area of greater than 1.5 can provide higher safety.

以上の2つの試験結果から総合的に考えると、正・負極活物質の重量比Rを1.3〜2.2の範囲にすることにより、さらに高容量の電池が実現できる。特に、重量比Rが1.5〜2.2の範囲にある電池は、充電電圧が4.25〜4.5Vと高い電圧でもサイクル特性と安全性が優れており、好ましいことがわかった。
なお、添加元素MがMgおよびAl以外の元素、例えば、Ti、Mn、Ni、Zr、Mo、およびWでも同様の結果が得られた。
Considering the above two test results comprehensively, by setting the weight ratio R of the positive and negative electrode active materials in the range of 1.3 to 2.2, a battery with higher capacity can be realized. In particular, it was found that batteries having a weight ratio R in the range of 1.5 to 2.2 are preferable because they have excellent cycle characteristics and safety even when the charging voltage is as high as 4.25 to 4.5 V.
Similar results were obtained when the additive element M was an element other than Mg and Al, for example, Ti, Mn, Ni, Zr, Mo, and W.

参考例2
正極活物質としてLiNi0.4Mn0.4Co0.22を用いた以外は、参考例1と同様にして、電池10〜18を作製し、参考例1と同様の評価を行った。正・負極活物質の重量比Rは表3に示す。
表4に500サイクル後の容量維持率および加熱昇温テストにおける熱暴走限界温度を、設定された充電終止電圧毎に示す。
Reference example 2
Batteries 10 to 18 were produced in the same manner as in Reference Example 1 except that LiNi 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 was used as the positive electrode active material, and the same evaluation as in Reference Example 1 was performed. Table 3 shows the weight ratio R of the positive and negative electrode active materials.
Table 4 shows the capacity retention rate after 500 cycles and the thermal runaway limit temperature in the heating temperature rise test for each set end-of-charge voltage.

Figure 0005095098
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参考例1と同様に、電池11〜16は、優れたサイクル特性と安全性を示した。特に、正・負極活物質の重量比Rが1.3〜2.0の範囲にある電池11〜15は、充電電圧が4.25〜4.5Vと高い電圧であってもサイクル特性と安全性が優れており、特に好ましいことがわかった。
なお、添加元素MがCo以外の元素であるMg、Al、Ti、Zr、Mo、およびWでも同様の結果が得られた。
In the same manner as in Reference Example 1, batteries 11 to 16 exhibited excellent cycle characteristics and safety. In particular, the batteries 11 to 15 having the positive / negative active material weight ratio R in the range of 1.3 to 2.0 have cycle characteristics and safety even when the charging voltage is as high as 4.25 to 4.5V. It was found that the properties were excellent and particularly preferable.
Similar results were obtained with Mg, Al, Ti, Zr, Mo, and W, where the additive element M is an element other than Co.

実施例
正極活物質としてLiCo0.94Mg0.05Al0.012とLiNi0.4Mn0.4Co0.22を重量比70:30の割合で混合したものを用いた以外は、参考例1と同様にして、表5に示した正・負極活物質の重量比Rを有する、電池19から27を作製し、参考例1と同様の評価を行った。
表6に500サイクル後の容量維持率および加熱昇温テストにおける熱暴走限界温度を、設定された充電終止電圧毎に示す。
Example 1
Table 5 shows the results obtained in the same manner as in Reference Example 1 except that a mixture of LiCo 0.94 Mg 0.05 Al 0.01 O 2 and LiNi 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 in a weight ratio of 70:30 was used as the positive electrode active material. Batteries 19 to 27 having the weight ratio R of the positive and negative electrode active materials shown were produced and evaluated in the same manner as in Reference Example 1.
Table 6 shows the capacity retention rate after 500 cycles and the thermal runaway limit temperature in the heating temperature rise test for each set end-of-charge voltage.

Figure 0005095098
Figure 0005095098

Figure 0005095098
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本発明の電池20〜25は、優れたサイクル特性と安全性を示し、充電電圧が4.25〜4.5Vと高い電圧であってもサイクル特性と安全性が優れていることがわかった。また、全体的に参考例1に比べて高電圧でのサイクル特性が優れていた。 The batteries 20 to 25 of the present invention exhibited excellent cycle characteristics and safety, and it was found that the cycle characteristics and safety were excellent even when the charging voltage was as high as 4.25 to 4.5 V. Also, overall, the cycle characteristics at a high voltage were superior to those of Reference Example 1.

実施例
正極活物質としてLiCo0.94Mg0.05Al0.012とLiNi0.4Mn0.4Co0.22を表7に示した重量比により混合し、正・負極活物質の重量比Rを2.0としたこと以外は参考例1と同様にして、電池28から37を作製し、放電容量及び低温放電特性を評価した。放電容量は、環境温度20℃において、最大電流を600mAとし、4.25V、4.4V、または4.5Vの定電圧充電を2時間行い、600mAの電流で、電圧が3.0Vに低下するまで放電して、それぞれの放電容量を測定した。そして、それらの放電容量は、電池28の4.25Vで充電後の放電容量を100とし、これに対する比率で表した。低温放電特性は、環境温度20℃と−10℃において、前記と同じ条件で充電と放電を行って放電容量を測定し、−10℃における放電容量の20℃における放電容量に対する比率で表した。
表8に各電池の放電容量の比率および低温放電容量の比率を、設定された充電終止電圧毎に示す。
Example 2
Other than mixing LiCo 0.94 Mg 0.05 Al 0.01 O 2 and LiNi 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 as the positive electrode active material at the weight ratio shown in Table 7, and setting the weight ratio R of the positive and negative electrode active materials to 2.0. Produced the batteries 28 to 37 in the same manner as in Reference Example 1, and evaluated the discharge capacity and the low-temperature discharge characteristics. The discharge capacity is a maximum current of 600 mA at an environmental temperature of 20 ° C., and a constant voltage charge of 4.25 V, 4.4 V, or 4.5 V is performed for 2 hours, and the voltage drops to 3.0 V at a current of 600 mA. Each of the discharge capacities was measured. These discharge capacities were expressed as a ratio relative to the discharge capacity after charging at 4.25 V of the battery 28 as 100. The low-temperature discharge characteristics were expressed as the ratio of the discharge capacity at −10 ° C. to the discharge capacity at 20 ° C. by charging and discharging under the same conditions as described above at ambient temperatures of 20 ° C. and −10 ° C.
Table 8 shows the ratio of the discharge capacity and the ratio of the low-temperature discharge capacity of each battery for each set charge end voltage.

Figure 0005095098
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Figure 0005095098
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正極の混合活物質中、LiNi0.4Mn0.4Co0.22の比率が高くなるほど放電容量比率が高くなっており、特に4.4Vおよび4.5Vの高電圧ではLiNi0.4Mn0.4Co0.22の比率が10重量%以上の範囲にある電池29〜37及び電池24で放電容量の増加が大きい。この原因には次の2つが考えられる。その第1は、LiNi0.4Mn0.4Co0.22の方が単位重量あたりの容量が大きいことである。その第2は、不可逆容量の比較的小さなLiCo0.94Mg0.05Al0.012と不可逆容量の比較的大きなLiNi0.4Mn0.4Co0.22を混合することにより、正・負極間の不可逆容量差が小さくなったことである。 In the mixed active material of the positive electrode, the higher the ratio of LiNi 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 , the higher the discharge capacity ratio. In particular, at high voltages of 4.4 V and 4.5 V, LiNi 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 The increase in discharge capacity is large in the batteries 29 to 37 and the battery 24 in which the ratio is in the range of 10% by weight or more. There are two possible causes for this. The first is that LiNi 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 has a larger capacity per unit weight. Second, by mixing LiCo 0.94 Mg 0.05 Al 0.01 O 2 with a relatively small irreversible capacity and LiNi 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 with a relatively large irreversible capacity, the irreversible capacity difference between the positive and negative electrodes is small. That is.

2種の正極活物質の重量比が95/5〜10/90の電池28〜36及び電池24では、低温放電特性の向上が認められた。また、4.40V、および4.50Vの高電圧においては、正極活物質の重量比が95/5〜50/50の電池28〜32及び電池24で優れた低温特性が認められた。これはLiCo0.94Mg0.05Al0.012の電子伝導性が優れているためであると考えられる。
以上の結果より、LiCo0.94Mg0.05Al0.012とLiNi0.4Mn0.4Co0.22を重量比90/10〜10/90の範囲で、好ましくは90/10〜50/50の範囲で混合して用いることによって、より高容量で、低温放電特性に優れた電池が実現できることが明らかとなった。
In the batteries 28 to 36 and the battery 24 in which the weight ratio of the two types of positive electrode active materials was 95/5 to 10/90, improvement in low-temperature discharge characteristics was observed. Further, at high voltages of 4.40 V and 4.50 V, excellent low temperature characteristics were observed in the batteries 28 to 32 and the battery 24 in which the weight ratio of the positive electrode active material was 95/5 to 50/50. This is considered to be because the electronic conductivity of LiCo 0.94 Mg 0.05 Al 0.01 O 2 is excellent.
From the above results, LiCo 0.94 Mg 0.05 Al 0.01 O 2 and LiNi 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 were mixed in a weight ratio range of 90/10 to 10/90, preferably in the range of 90/10 to 50/50. Thus, it has been clarified that a battery having a higher capacity and excellent low-temperature discharge characteristics can be realized.

参考
前記電解質100重量部にシクロヘキシルベンゼンを1.0重量部添加した以外は参考例1の電池6と同様にして、電池38を作製した。この電池38を電池6と共に過充電試験を行った。過充電試験は、放電状態の電池を10セル準備し、最大電流600mAで5時間連続して充電を行い、熱暴走に至るセル数を比較した。
その結果、電池6は10セル中3個が熱暴走に至ったが、電池38は10セル全てが熱暴走に至らなかった。従来の4.2V基準で設計された電池において、過充電試験に対する効果が報告されているシクロヘキシルベンゼンは、より高電圧で設計された電池においても過充電に対する効果を示すことがわかった。その他、ビフェニル、ジフェニルエーテルにおいても電池38と同様の結果が得られた。
Reference example 3
A battery 38 was produced in the same manner as the battery 6 of Reference Example 1, except that 1.0 part by weight of cyclohexylbenzene was added to 100 parts by weight of the electrolyte. The battery 38 was subjected to an overcharge test together with the battery 6. In the overcharge test, 10 cells in a discharged state were prepared, charged continuously for 5 hours at a maximum current of 600 mA, and the number of cells leading to thermal runaway was compared.
As a result, three of the batteries 6 out of 10 cells had a thermal runaway, but all 10 cells of the battery 38 did not have a thermal runaway. It has been found that cyclohexylbenzene, which has been reported to have an effect on an overcharge test in a battery designed based on the conventional 4.2V standard, exhibits an effect on overcharge even in a battery designed at a higher voltage. In addition, the same results as in the battery 38 were obtained with biphenyl and diphenyl ether.

参考
電解質としてLiPF6とLiBF4を表9に記載した濃度で溶解させた電解質を用いた以外は参考例1の電池6と同様にして、電池39から50を作製し、サイクル特性を評価した。
表9には500サイクル後の容量維持率を設定充電終止電圧毎に示す。
Reference example 4
Batteries 39 to 50 were produced in the same manner as the battery 6 of Reference Example 1 except that an electrolyte in which LiPF 6 and LiBF 4 were dissolved at concentrations shown in Table 9 was used as the electrolyte, and the cycle characteristics were evaluated.
Table 9 shows the capacity retention rate after 500 cycles for each set charge end voltage.

Figure 0005095098
Figure 0005095098

LiPF6の濃度が0.5〜2.0mol/lの電池40〜43は、電池6と同様の優れたサイクル特性を示したが、濃度が0.4mol/lの電池39はサイクル維持率の低下が認められた。これはサイクル経過に伴ってLiPF6の分解が進行し、500サイクル後にはリチウム塩の不足により正常な放電が行えなかったものと考えられる。また、濃度が2.1mol/lの電池44でも低下が認められたが、これは濃度が高すぎることにより電解質の粘度が上昇し、極板内へのスムーズな電解質の浸透が妨げられたことによると考えられる。
一方、LiPF6とLiBF4を併用した電池46〜49では、サイクル特性の更なる向上が認められた。この作用機構についてはまだ明確ではないが、LiBF4にはサイクル中の電解質の分解を抑制する作用があるためではないかと考えられる。ただし、LiBF4の濃度が0.005mol/lの電池45ではLiBF4の効果は認められず、濃度が0.4mol/lの電池50ではサイクル特性の低下が認められた。
The batteries 40 to 43 having a LiPF 6 concentration of 0.5 to 2.0 mol / l showed excellent cycle characteristics similar to those of the battery 6, but the battery 39 having a concentration of 0.4 mol / l had a cycle retention rate. A decrease was observed. This is considered to be because the decomposition of LiPF 6 progressed as the cycle progressed, and normal discharge could not be performed due to the lack of lithium salt after 500 cycles. A decrease was also observed in the battery 44 having a concentration of 2.1 mol / l, but this was because the viscosity of the electrolyte increased due to the concentration being too high, preventing smooth electrolyte penetration into the electrode plate. It is thought that.
On the other hand, in the batteries 46 to 49 using LiPF 6 and LiBF 4 in combination, further improvement in cycle characteristics was observed. Although this mechanism of action is not yet clear, it is thought that LiBF 4 has an action of suppressing the decomposition of the electrolyte during the cycle. However, in the battery 45 having a LiBF 4 concentration of 0.005 mol / l, the effect of LiBF 4 was not observed, and in the battery 50 having a concentration of 0.4 mol / l, a decrease in cycle characteristics was observed.

これらの結果より、LiPF6の濃度が0.5〜2.0mol/lで良好なサイクル特性を得ることができ、さらにLiBF4を0.01〜0.3mol/l加えることにより、更にサイクル特性が向上することが明らかとなった。 From these results, it is possible to obtain good cycle characteristics when the concentration of LiPF 6 is 0.5 to 2.0 mol / l, and further by adding LiBF 4 to 0.01 to 0.3 mol / l, further cycle characteristics can be obtained. It became clear that improved.

参考
溶媒として表10に記載したもので調製した電解質を用いた以外は参考例1の電池6と同様にして、電池51から59を作製し、参考例1と同様の評価を行った。
表11に500サイクル後の容量維持率および加熱昇温テストにおける熱暴走限界温度を、設定充電終止電圧毎に示す。
Reference Example 5
Batteries 51 to 59 were produced in the same manner as the battery 6 of Reference Example 1 except that the electrolyte prepared in Table 10 was used as the solvent, and the same evaluation as in Reference Example 1 was performed.
Table 11 shows the capacity retention rate after 500 cycles and the thermal runaway limit temperature in the heating temperature rise test for each set charge end voltage.

Figure 0005095098
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Figure 0005095098
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溶媒としてエチレンカーボネート(EC)/ジエチルカーボネート(DEC)の体積混合比30/70のものを使用した電池51は、サイクル特性の低下が若干認められるものの、熱暴走限界温度が低いという良好な結果を示した。EC/ジメチルカーボネート(DMC)の体積混合比30/70を使用した電池52は、電池6と同等の優れた結果が得られた。さらに、EC/エチルメチルカーボネート(EMC)/DECの体積混合比30/40/30を使用した電池53は、電池6と同等の優れたサイクル特性を維持し、電池51と同等の優れた熱暴走限界温度を示した。したがって、EMCとDECを併用することでより優れた特性を得られることが明らかとなった。また、ECとEMCとDECを含む電解質において、溶媒全体に対してECが10〜50%の体積比率であり、EMCが20〜60%の体積比率であり、DECが10〜50%の体積比率である場合に、電池53と同様の優れたサイクル特性と優れた熱暴走限界温度が得られた。   The battery 51 using a 30/70 volume mixing ratio of ethylene carbonate (EC) / diethyl carbonate (DEC) as a solvent shows a good result that the thermal runaway limit temperature is low, although a slight decrease in cycle characteristics is observed. Indicated. The battery 52 using the EC / dimethyl carbonate (DMC) volume mixing ratio of 30/70 had the same excellent results as the battery 6. Further, the battery 53 using a volume mixing ratio of EC / ethyl methyl carbonate (EMC) / DEC of 30/40/30 maintains excellent cycle characteristics equivalent to the battery 6 and has excellent thermal runaway equivalent to the battery 51. The limit temperature was indicated. Therefore, it became clear that more excellent characteristics can be obtained by using EMC and DEC together. Moreover, in the electrolyte containing EC, EMC, and DEC, EC is a volume ratio of 10-50% with respect to the whole solvent, EMC is a volume ratio of 20-60%, and DEC is a volume ratio of 10-50%. In this case, excellent cycle characteristics similar to those of the battery 53 and an excellent thermal runaway limit temperature were obtained.

また、ECの体積比率が10〜50%の電池55〜58は、電池6と同等の優れた特性を示したが、ECの比率が小さい電池54ではサイクル特性、熱暴走限界温度共に低下が認められ、EC比率の大きい電池59ではサイクル特性の低下が認められた。これは、EC比率が小さいとECの一部が分解して負極上に形成される良質な皮膜の量が少なくなり、負極と電解質の反応性が高まるため、サイクル中の電解質の分解や、加熱昇温テストにおける負極と電解質の反応による発熱量が大きくなったためと考えられる。一方、EC比率が大きいと、電解質の粘度が上昇し、極板内へのスムーズな電解質の浸透が妨げられた結果と考えられる。   Further, the batteries 55 to 58 having an EC volume ratio of 10 to 50% showed excellent characteristics equivalent to the battery 6, but the battery 54 having a small EC ratio showed a decrease in both cycle characteristics and thermal runaway limit temperature. In addition, in the battery 59 having a large EC ratio, a decrease in cycle characteristics was observed. This is because when the EC ratio is small, a part of the EC is decomposed and the amount of a good quality film formed on the negative electrode is reduced, and the reactivity between the negative electrode and the electrolyte is increased. This is probably because the amount of heat generated by the reaction between the negative electrode and the electrolyte in the temperature rise test increased. On the other hand, when the EC ratio is large, the viscosity of the electrolyte increases, which is considered to be a result of hindering smooth electrolyte penetration into the electrode plate.

参考
正極活物質として、表12に示した材料を表面に被覆したLiCo0.94Mg0.05Al0.012を用いた以外は、参考例1の電池6と同様にして電池60から79を作製し、サイクル特性を評価した。
活物質表面への材料の被覆は、LiCo0.94Mg0.05Al0.012の100重量部に対して、平均粒径が10μmの各被覆材料3重量部を混合し、Ar雰囲気下でボールミル攪拌を20時間行うことにより実施した。
表12には、500サイクル後の容量維持率を設定充電終止電圧毎に示す。
Reference Example 6
Batteries 60 to 79 were produced in the same manner as the battery 6 of Reference Example 1 except that LiCo 0.94 Mg 0.05 Al 0.01 O 2 whose surface was coated with the material shown in Table 12 was used as the positive electrode active material. Evaluated.
The coating of the material on the active material surface was performed by mixing 3 parts by weight of each coating material having an average particle size of 10 μm with 100 parts by weight of LiCo 0.94 Mg 0.05 Al 0.01 O 2 , and stirring by ball mill in an Ar atmosphere. Implemented by doing time.
Table 12 shows the capacity maintenance rate after 500 cycles for each set charge end voltage.

Figure 0005095098
Figure 0005095098

各材料で表面を被覆した正極活物質を用いた電池60〜79は、そのような被覆をしていない活物質を用いた電池6に比べてサイクル維持率の向上が認められた。これは、各材料で被覆を行うことにより、高電圧充電状態での正極活物質からの金属の溶出が抑制され、その結果サイクル経過に伴う正極活物質の劣化が抑制され、サイクル維持率が改善されたためと考えられる。   In the batteries 60 to 79 using the positive electrode active material whose surface was coated with each material, an improvement in the cycle retention rate was recognized as compared with the battery 6 using the active material not covered with such a material. By covering each material, the elution of the metal from the positive electrode active material in a high voltage charged state is suppressed, and as a result, the deterioration of the positive electrode active material with the progress of the cycle is suppressed, and the cycle maintenance rate is improved. It is thought that it was because it was done.

参考
正極活物質として、LiCo0.94Mg0.05Al0.012に加えて表13に示した金属酸化物を混合させて正極板を作製した以外は、参考例1の電池6と同様にして電池80から87を作製し、サイクル特性を評価した。これらの金属酸化物は、正極合剤の攪拌混合の際に、LiCo0.94Mg0.05Al0.012の100重量部に対して、各材料1重量部を混合させた。
表13に500サイクル後の容量維持率を設定充電終止電圧毎に示す。
Reference Example 7
Batteries 80 to 87 were prepared in the same manner as the battery 6 of Reference Example 1 except that a positive electrode plate was prepared by mixing the metal oxides shown in Table 13 in addition to LiCo 0.94 Mg 0.05 Al 0.01 O 2 as the positive electrode active material. And the cycle characteristics were evaluated. In these metal oxides, 1 part by weight of each material was mixed with 100 parts by weight of LiCo 0.94 Mg 0.05 Al 0.01 O 2 during the stirring and mixing of the positive electrode mixture.
Table 13 shows the capacity retention rate after 500 cycles for each set charge end voltage.

Figure 0005095098
Figure 0005095098

正極に各種金属酸化物を混合した電池80〜87は、これら金属酸化物を混合しない正極板を用いた電池6に比べてサイクル維持率の向上が認められた。これは、正極板に各酸化物を含ませることにより、高電圧充電状態での正極活物質からの金属の溶出が抑制され、その結果サイクル経過に伴う正極活物質の劣化が抑制され、容量維持率が改善されたためと考えられる。   In the batteries 80 to 87 in which various metal oxides were mixed with the positive electrode, an improvement in the cycle retention rate was recognized as compared with the battery 6 using the positive electrode plate in which these metal oxides were not mixed. This is because by including each oxide in the positive electrode plate, the elution of the metal from the positive electrode active material in a high-voltage charge state is suppressed, and as a result, the deterioration of the positive electrode active material with the progress of the cycle is suppressed, and the capacity is maintained. This is probably because the rate was improved.

実施例
負極活物質として平均粒径が5μmのSiOと鱗片状の黒鉛とを重量比90:10で混合させたものを用い、表14に示した正・負極活物質の重量比Rとした以外は、参考例1の電池6と同様にしで電池88を作製した。また、電池88と同じ負極活物質を用い、表14に示した重量比Rとした以外は、参考例1の比較例の電池Aと同様にして比較例の電池Bを作製した。電池88および比較例の電池AおよびBについて、放電容量密度比率、放電平均電圧、サイクル特性を評価した。
Example 3
A negative electrode active material having a mean particle size of 5 μm mixed with SiO and scaly graphite at a weight ratio of 90:10, except that the weight ratio R of the positive and negative electrode active materials shown in Table 14 was used. A battery 88 was produced in the same manner as the battery 6 of Reference Example 1. A battery B of Comparative Example was fabricated in the same manner as Battery A of Comparative Example 1 of Reference Example 1 except that the same negative electrode active material as that of Battery 88 was used and the weight ratio R shown in Table 14 was used. For the battery 88 and the batteries A and B of the comparative examples, the discharge capacity density ratio, the discharge average voltage, and the cycle characteristics were evaluated.

各電池を環境温度20℃において、最大電流を600mAとして、4.20V、4.25V、4.4V、または4.5Vの定電圧充電を2時間行い、600mAの定電流で電圧が3.0Vに低下するまで放電して、それぞれの放電容量を測定した。放電容量密度の比率は、前記の放電容量を正・負極活物質の合計重量の単位重量あたりの放電容量に換算し、比較例の電池Aの4.2Vでの放電容量密度を100として比率で表した。放電平均電圧は、環境温度20℃において、前記の条件で充電および放電を行い、放電時の平均電圧を測定した。
表15に放電容量密度比率および各設定電圧での放電平均電圧を、表16に500サイクル後の容量維持率を、それぞれ設定充電終止電圧毎に示す。
Each battery is charged at a constant current of 4.20 V, 4.25 V, 4.4 V, or 4.5 V for 2 hours at an environmental temperature of 20 ° C. with a maximum current of 600 mA, and a voltage of 3.0 V at a constant current of 600 mA. The discharge capacity was measured by discharging until the voltage decreased. The ratio of the discharge capacity density is the ratio where the discharge capacity is converted into the discharge capacity per unit weight of the total weight of the positive and negative electrode active materials, and the discharge capacity density at 4.2 V of the battery A of Comparative Example is 100. expressed. The discharge average voltage was charged and discharged under the above conditions at an environmental temperature of 20 ° C., and the average voltage during discharge was measured.
Table 15 shows the discharge capacity density ratio and the discharge average voltage at each set voltage, and Table 16 shows the capacity maintenance rate after 500 cycles for each set charge end voltage.

Figure 0005095098
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Figure 0005095098
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表14より、負極活物質としてSiOと鱗片状の黒鉛とを重量比90:10で混合させたものを用いた電池88及び比較例の電池Bは、負極活物質として鱗片状黒鉛を用いた比較例の電池Aに比べて正・負極ともに活物質重量あたりの放電容量が向上している。したがって、金属化合物もしくは金属化合物を主体とする負極活物質を用いることにより、高容量の電池が実現できることがわかる。さらに4.4Vや4.5Vの高電圧とすることで、より高容量化が可能となる。しかし、表15から明らかなように、金属化合物もしくは金属化合物を主体とする負極活物質を用いた電池では、従来の炭素質物質を主体とする負極活物質を用いた電池に比べて放電平均電圧が低下するという欠点がある。これにより、金属化合物もしくは金属化合物を主体とする負極活物質を用いた電池を、従来の充電終止電圧が4.2Vの機器に組み込んだ場合、大電流が流れた際に電池の電圧降下が大きくなり、設計通りの放電容量が取り出せないという問題があった。   From Table 14, the battery 88 using a mixture of SiO and scaly graphite at a weight ratio of 90:10 as the negative electrode active material and the battery B of the comparative example were compared using scaly graphite as the negative electrode active material. Compared to the battery A of the example, the discharge capacity per active material weight is improved for both the positive and negative electrodes. Therefore, it can be seen that a high-capacity battery can be realized by using a metal compound or a negative electrode active material mainly composed of a metal compound. Further, by setting the voltage to 4.4V or 4.5V, the capacity can be further increased. However, as is clear from Table 15, the average discharge voltage of the battery using the metal compound or the negative electrode active material mainly composed of the metal compound is higher than that of the conventional battery using the negative electrode active material mainly composed of the carbonaceous material. Has the disadvantage of lowering. As a result, when a battery using a metal compound or a negative electrode active material mainly composed of a metal compound is incorporated in a conventional device having a charge end voltage of 4.2 V, the voltage drop of the battery is large when a large current flows. Therefore, there is a problem that the discharge capacity as designed cannot be taken out.

本発明によると、金属化合物もしくは金属化合物を主体とする負極活物質を用いた電池を、4.4Vや4.5Vの高電圧で使用することにより、平均放電電圧を、従来の炭素質物質を主体とする負極活物質を用いた電池と同等の3.6〜3.7Vまで高めることができる。また、この電池を機器に組み込んだ場合に、大電流が流れた際も電圧降下による機器の停止が回避され、設計通りの放電容量を取り出すことができる。
また、表16から明らかなように、負極活物質として金属化合物もしくは金属化合物を主体として用いた場合、正極活物質にLiCoO2を用いた比較例の電池Bは、500サイクル後の容量維持率が低いのに対して、正極活物質にLiCo0.94Mg0.05Al0.012を用いた電池88は、容量維持率が良好である。この理由は参考例1で述べた内容と同じである。
According to the present invention, by using a battery using a metal compound or a negative electrode active material mainly composed of a metal compound at a high voltage of 4.4 V or 4.5 V, an average discharge voltage can be reduced with a conventional carbonaceous material. The voltage can be increased to 3.6 to 3.7 V, which is equivalent to a battery using a negative electrode active material as a main component. Further, when this battery is incorporated in a device, even when a large current flows, the device is prevented from being stopped due to a voltage drop, and a discharge capacity as designed can be taken out.
Further, as apparent from Table 16, when a metal compound or a metal compound is mainly used as the negative electrode active material, the battery B of the comparative example using LiCoO 2 as the positive electrode active material has a capacity retention rate after 500 cycles. On the other hand, the battery 88 using LiCo 0.94 Mg 0.05 Al 0.01 O 2 as the positive electrode active material has a good capacity retention rate. The reason is the same as that described in Reference Example 1.

実施例
負極活物質として平均粒径が5μmのSiOと鱗片状の黒鉛とを重量比90:10の割合で混合したものを用い、表17に示した正・負極活物質の重量比Rとした以外は、参考例1と同様にして電池89〜97を作製し、参考例1と同様の評価を行った。
表18に500サイクル後の容量維持率および加熱昇温テストにおける熱暴走限界温度を、設定充電終止電圧毎に示す。
Example 4
The negative electrode active material used was a mixture of SiO having an average particle diameter of 5 μm and scaly graphite at a weight ratio of 90:10, except that the weight ratio R of the positive and negative electrode active materials shown in Table 17 was used. , to produce a cell 89-97 in the same manner as in reference example 1, was evaluated in the same manner as in reference example 1.
Table 18 shows the capacity retention rate after 500 cycles and the thermal runaway limit temperature in the heating temperature rise test for each set charge end voltage.

Figure 0005095098
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Figure 0005095098
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参考例1と同様に、金属化合物もしくは金属化合物を主体とする負極活物質を用いた電池においても、本発明の正極活物質を使用した電池90〜96は、優れたサイクル特性と安全性を示した。
特に、正・負極活物質の重量比Rが3.0〜19の範囲にある電池91から96は、充電電圧が4.25〜4.5Vと高い電圧であってもサイクル特性と安全性が優れており、特に好ましいことがわかった。また、正極活物質としてLiNi0.4Mn0.4Co0.22を用いた場合も同様の結果が得られた。
正極活物質としてLiCo0.94Mg0.05Al0.012とLiNi0.4Mn0.4Co0.22とを重量比70:30の割合で混合したものを用いた場合も同様の結果が得られた。
Similarly to Reference Example 1, even in a battery using a metal compound or a negative electrode active material mainly composed of a metal compound, the batteries 90 to 96 using the positive electrode active material of the present invention exhibit excellent cycle characteristics and safety. It was.
In particular, the batteries 91 to 96 having a positive / negative active material weight ratio R in the range of 3.0 to 19 have cycle characteristics and safety even when the charging voltage is as high as 4.25 to 4.5V. It was found to be excellent and particularly preferable. Similar results were obtained when LiNi 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 was used as the positive electrode active material.
Similar results were obtained when a mixture of LiCo 0.94 Mg 0.05 Al 0.01 O 2 and LiNi 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 in a weight ratio of 70:30 was used as the positive electrode active material.

LiCo0.94Mg0.05Al0.012において、添加元素MgとAlの代わりに、それぞれTiとW、MnとNi、ZrとMoを用いた酸化物、及びLiNi0.4Mn0.4Co0.22において、添加元素Coの代わりにMg、Al、Ti,Zr、MoまたはWを用いた酸化物でも同様の結果が得られた。
また、正極の結着剤としてポリテトラフルオロエチレンを用いても同様の効果が得られた。
In LiCo 0.94 Mg 0.05 Al 0.01 O 2 , oxides using Ti and W, Mn and Ni, Zr and Mo, respectively, instead of additive elements Mg and Al, and additive elements in LiNi 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 Similar results were obtained with oxides using Mg, Al, Ti, Zr, Mo or W instead of Co.
The same effect was obtained even when polytetrafluoroethylene was used as the binder for the positive electrode.

本発明にかかる非水電解質二次電池は、通常の作動状態での充電終止電圧を4.25V以上に設定しても、安全性やサイクル特性等に優れる。したがって、本発明の非水電解質二次電池は、特に、移動体通信機器および携帯電子機器の主電源として有用である。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is excellent in safety, cycle characteristics and the like even when the end-of-charge voltage in a normal operating state is set to 4.25 V or more. Therefore, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is particularly useful as a main power source for mobile communication devices and portable electronic devices.

参考例および本発明の実施例における非水電解質電池の要部を切り欠いた斜視図である。It is the perspective view which notched the principal part of the nonaqueous electrolyte battery in a reference example and the Example of this invention. 本発明の電池を組み込んだ充放電制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the charging / discharging control apparatus incorporating the battery of this invention.

Claims (15)

リチウムを吸蔵・放出可能な活物質を含む負極、リチウム複合酸化物を活物質として含む正極、前記負極と正極とを隔離するセパレータ、およびリチウムイオン伝導性の非水電解質を具備し、充電終止電圧が4.4〜4.5Vに設定されている非水電解質二次電池であって、
前記負極の活物質が、炭素質物質を主体とし、
前記リチウム複合酸化物が、酸化物Aと酸化物Bとの混合物であり、前記酸化物Aと前記酸化物Bとの重量比が9:1〜1:9であり、
前記酸化物Aが、式LixCo1-yy2(MはMg、Al、Ti、Sr、Mn、Ni、Ca、V、Fe、Y、Zr、Mo、Tc、Ru、Ta、W、Re、Yb、Cu、Zn、およびBaからなる群より選ばれた少なくとも1種であり、1.0≦x≦1.15、0.005≦y≦0.1である。)で表され、
前記酸化物Bが、式LixNiyMnz1-y-z2(MはCo、Mg、Al、Ti、Sr、Ca、V、Fe、Y、Zr、Mo、Tc、Ru、Ta、W、およびReからなる群より選ばれた少なくとも1種であり、1.0≦x≦1.15、0.1≦y≦0.5、0.1≦z≦0.5であり、かつ0.9≦y/z≦3.0である。)で表され、
前記正極と負極とが相対向する領域において、正極に含まれる活物質の単位面積当たりの重量Wpと負極に含まれる活物質の単位面積当たりの重量Wnとの比R=Wp/Wnが1.3〜2.2の範囲にあることを特徴とする非水電解質二次電池。
A negative electrode including an active material capable of inserting and extracting lithium, a positive electrode including a lithium composite oxide as an active material, a separator separating the negative electrode and the positive electrode, and a lithium ion conductive non-aqueous electrolyte, and an end-of-charge voltage Is a non-aqueous electrolyte secondary battery set to 4.4 to 4.5V,
The negative electrode active material is mainly a carbonaceous material,
The lithium composite oxide, a mixture of oxides A and the oxide B, wherein the weight ratio between the oxide A and the oxide B is 9: 1 to 1: 9,
The oxide A has the formula Li x Co 1-y M y O 2 (M is Mg, Al, Ti, Sr, Mn, Ni, Ca, V, Fe, Y, Zr, Mo, Tc, Ru, Ta, And at least one selected from the group consisting of W, Re, Yb, Cu, Zn, and Ba, and 1.0 ≦ x ≦ 1.15 and 0.005 ≦ y ≦ 0.1. And
The oxide B is represented by the formula Li x Ni y Mn z M 1 -yz O 2 (M is Co, Mg, Al, Ti, Sr, Ca, V, Fe, Y, Zr, Mo, Tc, Ru, Ta, At least one selected from the group consisting of W and Re, 1.0 ≦ x ≦ 1.15, 0.1 ≦ y ≦ 0.5, 0.1 ≦ z ≦ 0.5, and 0.9 ≦ y / z ≦ 3.0.)
In the region where the positive electrode and the negative electrode face each other, the ratio R = Wp / Wn between the weight Wp per unit area of the active material contained in the positive electrode and the weight Wn per unit area of the active material contained in the negative electrode is 1. non-aqueous electrolyte secondary battery characterized in that in the range of 3 to 2.2.
前記リチウム複合酸化物が、酸化物Aと酸化物Bとの混合物であるとき、前記酸化物Aと前記酸化物Bとの重量比が9:1〜5:5である請求項1記載の非水電解質二次電池。   2. The non-metal composition according to claim 1, wherein when the lithium composite oxide is a mixture of the oxide A and the oxide B, the weight ratio of the oxide A to the oxide B is 9: 1 to 5: 5. Water electrolyte secondary battery. リチウムを吸蔵・放出可能な活物質を含む負極、リチウム複合酸化物を活物質として含む正極、前記負極と正極とを隔離するセパレータ、およびリチウムイオン伝導性の非水電解質を具備し、充電終止電圧が4.4〜4.5Vに設定されている非水電解質二次電池であって、
前記負極の活物質が、合金もしくは金属化合物を主体とし、
前記リチウム複合酸化物が、酸化物A、または酸化物Aと酸化物Bとの混合物であり、
前記酸化物Aが、式LixCo1-yy2(MはMg、Al、Ti、Sr、Mn、Ni、Ca、V、Fe、Y、Zr、Mo、Tc、Ru、Ta、W、Re、Yb、Cu、Zn、およびBaからなる群より選ばれた少なくとも1種であり、1.0≦x≦1.15、0.005≦y≦0.1である。)で表され、
前記酸化物Bが、式LixNiyMnz1-y-z2(MはCo、Mg、Al、Ti、Sr、Ca、V、Fe、Y、Zr、Mo、Tc、Ru、Ta、W、およびReからなる群より選ばれた少なくとも1種であり、1.0≦x≦1.15、0.1≦y≦0.5、0.1≦z≦0.5であり、かつ0.9≦y/z≦3.0である。)で表され、
前記正極と負極とが相対向する領域において、正極に含まれる活物質の単位面積当たりの重量Wpと負極に含まれる活物質の単位面積当たりの重量Wnとの比R=Wp/Wnが2.5〜19の範囲にあり、前記リチウム複合酸化物が前記酸化物Aであるとき、前記比Rが3.0〜19の範囲にあり、
前記リチウム複合酸化物が酸化物Aと酸化物Bとの混合物であるとき、前記酸化物Aと前記酸化物Bとの重量比が9:1〜1:9であることを特徴とする非水電解質二次電池。
A negative electrode including an active material capable of inserting and extracting lithium, a positive electrode including a lithium composite oxide as an active material, a separator separating the negative electrode and the positive electrode, and a lithium ion conductive non-aqueous electrolyte, and an end-of-charge voltage Is a non-aqueous electrolyte secondary battery set to 4.4 to 4.5V,
The active material of the negative electrode is mainly composed of an alloy or a metal compound,
The lithium composite oxide, an oxide A, or is a mixture of oxide B and the oxide A,
The oxide A has the formula Li x Co 1-y M y O 2 (M is Mg, Al, Ti, Sr, Mn, Ni, Ca, V, Fe, Y, Zr, Mo, Tc, Ru, Ta, And at least one selected from the group consisting of W, Re, Yb, Cu, Zn, and Ba, and 1.0 ≦ x ≦ 1.15 and 0.005 ≦ y ≦ 0.1. And
The oxide B is represented by the formula Li x Ni y Mn z M 1 -yz O 2 (M is Co, Mg, Al, Ti, Sr, Ca, V, Fe, Y, Zr, Mo, Tc, Ru, Ta, At least one selected from the group consisting of W and Re, 1.0 ≦ x ≦ 1.15, 0.1 ≦ y ≦ 0.5, 0.1 ≦ z ≦ 0.5, and 0.9 ≦ y / z ≦ 3.0.)
In the region where the positive electrode and the negative electrode face each other, the ratio R = Wp / Wn between the weight Wp per unit area of the active material contained in the positive electrode and the weight Wn per unit area of the active material contained in the negative electrode is 2. range near 5 to 19 is, when the lithium composite oxide is the oxide a, the ratio R is in the range of 3.0 to 19,
When the lithium composite oxide is a mixture of oxide B and the oxide A, the weight ratio of the oxide A and the oxide B is 9: 1 to 1: 9 der non, wherein Rukoto Water electrolyte secondary battery.
前記負極の活物質が、Si、Sn、SiまたはSnを含む合金、およびSiOからなる群から選ばれる請求項記載の非水電解質二次電池。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 3, wherein the negative electrode active material is selected from the group consisting of Si, Sn, Si, or an alloy containing Sn, and SiO. 前記リチウム複合酸化物が、酸化物Aと酸化物Bとの混合物であるとき、前記酸化物Aと前記酸化物Bとの重量比が9:1〜5:5である請求項に記載の非水電解質二次電池。 The lithium composite oxide is, when the oxide A is a mixture of oxide B, the weight ratio of the oxide B and the oxide A is 9: 1-5: according to claim 3 which is 5 Non-aqueous electrolyte secondary battery. 前記リチウム複合酸化物が、その表面に、Mg、Al、Ti、Sr、Mn、Ni、Ca、V、Fe、Y、Zr、Mo、Tc、Ru、Ta、W、Re、Sn、Bi、Cu、Si、Ga、およびBからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属、その金属を含む金属間化合物、または前記金属の酸化物を被覆している請求項1〜のいずれかに記載の非水電解質二次電池。 The lithium composite oxide has Mg, Al, Ti, Sr, Mn, Ni, Ca, V, Fe, Y, Zr, Mo, Tc, Ru, Ta, W, Re, Sn, Bi, Cu on the surface thereof. , Si, Ga, and at least one selected from the group consisting of B metal, according to any one of claims 1 to 5, covering the intermetallic compound containing the metal, or an oxide of the metal Non-aqueous electrolyte secondary battery. 前記正極が、さらに式MOx(MはLi、Co、Mg、Al、Ti、Sr、Mn、Ni、Ca、V、Fe、Y、Zr、Mo、Tc、Ru、Ta、W、およびReからなる群より選ばれた少なくとも1種であり、0.4≦x≦2.0である。)で表される酸化物を含む請求項1〜のいずれかに記載の非水電解質二次電池。 The positive electrode further comprises the formula MOx (M is Li, Co, Mg, Al, Ti, Sr, Mn, Ni, Ca, V, Fe, Y, Zr, Mo, Tc, Ru, Ta, W, and Re. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 6 , comprising an oxide represented by at least one selected from the group, wherein 0.4 ≦ x ≦ 2.0. 前記非水電解質が、溶媒として環状カーボネート類と非環状カーボネート類を含む請求項1〜のいずれかに記載の非水電解質二次電池。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 7 , wherein the nonaqueous electrolyte includes a cyclic carbonate and a noncyclic carbonate as a solvent. 前記非水電解質の溶媒成分中の環状カーボネート類の割合が、20℃における体積比で10〜50%である請求項に記載の非水電解質二次電池。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 8 , wherein a ratio of cyclic carbonates in a solvent component of the nonaqueous electrolyte is 10 to 50% in a volume ratio at 20 ° C. 前記非水電解質が、リチウム塩としてLiPF6を含む請求項1〜のいずれかに記載の非水電解質二次電池。 The nonaqueous electrolyte, the nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 7 including a LiPF 6 as the lithium salt. 前記非水電解質が、リチウム塩として0.5〜2.0mol/lのLiPF6と0.01〜0.3mol/lのLiBF4とを含む請求項10に記載の非水電解質二次電池。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 10 , wherein the nonaqueous electrolyte includes 0.5 to 2.0 mol / l LiPF 6 and 0.01 to 0.3 mol / l LiBF 4 as lithium salts. 前記非水電解質が、溶媒として環状カーボネート類と非環状カーボネート類を含み、溶媒成分中の環状カーボネート類の割合が体積比で10〜50%であり、リチウム塩として0.5〜2.0mol/lのLiPF6と0.01〜0.3mol/lのLiBF4とを含む請求項1〜のいずれかに記載の非水電解質二次電池。 The non-aqueous electrolyte contains cyclic carbonates and non-cyclic carbonates as a solvent, the ratio of the cyclic carbonates in the solvent component is 10 to 50% by volume, and 0.5 to 2.0 mol /% as the lithium salt. the non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 7 including a LiPF 6 and 0.01~0.3mol / l LiBF 4 in l. 前記非水電解質が、添加剤として、フェニル基および前記フェニル基に隣接する第3級もしくは第4級炭素を有する基を含むベンゼン誘導体の少なくとも一種を含む請求項1〜12のいずれかに記載の非水電解質二次電池。 The nonaqueous electrolyte, as an additive, according to any one of claims 1 to 12 including at least one benzene derivative containing a tertiary or quaternary carbon bearing group adjacent to the phenyl group and the phenyl group Non-aqueous electrolyte secondary battery. 前記添加剤が、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、およびジフェニルエーテルからなる群より選ばれた少なくとも一種であり、その非水電解質中の含有割合が重量比で0.05〜8.0%である請求項13に記載の非水電解質二次電池。 It said additive, cyclohexylbenzene, biphenyl, and at least one selected from the group consisting of diphenyl ether, to claim 13 the content of the non-aqueous electrolyte is from 0.05 to 8.0% by weight The nonaqueous electrolyte secondary battery as described. 前記添加剤の非水電解質中の含有割合が重量比で0.1〜6.0%である請求項14に記載の非水電解質二次電池。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 14 , wherein a content ratio of the additive in the nonaqueous electrolyte is 0.1 to 6.0% by weight.
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