JP5526368B2 - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、非水電解質二次電池に関するものであり、特に特定の正極活物質を用い、正極の単位面積当たりの初期充電容量が40mAh/10cm2以下であり、負極の表面に酸化チタンを含む絶縁性の被覆層が形成されたものであって、60A以上の電流で充放電を行っても、低い充電深度でのIV抵抗値の増大が抑制された、負荷特性及び出力回生特性に優れた電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)等に最適な非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, in particular, using a specific positive electrode active material, having an initial charge capacity per unit area of positive electrode of 40 mAh / 10 cm 2 or less, and containing titanium oxide on the surface of the negative electrode An insulating coating layer is formed, and even when charging / discharging at a current of 60 A or more, an increase in IV resistance value at a low charging depth is suppressed, and load characteristics and output regeneration characteristics are excellent. The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery optimal for an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV) and the like.
環境保護運動の高まりを背景として二酸化炭素ガス等の排出規制が強化されており、自動車業界ではガソリン、ディーゼル油、天然ガス等の化石燃料を使用する自動車だけでなく、EVやHEVの開発が活発に行われている。加えて、近年の化石燃料の価格の急激な高騰はこれらのEVやHEVの開発を進める追い風となっている。そして、EV用やHEV用電池分野においても、他の電池に比べて高エネルギー密度であるリチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池が注目され、この非水電解質二次電池の占める割合は大きな伸びを示している。 Emission regulations such as carbon dioxide gas have been strengthened against the backdrop of an increasing environmental protection movement, and the automobile industry is actively developing EVs and HEVs as well as automobiles that use fossil fuels such as gasoline, diesel oil and natural gas. Has been done. In addition, the rapid rise in fossil fuel prices in recent years is a tailwind for the development of these EVs and HEVs. In the field of batteries for EVs and HEVs, nonaqueous electrolyte secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries having a higher energy density than other batteries have attracted attention. The share is showing a big growth.
ここで、このようなEV用やHEV用として使用されている非水電解質二次電池10の具体的構成の一例を図4〜図8を用いて説明する。なお、図4は円筒状の非水電解質二次電池の斜視図である。図5は円筒状の非水電解質二次電池における巻回電極体の分解斜視図である。図6は円筒状の非水電解質二次電池で使用されている集電板の斜視図である。図7は巻回電極体に集電板を押し付ける前の状態を示す一部破断斜視図である。更に、図8は巻回電極体に集電板を押し付けてレーザービームを照射する状態を示す一部破断正面図である。
Here, an example of a specific configuration of the nonaqueous electrolyte
この非水電解質二次電池10は、図4に示すように、筒体11の両端部にそれぞれ蓋体12を溶接固定してなる円筒状の電池外装缶13の内部に、図5に示すような巻回電極体20を収容して構成されている。蓋体12には、正負一対の電極端子機構14が取り付けられている。巻回電極体20と電極端子機構14とは、電池外装缶13内で接続されており、巻回電極体20が発生する電力を一対の電極端子機構14から外部に取り出すことが可能となっている。また、各蓋体12には圧力開閉式のガス排出弁15が取り付けられている。
As shown in FIG. 4, the non-aqueous electrolyte
巻回電極体20は、図5に示すように、それぞれ帯状の正極21と負極22の間に帯状のセパレータ23を介在させ、これらを渦巻き状に巻回して構成されている。正極21はアルミニウム箔からなる帯状芯体211の両面に正極合剤スラリーを塗布して構成された正極活物質合剤層212を有し、負極22は銅箔からなる帯状芯体221の両面に炭素材料を含む負極合剤スラリーを塗布して構成された負極活物質合剤層222を有している。また、セパレータ23には非水電解液が含浸されている。なお、電池の出力特性を確保するために、極板は薄く、正極・負極の対向面積が大きくなるように設計される。
As shown in FIG. 5, the
正極21には正極活物質合剤層212の塗布部と平行に未塗布部が形成されており、この未塗布部はセパレータ23の端から突出して正極芯体端縁部213を構成している。同様に負極22には負極活物質合剤層222の塗布部と平行に未塗布部が形成されており、この未塗布部はセパレータ23の端から突出して負極芯体端縁部223を構成している。
The
巻回電極体20の両端部にはそれぞれ集電板30が設置され、これらの集電板30は正極芯体端縁部213及び負極芯体端縁部223にレーザー溶接又は電子ビーム溶接によって取り付けられている。集電板30の端部に突設されたリード部31の先端は電極端子機構14に接続されている。
Each collector plate 30 at both end portions of the
集電板30は、図5及び図6に示すように、円形の平板状本体32を備え、この平板状本体32には放射状に伸びる複数本の円弧状凸部33が、一体に成型されており、巻回電極体20側に突出している。そして、集電板30は、図7において矢印Pで示すように、正極芯体端縁部213ないし負極芯体端縁部223の方向に押し付けた後、図8における太い矢印で示すように、レーザービーム(又は電子ビーム)を照射することにより溶接が行われている。この溶接はレーザービームを円弧状凸部33の長手方向に移動させて順次スポット溶接することにより行われるが、円弧状凸部33の底部と正極芯体端縁部213ないし負極芯体端縁部223とは溶接部34において溶接される。このようにして、正極21と負極22とはそれぞれ別個の集電板30に電気的に接続されて集電されるようになっている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
そして、このような非水電解質二次電池における正極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出することが可能なLixMO2(但し、MはCo、Ni、Mnの少なくとも1種である)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物、すなわち、LiCoO2、LiNiO2、LiNiyCo1−yO2(y=0.01〜0.99)、LiMnO2、LiMn2O4、LiCoxMnyNizO2(x+y+z=1)、又はLiFePO4などが一種単独もしくは複数種を混合して用いられている。 And as a positive electrode active material in such a non-aqueous electrolyte secondary battery, Li x MO 2 capable of reversibly occluding and releasing lithium ions (where M is at least one of Co, Ni, and Mn) A lithium transition metal composite oxide represented by: LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi y Co 1-y O 2 (y = 0.01 to 0.99), LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCo x Mn y Ni z O 2 (x + y + z = 1), or the like LiFePO 4 is used as a mixture of one kind alone or in combination.
また、負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、コークス、ガラス状炭素、炭素繊維、又はこれらの焼成体の一種あるいは複数種混合したもの等、炭素を主体としたものが使用されている。 In addition, as the negative electrode active material, natural graphite, artificial graphite, carbon black, coke, glassy carbon, carbon fiber, or a mixture of one or more of these fired bodies, such as those mainly composed of carbon, is used. ing.
ところで、EV、HEV用電池としては、上述したように軽量で出力が大きい高エネルギー密度非水電解質二次電池が使用されるようになってきているが、環境対応とともに自動車としての基本性能である走りの能力の高度化を達成することも要求されている。この走りの能力の高度化には、自動車の長距離走行を可能とするために電池容量を大きくすることだけでなく、自動車の加速性能や登坂性能に大きな影響を及ぼすために電池出力を大きくすること、すなわち急速放電特性を良好とすることが必要である。 By the way, as described above, high energy density non-aqueous electrolyte secondary batteries that are lightweight and have high output are being used as batteries for EVs and HEVs. It is also required to achieve advanced driving ability. In order to enhance the driving ability, not only does the battery capacity increase to enable long-distance driving of the car, but also the battery output is increased to significantly affect the acceleration performance and climbing performance of the car. That is, it is necessary to improve the rapid discharge characteristics.
これに加えてEVやHEV全体のエネルギー消費量を抑制するために、減速時に電気ブレーキを使用して発生した電力を急速に回収できるようにすること、すなわち回生特性を良好にするために、電池の急速充電特性の向上も必要である。このことは、例えば図9に示した10−15モード走行試験法の運転パターンからしても明らかなように、実際の自動車の運転時には加速区間だけでなく減速区間も多くあるため、この減速区間において如何に電気エネルギーを回収することができるかがEVやHEV全体のエネルギー消費量の抑制に繋がるからである。 In addition to this, in order to suppress the energy consumption of the entire EV or HEV, the battery can be quickly recovered using the electric brake at the time of deceleration, that is, in order to improve the regenerative characteristics, the battery It is also necessary to improve the rapid charging characteristics. As is apparent from the driving pattern of the 10-15 mode running test method shown in FIG. 9 for example, this is because there are many deceleration zones as well as acceleration zones when driving an actual vehicle. This is because how the electric energy can be recovered in the case leads to the suppression of the energy consumption of the entire EV or HEV.
このような急速放電や急速充電を行うと、電池に大電流が流れるため、電池の内部抵抗の影響が電池特性に大きく現れてくる。特に、EV用ないしHEV用の電池においては、十分な出力特性及び出力回生特性を得るために、充電深度(State of Charge)が変化しても内部抵抗が低くしかも一定であることが求められる。 When such rapid discharge or rapid charge is performed, a large current flows through the battery, so that the influence of the internal resistance of the battery greatly appears in the battery characteristics. In particular, in batteries for EV or HEV, in order to obtain sufficient output characteristics and output regeneration characteristics, the internal resistance is required to be low and constant even when the state of charge changes.
ところで、非水電解質二次電池における正極活物質としては、上述のように、LiCoO2、LiNiO2、LiNiyCo1−yO2(y=0.01〜0.99)、LiMnO2、LiMn2O4、LiCoxMnyNizO2(x+y+z=1)、又はLiFePO4などを一種単独、もしくはそれらの複数種を混合して用いられている。このうち、LiCoO2、LiMn2O4等は、電極電位が高く高効率であるため、高電圧及び高エネルギー密度の電池が得られ、出力特性は優れているが、出力回生特性は劣るという性質を有している。 By the way, as a positive electrode active material in a nonaqueous electrolyte secondary battery, as described above, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi y Co 1-y O 2 (y = 0.01 to 0.99), LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCo x Mn y Ni z O 2 (x + y + z = 1), LiFePO 4 or the like is used singly or in combination. Among these, LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 and the like have high electrode potential and high efficiency, so a battery with high voltage and high energy density can be obtained, and output characteristics are excellent, but output regeneration characteristics are inferior. have.
したがって、EV用ないしHEV用電池としての非水電解質二次電池における正極活物質としては、上記のような正極活物質の特性を考慮して、出力回生特性に優れたLi1+aNixCoyMnzMbO2(M=Al、Ti、Zr、Nb、B、Mg、Moから選択される少なくとも一種の元素、0≦a≦0.3、0.1≦x≦1、0≦y≦0.5、0≦z≦0.9、0≦b≦0.01、a+b+x+y+z=1)を用いることが好ましい。しかし、このような正極活物質は初期充放電効率が低く、このような正極活物質を用いた非水電解質二次電池の放電カーブは、LiCoO2、LiMn2O4等のように初期充放電効率の高い正極活物質を用いた非水電解質二次電池の場合と比較すると、放電末期の内部抵抗が徐々に高くなるため、電池の出力電圧が比較的穏やかに低下する性質がある。これは、充電時に正極から放出されたリチウムイオンが放電時に正極に戻ってくる際に、ある程度リチウムイオンが正極に戻ってくると、それ以上のリチウムイオンは正極に戻り難くなるからと考える。 Therefore, as a positive electrode active material in a nonaqueous electrolyte secondary battery as a battery for EV or HEV, Li 1 + a Ni x Co y Mn having excellent output regeneration characteristics in consideration of the characteristics of the positive electrode active material as described above. z M b O 2 (M = Al, Ti, Zr, Nb, B, Mg, at least one element selected from Mo, 0 ≦ a ≦ 0.3,0.1 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 0.5, 0 ≦ z ≦ 0.9, 0 ≦ b ≦ 0.01, a + b + x + y + z = 1) are preferably used. However, such a positive electrode active material has low initial charge / discharge efficiency, and the discharge curve of a non-aqueous electrolyte secondary battery using such a positive electrode active material is the initial charge / discharge such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4, etc. Compared to the case of a non-aqueous electrolyte secondary battery using a highly efficient positive electrode active material, the internal resistance at the end of discharge gradually increases, so that the output voltage of the battery is relatively gently lowered. This is considered to be because when lithium ions released from the positive electrode during charging return to the positive electrode during discharge, if lithium ions return to the positive electrode to some extent, it becomes difficult for more lithium ions to return to the positive electrode.
また、負極活物質としては、一般に初期充放電効率の高い黒鉛等の炭素材料が使用されている。このような炭素材料を負極活物質として用いた負極は、充電時に負極内に取り込んだリチウムイオンを放電時に放出するが、一部のリチウムイオンは、放電時に負極から放出できずに残り、負極の不可逆容量となる。そして、負極の容量が大きくなればなるほど、この不可逆容量は大きくなっていく。このような炭素材料を負極活物質として用い、上記のような初期充放電効率の低いLi1+aNixCoyMnzMbO2(M=Al、Ti、Zr、Nb、B、Mg、Moから選択される少なくとも一種の元素、0≦a≦0.3、0.1≦x≦1、0≦y≦0.5、0≦z≦0.9、0≦b≦0.01、a+b+x+y+z=1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質として用いた場合には、負極活物質である炭素材料の充放電効率が高い(負極の不可逆容量が小さい)のに対して、正極の充放電効率が低いため、放電末期には、負極はまだリチウムイオンを放出することができるのにもかかわらず、正極がリチウムイオンを取り込み難くなって、正極の内部抵抗が上昇していく。このような放電末期では、正極の放電が進んでいることから、正極の充電深度は低い領域にあり、このように、正極の充電深度が低い領域を放電時に使用すると、電池のIV抵抗が高くなるという問題が生じる。
このため、負極の容量を大きくすることによって、正極容量に対する負極の不可逆容量を大きくし、放電時に負極から正極に戻ることのできるリチウムイオンの量を減らすことにより、正極の内部抵抗が高くなる正極の充電深度まで正極を放電できなくすることで、正極の内部抵抗の上昇を緩和することが考えられる。しかしながら、この場合は、負極活物質合剤層が厚くなり過ぎるため、出力特性が低下することが問題になる。
Further, as the negative electrode active material, a carbon material such as graphite having a high initial charge / discharge efficiency is generally used. A negative electrode using such a carbon material as a negative electrode active material releases lithium ions taken into the negative electrode during charging at the time of discharging, but some lithium ions cannot be released from the negative electrode during discharging and remain in the negative electrode. It becomes irreversible capacity. And the capacity | capacitance of a negative electrode becomes large, and this irreversible capacity | capacitance becomes large. Using such a carbon material as a negative electrode active material, a low initial charge-discharge efficiency as described above Li 1 + a Ni x Co y Mn z M b O 2 (M = Al, Ti, Zr, Nb, B, Mg, Mo At least one element selected from: 0 ≦ a ≦ 0.3, 0.1 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 0.5, 0 ≦ z ≦ 0.9, 0 ≦ b ≦ 0.01, a + b + x + y + z = 1) When the lithium transition metal composite oxide represented by 1) is used as the positive electrode active material, the carbon material as the negative electrode active material has high charge / discharge efficiency (the negative electrode has a small irreversible capacity), Because the charge / discharge efficiency of the positive electrode is low, at the end of discharge, the negative electrode can still release lithium ions, but the positive electrode is difficult to take in lithium ions, and the internal resistance of the positive electrode increases. . At the end of the discharge, since the positive electrode discharge is progressing, the charge depth of the positive electrode is in a low region. Thus, when a region where the charge depth of the positive electrode is low is used during discharge, the IV resistance of the battery is high. Problem arises.
For this reason, by increasing the capacity of the negative electrode, the irreversible capacity of the negative electrode with respect to the positive electrode capacity is increased, and the amount of lithium ions that can return from the negative electrode to the positive electrode during discharge is reduced, thereby increasing the internal resistance of the positive electrode. It is conceivable that the increase in the internal resistance of the positive electrode can be mitigated by making it impossible to discharge the positive electrode up to the charging depth. However, in this case, since the negative electrode active material mixture layer becomes too thick, there is a problem that output characteristics are deteriorated.
なお、上記特許文献1には、負極表面にルチル型のチタ二アを含む被覆層を設けることにより、高温におけるサイクル特性及び保存特性に優れた非水電解質二次電池となることが開示されている。しかしながら、上記特許文献1には正極における単位面積当たりの初期充電容量の記載はなく、低い充電深度におけるIV抵抗値の増大を示唆する記載もない。 Patent Document 1 discloses that a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent cycle characteristics and storage characteristics at high temperatures can be obtained by providing a coating layer containing rutile-type titania on the negative electrode surface. Yes. However, Patent Document 1 does not describe the initial charge capacity per unit area of the positive electrode, and does not suggest an increase in IV resistance value at a low charge depth.
また、上記特許文献2には、負極中にTiO2を含有することによりイオンの拡散性を向上させることにより、高い入出力密度とサイクル特性に優れた非水電解質二次電池となることが開示されている。しかしながら、上記特許文献2には負極表面に酸化チタンを含む被覆層を形成することに関する記載はない。また、正極における単位面積当たりの初期充電容量の記載はなく、低い充電深度におけるIV抵抗値の増大を示唆する記載もない。 Patent Document 2 discloses that a non-aqueous electrolyte secondary battery excellent in high input / output density and cycle characteristics is obtained by improving the ion diffusibility by containing TiO 2 in the negative electrode. Has been. However, Patent Document 2 does not describe the formation of a coating layer containing titanium oxide on the negative electrode surface. Further, there is no description of the initial charge capacity per unit area in the positive electrode, and there is no description that suggests an increase in IV resistance value at a low charge depth.
発明者は、上記のような非水電解質二次電池における低い充電深度でのIV抵抗値の増大を抑制すべく種々検討を重ねた結果、正極活物質としてリチウムイオンの吸蔵・放出が可能なLi1+aNixCoyMnzMbO2(M=Al、Ti、Zr、Nb、B、Mg、Moから選択される少なくとも一種の元素、0≦a≦0.3、0.1≦x≦1、0≦y≦0.5、0≦z≦0.9、0≦b≦0.01、a+b+x+y+z=1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極を用い、前記正極の単位面積当たりの初期充電容量が40mAh/10cm2以下であり、負極の表面に酸化チタンを含む絶縁性の被覆層を形成することにより、正極の放電末期における内部抵抗が高くなる領域を使用しないですむことを見出した。 The inventor has made various studies to suppress an increase in IV resistance value at a low charging depth in the nonaqueous electrolyte secondary battery as described above, and as a result, Li is capable of inserting and extracting lithium ions as a positive electrode active material. 1 + a Ni x Co y Mn z M b O 2 (M = at least one element selected from Al, Ti, Zr, Nb, B, Mg, Mo, 0 ≦ a ≦ 0.3, 0.1 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 0.5, 0 ≦ z ≦ 0.9, 0 ≦ b ≦ 0.01, a + b + x + y + z = 1) The initial charge capacity per area is 40 mAh / 10 cm 2 or less, and by forming an insulating coating layer containing titanium oxide on the surface of the negative electrode, it is not necessary to use a region where the internal resistance at the end of discharge of the positive electrode is high I found out.
本願発明によれば、大電流で充放電を行っても、充放電可能な充電深度領域内ではIV抵抗値を低い一定値に維持することが可能となり、負荷特性及び出力回生特性に優れた電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)等に最適な非水電解質二次電池を得ることができる。 According to the present invention, even when charging / discharging with a large current, it is possible to maintain the IV resistance value at a low constant value within a charge depth region where charging / discharging is possible, and the electric characteristics are excellent in load characteristics and output regeneration characteristics. A non-aqueous electrolyte secondary battery optimal for automobiles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), and the like can be obtained.
上記目的を達成するため、本発明の非水電解質二次電池は、正極活物質としてリチウムイオンの吸蔵・放出が可能なLi1+aNixCoyMnzMbO2(M=Al、Ti、Zr、Nb、B、Mg、Moから選択される少なくとも一種の元素、0≦a≦0.3、0.1≦x≦1、0≦y≦0.5、0≦z≦0.9、0≦b≦0.01、a+b+x+y+z=1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極と、負極活物質を含む負極と、非水電解質と、前記正負極の間に介装されたセパレータと、を有する非水電解質二次電池において、前記正極の単位面積当たりの初期充電容量が40mAh/10cm2以下であり、前記負極の表面には酸化チタンを含む絶縁性の被覆層が形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is Li 1 + a Ni x Co y Mn z M b O 2 (M = Al, Ti, capable of occluding and releasing lithium ions as a positive electrode active material. At least one element selected from Zr, Nb, B, Mg, Mo, 0 ≦ a ≦ 0.3, 0.1 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 0.5, 0 ≦ z ≦ 0.9, 0 ≦ b ≦ 0.01, a + b + x + y + z = 1), a positive electrode including a lithium transition metal composite oxide, a negative electrode including a negative electrode active material, a non-aqueous electrolyte, and the positive and negative electrodes. In the non-aqueous electrolyte secondary battery having a separator, the initial charge capacity per unit area of the positive electrode is 40 mAh / 10 cm 2 or less, and an insulating coating layer containing titanium oxide is formed on the surface of the negative electrode. It is characterized by.
本発明の非水電解質二次電池では、正極活物質としてリチウムイオンの吸蔵・放出が可能なLi1+aNixCoyMnzMbO2(M=Al、Ti、Zr、Nb、B、Mg、Moから選択される少なくとも一種の元素、0≦a≦0.3、0.1≦x≦1、0≦y≦0.5、0≦z≦0.9、0≦b≦0.01、a+b+x+y+z=1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を用いる。
このような正極活物質は、出力回生特性に優れるため、EV用ないしHEV用電池として最適な特性を有する非水電解質二次電池が得られる。しかし、前述したようにこのような正極活物質は、初期充放電効率が低く、このような正極活物質を用いた非水電解質二次電池の放電カーブは、LiCoO2、LiMn2O4等のような初期充放電効率の高い正極活物質を用いた非水電解質二次電池の場合と比較すると、放電末期の内部抵抗が徐々に高くなるため、電池の出力電圧が比較的穏やかに低下する性質がある。
In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, Li 1 + a Ni x Co y Mn z M b O 2 (M = Al, Ti, Zr, Nb, B, Mg, which can occlude / release lithium ions as a positive electrode active material) At least one element selected from Mo, 0 ≦ a ≦ 0.3, 0.1 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 0.5, 0 ≦ z ≦ 0.9, 0 ≦ b ≦ 0.01 , A + b + x + y + z = 1) is used.
Since such a positive electrode active material is excellent in output regeneration characteristics, a nonaqueous electrolyte secondary battery having optimal characteristics as a battery for EV or HEV can be obtained. However, as described above, such a positive electrode active material has low initial charge and discharge efficiency, and the discharge curve of a nonaqueous electrolyte secondary battery using such a positive electrode active material is LiCoO 2 , LiMn 2 O 4, or the like. Compared to the case of a non-aqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material with high initial charge / discharge efficiency, the internal resistance at the end of discharge gradually increases, so the output voltage of the battery decreases relatively gently. There is.
また、本発明の非水電解質二次電池では、正極の単位面積当たりの初期充電容量が40mAh/10cm2以下であり、負極の表面に酸化チタンを含む絶縁性の被覆層が形成される。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the initial charge capacity per unit area of the positive electrode is 40 mAh / 10 cm 2 or less, and an insulating coating layer containing titanium oxide is formed on the surface of the negative electrode.
上記構成によると、負極の表面に酸化チタンを含む絶縁性の被覆層が存在することにより、充電時に酸化チタンがわずかにリチウムイオンと反応する。この酸化チタンとリチウムイオンの反応生成物は、放電反応に関与しないため、負極には、この酸化チタンの反応に起因する不可逆容量が発生する。この酸化チタン、及び酸化チタンとリチウムイオンの反応生成物は絶縁性である。初回充電時には、酸化チタンは、負極表面で電子導伝性を有する活物質層と接している部分に位置するもののみ電子を受け取りリチウムイオンと反応する。このため、この酸化チタンの反応に起因する不可逆容量は、酸化チタンの厚みには関わらず、負極の単位面積あたりでほぼ一定の量となる。
したがって、負極活物質合剤層の厚みを増やして負極の不可逆容量を増やすよりも、効率的、且つ正確に負極側の不可逆容量を大きくすることができ、放電末期において正極の内部抵抗が高い領域が使用されず、低い充電深度から高い充電深度までIV抵抗値を低い一定値に維持することができことが可能となる。
According to the above configuration, the presence of the insulating coating layer containing titanium oxide on the surface of the negative electrode causes the titanium oxide to slightly react with lithium ions during charging. Since the reaction product of titanium oxide and lithium ions does not participate in the discharge reaction, an irreversible capacity is generated at the negative electrode due to the reaction of titanium oxide. This titanium oxide and the reaction product of titanium oxide and lithium ions are insulative. At the time of initial charging, titanium oxide receives electrons and reacts with lithium ions only in the portion located on the negative electrode surface in contact with the active material layer having electron conductivity. For this reason, the irreversible capacity resulting from the reaction of the titanium oxide becomes a substantially constant amount per unit area of the negative electrode regardless of the thickness of the titanium oxide.
Therefore, it is possible to increase the irreversible capacity on the negative electrode side more efficiently and accurately than increasing the thickness of the negative electrode active material mixture layer to increase the irreversible capacity of the negative electrode, and the area where the internal resistance of the positive electrode is high at the end of discharge. Is not used, and the IV resistance value can be maintained at a low constant value from a low charging depth to a high charging depth.
また、単に負極の活物質合剤層の量によって負極の不可逆容量を調整した場合には、負極の活物質合剤層の量をより多くする必要があり、負極の厚みが厚くなるため、設計上の制約から容量が低下するとともに、出力特性が低下する。更に、高温保存時の負極表面でのSEI成長の比率が負極の量が増えることにより高くなるため、保存時の容量劣化が大きくなる。 In addition, when the irreversible capacity of the negative electrode is simply adjusted by the amount of the active material mixture layer of the negative electrode, it is necessary to increase the amount of the active material mixture layer of the negative electrode, and the thickness of the negative electrode is increased. The capacity is reduced due to the above restrictions, and the output characteristics are also lowered. Furthermore, since the ratio of SEI growth on the negative electrode surface during high-temperature storage increases as the amount of the negative electrode increases, capacity deterioration during storage increases.
ここで、正極の単位面積当たりの充電容量が大きく、電極面積が小さい場合には、正極の単位面積当たりの充電容量に対して負極表面に形成された被覆層に含まれる酸化チタンによる不可逆容量の比率が小さくなる。この場合、放電末期において正極の内部抵抗が高くなる領域が使用されるため、低い充電深度ではIV抵抗値が比較的高くなる。したがって、本願発明の効果を得るためには、正極の単位面積当たりの初期充電容量を40mAh/10cm2以下とする必要がある。 Here, when the charge capacity per unit area of the positive electrode is large and the electrode area is small, the irreversible capacity due to titanium oxide contained in the coating layer formed on the negative electrode surface with respect to the charge capacity per unit area of the positive electrode The ratio becomes smaller. In this case, since the region where the internal resistance of the positive electrode becomes high at the end of discharge is used, the IV resistance value becomes relatively high at a low charging depth. Therefore, in order to obtain the effect of the present invention, the initial charge capacity per unit area of the positive electrode needs to be 40 mAh / 10 cm 2 or less.
また、本発明において正極の単位面積当たりの初期充電容量を、10mAh/10cm2以上とすると電池容量を充分に大きくすることができる。したがって、正極の単位面積当たりの初期充電容量は、10mAh/10cm2以上とするとことが好ましい。 In the present invention, when the initial charge capacity per unit area of the positive electrode is 10 mAh / 10 cm 2 or more, the battery capacity can be sufficiently increased. Therefore, the initial charge capacity per unit area of the positive electrode is preferably 10 mAh / 10 cm 2 or more.
また、本発明の非水電解質二次電池では、正極に含まれる全ての正極活物質に対して前記出力回生特性が優れ、放電末期に内部抵抗が増大するLi1+aNixCoyMnzMbO2からなる正極活物質の占める割合が、20質量%以上であれば本発明の効果が得られると考えられる。50質量%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましい。 Further, in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the output regenerative properties superior to all of the positive electrode active material contained in the positive electrode, the internal resistance increases as the end of discharge Li 1 + a Ni x Co y Mn z M b It is considered that the effect of the present invention can be obtained when the proportion of the positive electrode active material made of O 2 is 20% by mass or more. The content is preferably 50% by mass or more, and more preferably 70% or more.
また、本発明の非水電解質二次電池では、負極表面に酸化チタンを含む絶縁性の被覆層を形成しない場合の完成電池の不可逆容量(正極の初期充電容量と完成電池の初期放電容量の差(正極の初期充電容量−完成電池の初期放電容量))を、正極の初期充電容量の30%以下とすることが好ましい。ここで、正極の初期充電容量は、完成した電池に含まれる正極全体の初期充電容量である。また、完成電池の初期放電容量は、負極表面に酸化チタンを含む絶縁性の被覆層を設けていない負極を用いて作製した完成電池の初期放電容量である。 In addition, in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the irreversible capacity of the completed battery when the insulating coating layer containing titanium oxide is not formed on the negative electrode surface (the difference between the initial charge capacity of the positive electrode and the initial discharge capacity of the completed battery). It is preferable that (the initial charge capacity of the positive electrode−the initial discharge capacity of the finished battery) be 30% or less of the initial charge capacity of the positive electrode. Here, the initial charge capacity of the positive electrode is the initial charge capacity of the entire positive electrode included in the completed battery. The initial discharge capacity of the completed battery is the initial discharge capacity of the completed battery manufactured using a negative electrode in which an insulating coating layer containing titanium oxide is not provided on the negative electrode surface.
負極表面に酸化チタンを含む絶縁性の被覆層を形成しない場合の完成電池の不可逆容量(正極の初期充電容量−完成電池の放電容量)が、正極の初期充電容量の30%より大きい場合には、負極の不可逆容量に対する酸化チタンによる不可逆容量の比率が低下し、低い充電深度でのIV抵抗値の上昇抑制効果が低減してしまうと同時に電池の充放電可能な容量が小さくなるため、好ましくない。 When the irreversible capacity (the initial charge capacity of the positive electrode−the discharge capacity of the completed battery) of the completed battery when the insulating coating layer containing titanium oxide is not formed on the negative electrode surface is greater than 30% of the initial charge capacity of the positive electrode The ratio of the irreversible capacity of titanium oxide to the irreversible capacity of the negative electrode is decreased, and the effect of suppressing the increase of the IV resistance value at a low charging depth is reduced, and at the same time, the capacity of the battery that can be charged and discharged is decreased, which is not preferable .
上記の負極表面に酸化チタンを含む絶縁性の被覆層を形成しない場合の完成電池の不可逆容量は、負極の不可逆容量を変化させることにより制御できる。
負極表面に酸化チタンを含む絶縁性の被覆層を形成しない場合の完成電池の不可逆容量を大きくするためには、例えば、正極活物質の量に対して負極活物質の量を多くする、あるいは不可逆容量の大きな活物質を用いることができる。また、負極表面に酸化チタンを含む絶縁性の被覆層を形成しない場合の完成電池の不可逆容量を小さくするためには、例えば、正極活物質の量に対して負極活物質の量を少なくする、あるいは不可逆容量の小さな負極活物質を用いることができる。
負極活物質の不可逆容量は、結晶性や比表面積を変化させることにより制御できる。
一般的に、結晶性が低い、あるいは比表面積が大きい場合、不可逆容量が大きくなる傾向がある。
When the insulating coating layer containing titanium oxide is not formed on the negative electrode surface, the irreversible capacity of the completed battery can be controlled by changing the irreversible capacity of the negative electrode.
In order to increase the irreversible capacity of the completed battery when the insulating coating layer containing titanium oxide is not formed on the surface of the negative electrode, for example, the amount of the negative electrode active material is increased relative to the amount of the positive electrode active material, or irreversible. A large-capacity active material can be used. Further, in order to reduce the irreversible capacity of the finished battery when the insulating coating layer containing titanium oxide is not formed on the negative electrode surface, for example, the amount of the negative electrode active material is decreased with respect to the amount of the positive electrode active material. Alternatively, a negative electrode active material having a small irreversible capacity can be used.
The irreversible capacity of the negative electrode active material can be controlled by changing the crystallinity and specific surface area.
Generally, when the crystallinity is low or the specific surface area is large, the irreversible capacity tends to increase.
また、本発明の非水電解質二次電池では、負極表面に形成される被覆層が、酸化チタンとバインダーからなる層であることが好ましい。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the coating layer formed on the negative electrode surface is preferably a layer made of titanium oxide and a binder.
上記構成によると、絶縁性を有する酸化チタンとバインダーからなる層が負極表面に形成されているため、セパレータが破損した場合であっても、内部短絡の発生を防止することができる。 According to the said structure, since the layer which consists of an insulating titanium oxide and a binder is formed in the negative electrode surface, generation | occurrence | production of an internal short circuit can be prevented even if it is a case where a separator is damaged.
負極表面に設ける被覆層中における酸化チタンが占める割合は、前記被覆層の総質量に対して95〜99質量%であることが好ましい。 The proportion of titanium oxide in the coating layer provided on the negative electrode surface is preferably 95 to 99% by mass with respect to the total mass of the coating layer.
また、酸化チタンの種類としてはルチル化率が80〜99.5%であることが好ましい。ここで、ルチル化率とは、X線回折測定を行い、ルチル型結晶酸化チタンの最強回折線(面指数110)のピーク面積(Ir)と、アナターゼ型結晶酸化チタンの最強回折線(面指数101)のピーク面積(Ia)を求め、次式(1)により算出されるものであり、酸化チタンにおけるルチル型とアナターゼ型の結晶構造の比率を示す指標である。
ルチル化率(重量%)= 100−100/(1+1.2×Ir/Ia) (1)
Moreover, as a kind of titanium oxide, it is preferable that a rutile degree is 80 to 99.5%. Here, the rutile ratio is measured by X-ray diffraction measurement, and the peak area (Ir) of the strongest diffraction line (surface index 110) of rutile crystal titanium oxide and the strongest diffraction line (surface index) of anatase crystal titanium oxide. The peak area (Ia) of (101) is calculated by the following formula (1), and is an index indicating the ratio of the rutile and anatase type crystal structures in titanium oxide.
Rutile ratio (% by weight) = 100-100 / (1 + 1.2 × Ir / Ia) (1)
ルチル化率が99.5%よりも高いと酸化チタンの不可逆容量が小さくなりすぎるため、低い充電深度でのIV抵抗値の上昇抑制効果が小さくなる。ルチル化率が80%よりも低いと酸化チタンの不可逆容量が大きくなりすぎるため、非水電解質二次電池の容量が小さくなってしまうため好ましくない。 If the rutile ratio is higher than 99.5%, the irreversible capacity of titanium oxide becomes too small, so that the effect of suppressing the increase of the IV resistance value at a low charging depth becomes small. If the rutile ratio is lower than 80%, the irreversible capacity of titanium oxide becomes too large, and therefore the capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery becomes small.
また、酸化チタンの平均粒子径は0.1μm〜1.0μmであることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the average particle diameter of a titanium oxide is 0.1 micrometer-1.0 micrometer.
酸化チタンの平均粒子径が0.1μmよりも小さいと、嵩高くなり粉黛の取り扱いが難しくなり、1.0μmより大きいと負極の活物質表面を酸化チタンとバインダーからなる層により均一に被覆することが難しくなるため好ましくない。 When the average particle diameter of titanium oxide is smaller than 0.1 μm, it becomes bulky and handling of the powder cake becomes difficult, and when it is larger than 1.0 μm, the active material surface of the negative electrode is uniformly coated with a layer composed of titanium oxide and a binder. Is not preferable because it becomes difficult.
バインダーとしては、アクリルニトリル構造を含む共重合体、ポリイミト゛樹脂、スチレンブタジエンゴムラテックス(SBR)、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、テトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)、カルボキシメチルセルロース(CMC)などを使用することができる。 Binders include copolymers containing acrylonitrile structures, polyimide resins, styrene butadiene rubber latex (SBR), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene resin (PTFE). Carboxymethyl cellulose (CMC) and the like can be used.
また、本発明の非水電解質二次電池では、酸化チタンを含む絶縁性の被覆層の厚みが、1μm〜5μmであることが好ましい。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, it is preferable that the thickness of the insulating coating layer containing titanium oxide is 1 μm to 5 μm.
酸化チタンを含む絶縁性の被覆層の厚みが、5μmを超える場合は表面層が厚すぎるために出力特性が低下し、設計上の制約から電池容量が低下してしまうため好ましくない。 When the thickness of the insulating coating layer containing titanium oxide exceeds 5 μm, the surface layer is too thick, the output characteristics are lowered, and the battery capacity is lowered due to the design restrictions, which is not preferable.
また、本発明の非水電解質二次電池では、負極の充填密度が1.0g/cc〜1.4g/ccであることが好ましい。ここで、負極の充填密度とは、負極活物質合剤層の充填密度である。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, it is preferable that the filling density of the negative electrode is 1.0 g / cc to 1.4 g / cc. Here, the packing density of the negative electrode is the packing density of the negative electrode active material mixture layer.
負極の充填密度が1.0g/cc未満の場合は設計上の制約から電池容量が低下してしまうため好ましくない。1.4g/ccを超える場合は、塗布部の集電体が変形し、塗布部と未塗布部の境でタワミが発生する虞があるため好ましくない。 A negative electrode packing density of less than 1.0 g / cc is not preferable because the battery capacity is reduced due to design constraints. When it exceeds 1.4 g / cc, the current collector of the application part is deformed, and there is a possibility of causing wrinkles at the boundary between the application part and the non-application part.
また、本発明の非水電解質二次電池においては、前記正極活物質がLi1+aNixCoyMnzMbO2(M=Zr、0≦a≦0.15、0.25≦x≦0.45、0.25≦y≦0.45、0.25≦z≦0.35、0≦b≦0.01、a+b+x+y+z=1)であることが好ましい。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the positive electrode active material is Li 1 + a Ni x Co y Mn z M b O 2 (M = Zr, 0 ≦ a ≦ 0.15, 0.25 ≦ x ≦ 0.45, 0.25 ≦ y ≦ 0.45, 0.25 ≦ z ≦ 0.35, 0 ≦ b ≦ 0.01, and a + b + x + y + z = 1).
正極活物質としてLi1+aNixCoyMnzMbO2(M=Zr、0≦a≦0.15、0.25≦x≦0.45、0.25≦y≦0.45、0.25≦z≦0.35、0≦b≦0.01、a+b+x+y+z=1)を用いると、本発明の効果が顕著に現れ、電池特性も非常に良好となる。 Li 1 + a Ni x Co y Mn z M b O 2 (M = Zr, 0 ≦ a ≦ 0.15, 0.25 ≦ x ≦ 0.45, 0.25 ≦ y ≦ 0.45, 0 When .25 ≦ z ≦ 0.35, 0 ≦ b ≦ 0.01, a + b + x + y + z = 1), the effects of the present invention are remarkably exhibited and the battery characteristics are also very good.
また、本発明の非水電解質二次電池では、電極体の一方の端部に正極芯体露出部が形成され、他方の端部に負極芯体露出部が形成され、前記正極芯体露出部及び負極芯体露出部にそれぞれ取り付けられた集電体によって正極端子及び負極端子に接続された構造とすることが好ましい。すなわち、巻回型電極体の場合、長尺状の正極板及び負極板の長手方向に芯体露出部が存在し、前記正極芯体露出部及び前記負極芯体露出部がそれぞれ電極体の端部となるように前記正極板及び前記負極板がセパレータを介して巻回され、前記正極及び前記負極の前記芯体露出部のそれぞれに集電体が取り付けられ、正極端子及び負極端子に接続される。また、積層型電極体の場合、正極板及び負極板のそれぞれの一方の端部に芯体露出部を有し、前記正極芯体露出部及び前記負極芯体露出部がそれぞれ電極体の端部となるように前記正極板及び前記負極板がセパレータを介して交互に積層され、前記正極芯体露出部及び前記負極芯体露出部に集電体が取り付けられ、正極端子及び負極端子に接続される。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a positive electrode core exposed portion is formed at one end of the electrode body, a negative electrode core exposed portion is formed at the other end, and the positive electrode core exposed portion It is preferable that the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are connected to each other by current collectors attached to the negative electrode core exposed portions. That is, in the case of a wound electrode body, a core body exposed portion exists in the longitudinal direction of the elongated positive electrode plate and negative electrode plate, and the positive electrode core body exposed portion and the negative electrode core body exposed portion are respectively the ends of the electrode body. The positive electrode plate and the negative electrode plate are wound through a separator so as to be a part, and a current collector is attached to each of the core exposed parts of the positive electrode and the negative electrode, and is connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal. The In the case of a laminated electrode body, the positive electrode plate and the negative electrode plate each have a core exposed portion at one end, and the positive electrode core exposed portion and the negative electrode core exposed portion are the end portions of the electrode body, respectively. The positive electrode plate and the negative electrode plate are alternately stacked via a separator so that a current collector is attached to the positive electrode core exposed portion and the negative electrode core exposed portion, and is connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal. The
電極体の端部のそれぞれに正極芯体露出部及び負極芯体露出部が存在せず、正極芯体及び負極芯体に取り付けられた正極タブ及び負極タブによって電流を取り出す構成のものであると、正極タブないし負極タブと正極芯体ないし負極芯体との接触面積を大きくできないためにこの部分の接触抵抗が大きくなるので、数十Aもの大電流を流すと発熱して薄い正極芯体ないし負極芯体が溶融してしまうことがある。 The positive electrode core exposed portion and the negative electrode core exposed portion do not exist at each of the end portions of the electrode body, and the current is taken out by the positive electrode tab and the negative electrode tab attached to the positive electrode core and the negative electrode core body. Since the contact area between the positive electrode tab or the negative electrode tab and the positive electrode core or the negative electrode core cannot be increased, the contact resistance of this portion is increased. The negative electrode core may melt.
これに対し、上記の構成によれば、電極体の一方の端部に正極芯体露出部が形成され、他方の端部に負極芯体露出部が形成され、前記正極芯体露出部及び負極芯体露出部にそれぞれ取り付けられた集電体によって正極端子及び負極端子に接続された構造を有する。したがって、正極芯体及び負極芯体と集電体との間の接触抵抗が低くなり、容易に60A以上もの大電流で充放電を行うことができるようになる。加えて、本発明の非水電解質二次電池によれば、正極活物質の組成及び負極の初期充放電効率が上述のように限定されているため、特に60A以上もの大電流での充放電を行った際にも低い充電深度においてIV抵抗値が高くなることを顕著に抑制でき、出力特性が低下せず、EV用、HEV用等に最適な非水電解質二次電池となる。 On the other hand, according to the above configuration, the positive electrode core exposed portion is formed at one end of the electrode body, the negative electrode core exposed portion is formed at the other end, and the positive electrode core exposed portion and the negative electrode It has a structure connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal by current collectors attached to the core body exposed portions. Therefore, the contact resistance between the positive electrode core body and the negative electrode core body and the current collector is reduced, and charging and discharging can be easily performed with a large current of 60 A or more. In addition, according to the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the composition of the positive electrode active material and the initial charge / discharge efficiency of the negative electrode are limited as described above. Even when performed, it is possible to remarkably suppress an increase in the IV resistance value at a low charging depth, the output characteristics are not deteriorated, and the non-aqueous electrolyte secondary battery is optimal for EV use, HEV use, and the like.
本発明においては、非水溶媒系電解質を構成する非水溶媒(有機溶媒)としては、非水電解質二次電池において一般的に使用されているカーボネート類、ラクトン類、エーテル類、エステル類などを使用することができ、これら溶媒の2種類以上を混合して用いることもできる。これらの中ではカーボネート類、ラクトン類、エーテル類、ケトン類、エステル類などが好ましく、カーボネート類がさらに好適に用いられる。 In the present invention, as the non-aqueous solvent (organic solvent) constituting the non-aqueous solvent-based electrolyte, carbonates, lactones, ethers, esters and the like generally used in non-aqueous electrolyte secondary batteries are used. Two or more of these solvents can be mixed and used. Among these, carbonates, lactones, ethers, ketones, esters and the like are preferable, and carbonates are more preferably used.
具体例としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、1,2−シクロヘキシルカーボネート(CHC)、シクロペンタノン、スルホラン、3−メチルスルホラン、2,4−ジメチルスルホラン、3−メチル−1,3オキサゾリジン−2−オン、ジメチルカーボネート(DMC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、エチルブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、酢酸エチル、1,4−ジオキサンなどを挙げることができる。 Specific examples include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, butylene carbonate, fluoroethylene carbonate (FEC), 1,2-cyclohexyl carbonate (CHC), cyclopentanone, sulfolane, 3-methylsulfolane, 2,4-dimethyl. Sulfolane, 3-methyl-1,3-oxazolidine-2-one, dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC), diethyl carbonate (DEC), methyl propyl carbonate, methyl butyl carbonate, ethyl propyl carbonate, ethyl butyl carbonate, Dipropyl carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxola , Methyl acetate, ethyl acetate, 1,4-dioxane and the like.
本発明では充放電効率を高める点からECとDMC、MEC、DEC等の鎖状カーボネート等の混合溶媒が好適に用いられるが、MECのような非対称鎖状カーボネートが好ましい。また、ビニレンカーボネート(VC)などの不飽和環状炭酸エステルを非水電解質に添加することもできる。 In the present invention, a mixed solvent such as EC and a chain carbonate such as DMC, MEC, and DEC is preferably used from the viewpoint of increasing the charge / discharge efficiency, but an asymmetric chain carbonate such as MEC is preferable. Moreover, unsaturated cyclic carbonates such as vinylene carbonate (VC) can also be added to the nonaqueous electrolyte.
なお、本発明における非水電解質の溶質としては、非水電解質二次電池において一般に溶質として用いられるリチウム塩を用いることができる。このようなリチウム塩としては、LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、LiAsF6、LiClO4、Li2B10Cl10、Li2B12Cl12、LiB(C2O4)2、LiB(C2O4)F2、LiP(C2O4)3、LiP(C2O4)2F2、LiP(C2O4)F4など及びそれらの混合物が例示される。これらの中でも、LiPF6(ヘキサフルオロリン酸リチウム)が好ましく用いられる。前記非水溶媒に対する溶質の溶解量は、0.5〜2.0mol/Lとするのが好ましい。 In addition, as a solute of the nonaqueous electrolyte in the present invention, a lithium salt generally used as a solute in a nonaqueous electrolyte secondary battery can be used. Such lithium salts include LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3 , LiAsF 6 , LiClO 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , Li 2 B 12 Cl 12 , LiB (C 2 O 4) 2, LiB (C 2 O 4) F 2, LiP (C 2 O 4) 3, LiP (C 2 O 4) 2 F 2, LiP (C 2 O 4) F 4 , etc., and mixtures thereof examples Is done. Among these, LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) is preferably used. The amount of solute dissolved in the non-aqueous solvent is preferably 0.5 to 2.0 mol / L.
以下、本願発明を各種実施例及び比較例を用いて詳細に説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための非水電解質二次電池の例を示すものであって、本発明をこの実施例に特定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。 Hereinafter, the present invention will be described in detail using various examples and comparative examples. However, the following examples show examples of non-aqueous electrolyte secondary batteries for embodying the technical idea of the present invention, and are not intended to specify the present invention to these examples. The present invention can be equally applied to various modifications without departing from the technical idea shown in the claims.
[実施例1及び比較例1]
最初に、実施例1及び比較例1のそれぞれの負極板の製造方法について述べ、次いで、実施例1及び比較例1に共通する非水電解質二次電池の具体的製造方法及びIV抵抗の測定方法等について説明する。
[Example 1 and Comparative Example 1]
First, a method for manufacturing each negative electrode plate of Example 1 and Comparative Example 1 will be described, and then a specific method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery common to Example 1 and Comparative Example 1 and a method for measuring IV resistance Etc. will be described.
[負極板の作製]
実施例1及び比較例1の負極活物質は次のようにして作製した。X線回折法による面間隔d002が3.36Åの天然黒鉛を機械的に球状処理した後、ピッチを黒鉛粉末95質量%に対して5質量%となるように被覆及び含浸し、不活性雰囲気下で1000℃にて10時間焼成した。また、得られた球状化低結晶性炭素被覆天然黒鉛にX線回折法による面間隔d002が3.39Åの炭素粉末を球状化低結晶性炭素被覆天然黒鉛93質量%に対して7質量%混合することにより負極活物質とした。得られた負極活物質の平均粒径は11.7μmであり、BET比表面積は7.2m2/gであった。
[Production of negative electrode plate]
The negative electrode active materials of Example 1 and Comparative Example 1 were prepared as follows. After natural spherical processing of natural graphite having an interplanar spacing d002 of 3.36 mm by X-ray diffraction method, the pitch is coated and impregnated so as to be 5% by mass with respect to 95% by mass of the graphite powder. And baked at 1000 ° C. for 10 hours. In addition, carbon powder having an interplanar spacing d002 of 3.39 mm by X-ray diffractometry was mixed with the obtained spheroidized low crystalline carbon-coated natural graphite at 7% by mass with respect to 93% by mass of the spheroidized low crystalline carbon-coated natural graphite. Thus, a negative electrode active material was obtained. The average particle diameter of the obtained negative electrode active material was 11.7 μm, and the BET specific surface area was 7.2 m 2 / g.
以上のようにして得られた負極活物質と、結着剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とスチレンブタジエンゴムラテックス(SBR)を質量比で98:1:1の割合で水とともに混練して負極活物質合剤スラリーを作製した。次いで、作製した負極活物質合剤スラリーを負極芯体としての帯状の銅箔(厚さが8μm)の両面に塗布した後、乾燥させて負極活物質合剤層を形成した。その後、圧延ローラーを用いて充填密度が1.1g/ccになるまで圧延した。 The negative electrode active material obtained as described above, carboxymethyl cellulose (CMC) as a binder and styrene butadiene rubber latex (SBR) are kneaded together with water at a mass ratio of 98: 1: 1. A material mixture slurry was prepared. Next, the prepared negative electrode active material mixture slurry was applied on both sides of a strip-shaped copper foil (thickness: 8 μm) as a negative electrode core, and then dried to form a negative electrode active material mixture layer. Then, it rolled until the filling density became 1.1 g / cc using the rolling roller.
次に、純度99.9%、ルチル化率99.1%、平均粒子径0.25μmの酸化チタン(TiO2)と、バインダーとしてアクリルニトリル構造を含む共重合体と、溶剤としてN−メチルピロリドン(NMP)を重量比で30:0.9:69.1となるように混合し、ビーズミルにて混合分散処理を施し、スラリーを作製した。次いで、上記の方法により作製した負極板の一方の面の負極活物質合剤層表面の全面に、グラビアコート法を用いてスラリーを塗布した後、溶剤を乾燥除去して、負極表面に酸化チタンとバインダーからなる層を形成した。同様の方法により、もう一方の面の負極活物質合剤層表面の全面にも酸化チタンとバインダーからなる層を形成した。その後、所定寸法に切断して、実施例1の負極板を作製した。なお、上記酸化チタンとバインダーからなる層の厚みは2μmとした。 Next, titanium oxide (TiO 2 ) having a purity of 99.9%, a rutile ratio of 99.1%, and an average particle size of 0.25 μm, a copolymer containing an acrylonitrile structure as a binder, and N-methylpyrrolidone as a solvent (NMP) was mixed at a weight ratio of 30: 0.9: 69.1 and mixed and dispersed by a bead mill to prepare a slurry. Next, a slurry is applied to the entire surface of the negative electrode active material mixture layer surface on one side of the negative electrode plate prepared by the above method using a gravure coating method, and then the solvent is dried and removed, and titanium oxide is applied to the negative electrode surface. And a binder layer was formed. By the same method, a layer composed of titanium oxide and a binder was also formed on the entire surface of the negative electrode active material mixture layer on the other side. Then, it cut | disconnected to the predetermined dimension and produced the negative electrode plate of Example 1. FIG. The thickness of the titanium oxide and binder layer was 2 μm.
また、TiO2の代わりに純度99.99%、平均粒子径0.64μmの酸化アルミニウム(Al2O3)を用い、バインダーとしてアクリルニトリル構造を含む共重合体と、溶剤としてNMPを重量比で30:0.9:69.1となるように混合し、ビーズミルにて混合分散処理を施し、スラリーを作製した。次いで、実施例1と同様の方法で、負極板の両面の負極活物質合剤層表面に、酸化アルミニウムとバインダーからなる層を形成した。その後、所定寸法に切断して、比較例1の負極板を作製した。なお、上記酸化アルミニウムとバインダーからなる層の厚みは2μmとした。 In addition, instead of TiO 2 , aluminum oxide (Al 2 O 3 ) having a purity of 99.99% and an average particle diameter of 0.64 μm is used, and a copolymer containing an acrylonitrile structure as a binder and NMP as a solvent in a weight ratio. 30: 0.9: 69.1 The mixture was mixed and subjected to a mixing and dispersing treatment with a bead mill to prepare a slurry. Next, a layer made of aluminum oxide and a binder was formed on the surfaces of the negative electrode active material mixture layers on both sides of the negative electrode plate in the same manner as in Example 1. Then, it cut | disconnected to the predetermined dimension and produced the negative electrode plate of the comparative example 1. The thickness of the aluminum oxide and binder layer was 2 μm.
[正極板の作製]
Li2CO3と(Ni0.35Co0.35Mn0.3)3O4とZrO2を、Liと(Ni0.35Co0.35Mn0.3)とZrとのモル比が1.07:0.925:0.005となるように混合した。この混合物を空気雰囲気中にて900℃で20時間焼成し、平均粒子径が9.5μmのLi1.07(Ni0.35Co0.35Mn0.3)0.925Zr0.005O2で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を得て、正極活物質とした。以上のようにして得られた正極活物質と、導電剤としての炭素材料と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、質量比で88:9:3となるように、NMPに添加して混練し、正極活物質合剤スラリーを作製した。作製した正極活物質合剤スラリーを正極芯体としての帯状のアルミニウム箔(厚さ12μm)の両面に塗布した後、乾燥させて正極活物質合剤層を形成した。その後、圧延ロールを用いて所定の充填密度になるまで圧延し、所定寸法に切断して正極板を作製した。
[Production of positive electrode plate]
Li 2 CO 3 , (Ni 0.35 Co 0.35 Mn 0.3 ) 3 O 4 and ZrO 2 , and the molar ratio of Li, (Ni 0.35 Co 0.35 Mn 0.3 ) and Zr is It mixed so that it might be set to 1.07: 0.925: 0.005. This mixture was fired at 900 ° C. for 20 hours in an air atmosphere, and Li 1.07 (Ni 0.35 Co 0.35 Mn 0.3 ) 0.925 Zr 0.005 O having an average particle diameter of 9.5 μm. The lithium transition metal composite oxide represented by 2 was obtained and used as the positive electrode active material. The positive electrode active material obtained as described above, a carbon material as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder are mixed in NMP so that the mass ratio is 88: 9: 3. The mixture was added and kneaded to prepare a positive electrode active material mixture slurry. The prepared positive electrode active material mixture slurry was applied to both sides of a strip-shaped aluminum foil (
[非水電解液の調製]
非水電解液を調製するにあたっては、環状カーボネートのエチレンカーボネート(EC)と、鎖状カーボネートのエチルメチルカーボネート(EMC)を体積比で3:7となるように混合させた混合溶媒に対して、溶質として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1モル/リットルの割合で溶解させた。このようにして得られた溶液にビニレンカーボネート(VC)を1質量%だけ添加して非水電解液を調製した。
[Preparation of non-aqueous electrolyte]
In preparing the non-aqueous electrolyte, a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) as a cyclic carbonate and ethyl methyl carbonate (EMC) as a chain carbonate were mixed at a volume ratio of 3: 7, As a solute, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved at a rate of 1 mol / liter. A non-aqueous electrolyte was prepared by adding 1% by mass of vinylene carbonate (VC) to the solution thus obtained.
[非水電解質二次電池の作製]
次いで、上述のように作製した正極板と、上述のようにして作製した実施例1及び比較例1の負極板とをそれぞれ用い、これらの間にポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを介在させて積層した後、渦巻状にそれぞれ巻回して渦巻状電極群とした。前記正極板と負極板には長手方向に沿って未塗布部が形成されており、この未塗布部は渦巻状電極群のセパレータの端から突出された芯体端縁部を構成している。この渦巻状電極群の両端部に、それぞれ集電板をレーザー溶接により取り付けた後、金属製外装缶内に挿入し、集電板の端部に突設されたリード部の先端を電極端子機構に接続した。
[Production of non-aqueous electrolyte secondary battery]
Next, the positive electrode plate prepared as described above and the negative electrode plates of Example 1 and Comparative Example 1 manufactured as described above were respectively used, and a separator made of a polyethylene microporous film was interposed therebetween. After the lamination, each was wound spirally to form a spiral electrode group. An uncoated portion is formed along the longitudinal direction of the positive electrode plate and the negative electrode plate, and the uncoated portion constitutes a core body edge portion protruding from the end of the separator of the spiral electrode group. A current collector plate is attached to each end of the spiral electrode group by laser welding, then inserted into a metal outer can, and the tip of the lead portion protruding from the end of the current collector plate is an electrode terminal mechanism. Connected to.
次いで、上述のようにして調製された非水電解液を金属製外装缶内に注入した。この後、封口することにより、図4に示した従来例のものと同様の形状の非水電解質二次電池を作製した。こうして作製した電池について各種特性の測定を行ったところ、実施例1における完成した非水電解質二次電池の放電容量は5.2Ahであり、比較例1における完成した非水電解質二次電池の放電容量は5.4Ahであった。なお、実施例1及び比較例1のいずれにおいても、正極の単位面積当たりの初期充電容量は20mAh/10cm2であった。また、負極表面に被覆層を形成しない以外は実施例1及び比較例1と同様の方法で作製した非水電解質二次電池の不可逆容量(正極の初期充電容量−完成した非水電解質電池の放電容量)は、正極の初期充電容量に対して23%であった。
尚、ここにおいて、非水電解質二次電池の放電容量、正極の初期充電容量、正極の単位面積当たりの初期充電容量は次のようにして測定した。また、以下で行う測定においても、これらと同一の測定方法を使用している。
Next, the non-aqueous electrolyte prepared as described above was poured into a metal outer can. Thereafter, by sealing, a nonaqueous electrolyte secondary battery having the same shape as that of the conventional example shown in FIG. 4 was produced. When various characteristics of the battery thus prepared were measured, the discharge capacity of the completed nonaqueous electrolyte secondary battery in Example 1 was 5.2 Ah, and the discharge of the completed nonaqueous electrolyte secondary battery in Comparative Example 1 was performed. The capacity was 5.4 Ah. In both Example 1 and Comparative Example 1, the initial charge capacity per unit area of the positive electrode was 20 mAh / 10 cm 2 . Further, the irreversible capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery produced by the same method as in Example 1 and Comparative Example 1 except that the coating layer was not formed on the negative electrode surface (initial charge capacity of the positive electrode−discharge of the completed non-aqueous electrolyte battery) The capacity) was 23% with respect to the initial charge capacity of the positive electrode.
Here, the discharge capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery, the initial charge capacity of the positive electrode, and the initial charge capacity per unit area of the positive electrode were measured as follows. Also, the same measurement methods are used in the following measurements.
[放電容量の測定方法]
25℃の室温下において、上述の方法で作製した非水電解質二次電池を1Itにて4.1V 定電流−定電圧充電を2時間行なった後、1/3Itにて3.0V 定電流−定電圧放電を5時間行い、このときの放電容量を非水電解質二次電池の放電容量とした。
[Measurement method of discharge capacity]
At room temperature of 25 ° C., the non-aqueous electrolyte secondary battery produced by the above-described method was charged with 4.1 V constant current-constant voltage for 2 hours at 1 It, and then charged with 3.0 V constant current at 1/3 It— The constant voltage discharge was performed for 5 hours, and the discharge capacity at this time was defined as the discharge capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery.
[正極の初期充電容量の測定方法]
上述の方法で作製した正極芯体の両面に正極活物質合剤層が形成された正極板を切り出し、両面に正極活物質合剤層が形成されている芯体の面積が12.5cm2となるように電極を作製し、対極、参照極にリチウム金属を用いて三電極式セルを作製した。25℃の室温下において、0.75mA/cm2の電流値で4.2V(v.s. Li/Li+)まで充電を行った後、0.25mA/cm2の電流値で4.2V(v.s. Li/Li+)まで充電を2段階にて行った際の充電容量を測定した。このようにして求めた充電容量を、完成電池に含まれる正極板において正極活物質合剤層が両面に形成された芯体の全面積当たりの充電容量に換算して、正極の初期充電容量とした。
[Measurement method of initial charge capacity of positive electrode]
A positive electrode plate having a positive electrode active material mixture layer formed on both sides of the positive electrode core produced by the above-described method is cut out, and the area of the core on which the positive electrode active material mixture layer is formed on both sides is 12.5 cm 2 . An electrode was prepared so that a three-electrode cell was prepared using lithium metal as a counter electrode and a reference electrode. After charging to 4.2 V (vs. Li / Li + ) at a current value of 0.75 mA / cm 2 at room temperature of 25 ° C., 4.2 V at a current value of 0.25 mA / cm 2. The charge capacity when charging was performed in two stages until (vs Li / Li + ) was measured. The charge capacity thus determined is converted into the charge capacity per total area of the core body in which the positive electrode active material mixture layer is formed on both sides in the positive electrode plate included in the finished battery, and the initial charge capacity of the positive electrode did.
[正極の単位当たりの初期充電容量の測定方法]
正極の単位当たりの初期充電容量は、上述の正極の初期充電効率の測定方法により求めた正極の初期充電容量を、正極活物質合剤層が両面に形成された芯体の面積10cm2当たりの容量に換算することにより算出した。
[Measurement method of initial charge capacity per unit of positive electrode]
The initial charge capacity per unit of the positive electrode is the initial charge capacity of the positive electrode determined by the above-described method of measuring the initial charge efficiency of the positive electrode, per 10 cm 2 of area of the core body in which the positive electrode active material mixture layer is formed on both surfaces. It calculated by converting into a capacity | capacitance.
また、上記実施例1及び比較例1の電池について、以下に示す方法で充電深度と内部抵抗との関係を調べた。内部抵抗としては、電池を何点かの電流値にてある一定時間充電又は放電したときの電圧を測定し、電流値に対する電圧の傾きを計算したIV抵抗値が採用される。このIV抵抗値は電池にどの程度の電流を流せるのかを知る指標となる。
[充電深度とIV抵抗値の関係]
25℃の室温下において、5Aの充電電流で各充電深度になるまで充電させた状態で、それぞれ10A、20A、30A、40A及び60Aの電流で10秒間放電を行い、それぞれの電池電圧を測定し、各電流値と電池電圧とをプロットして放電時におけるI―V特性を求め、得られた直線の傾きから放電時におけるIV抵抗(mΩ)を求めた。このようにして所定の充電深度におけるIV抵抗値を求めた。なお、放電によりずれた充電深度は5Aの定電流で充電することにより元の充電深度に戻した。この充電深度とIV抵抗の測定値との関係を図1に示した。また、IV抵抗を5A、10A、15A及び20Aの電流値で測定した場合の充電深度とIV抵抗値との関係を図2に示した。
Moreover, about the battery of the said Example 1 and the comparative example 1, the relationship between a charge depth and internal resistance was investigated with the method shown below. As the internal resistance, an IV resistance value obtained by measuring a voltage when a battery is charged or discharged at a certain current value for a certain period of time and calculating a slope of the voltage with respect to the current value is adopted. This IV resistance value is an index for knowing how much current can flow through the battery.
[Relationship between charging depth and IV resistance]
At a room temperature of 25 ° C., the battery was charged at a charging current of 5 A until reaching the respective charging depths, and discharged for 10 seconds at a current of 10 A, 20 A, 30 A, 40 A, and 60 A, respectively, and each battery voltage was measured. Each current value and the battery voltage were plotted to obtain the IV characteristics at the time of discharge, and the IV resistance (mΩ) at the time of discharge was obtained from the slope of the obtained straight line. In this way, the IV resistance value at a predetermined charging depth was obtained. In addition, the charging depth shifted by discharging was restored to the original charging depth by charging with a constant current of 5A. The relationship between this charging depth and the measured value of IV resistance is shown in FIG. FIG. 2 shows the relationship between the charging depth and the IV resistance value when the IV resistance is measured with current values of 5A, 10A, 15A, and 20A.
[実施例2]
実施例2は、正極板及び負極板を作製する際、正極活物質合剤スラリー及び負極活物質合剤スラリーの塗布量を、それぞれ実施例1の場合の2倍とする以外は実施例1と同様の方法により、非水電解質二次電池を作製した。こうして作製した実施例2の非水電解質二次電池における正極の単位面積当たりの初期充電容量は、40mAh/10cm2であった。また、実施例2の完成した非水電解質二次電池の放電容量は6.7Ahであった。
また、負極表面に被覆層を形成しない以外は実施例2と同様の方法で作製した非水電解質二次電池の不可逆容量(正極の初期充電容量−完成した非水電解質電池の放電容量)は、実施例2における正極の初期充電容量に対して23%であった。
[Example 2]
Example 2 is the same as Example 1 except that when the positive electrode plate and the negative electrode plate were produced, the coating amount of the positive electrode active material mixture slurry and the negative electrode active material mixture slurry was respectively doubled as in Example 1. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced by the same method. The initial charge capacity per unit area of the positive electrode in the nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 2 produced in this manner was 40 mAh / 10 cm 2 . The completed nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 2 had a discharge capacity of 6.7 Ah.
Further, the irreversible capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery produced by the same method as in Example 2 except that the coating layer was not formed on the negative electrode surface (initial charge capacity of the positive electrode−discharge capacity of the completed nonaqueous electrolyte battery) was It was 23% with respect to the initial charge capacity of the positive electrode in Example 2.
[比較例2]
比施例2は、正極板及び負極板を作製する際、正極活物質合剤スラリー及び負極活物質合剤スラリーの塗布量を、それぞれ比較例1の場合の2倍とする以外は比較例1と同様の方法により、非水電解質二次電池を作製した。比較例2の完成した非水電解質二次電池における正極の単位面積当たりの初期充電容量は、40mAh/10cm2であった。また比較例2の完成した非水電解質二次電池の放電容量は6.8Ahであった。
また、負極表面に被覆層を形成しない以外は比較例2と同様の方法で作製した非水電解質二次電池の不可逆容量(正極の初期充電容量−完成した非水電解質電池の放電容量)は、比較例2における正極の初期充電容量に対して23%であった。
[Comparative Example 2]
Comparative Example 1 is Comparative Example 1 except that when the positive electrode plate and the negative electrode plate are produced, the coating amount of the positive electrode active material mixture slurry and the negative electrode active material mixture slurry is respectively doubled in the case of Comparative Example 1. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced by the same method. The initial charge capacity per unit area of the positive electrode in the completed nonaqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 2 was 40 mAh / 10 cm 2 . Moreover, the discharge capacity of the completed nonaqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 2 was 6.8 Ah.
Further, the irreversible capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery produced by the same method as in Comparative Example 2 except that no coating layer was formed on the negative electrode surface (initial charge capacity of the positive electrode−discharge capacity of the completed nonaqueous electrolyte battery) is It was 23% with respect to the initial charge capacity of the positive electrode in Comparative Example 2.
[比較例3]
比較例3は、正極板及び負極板を作製する際、正極活物質合剤スラリー及び負極活物質合剤スラリーの塗布量、をそれぞれ実施例1の場合の3倍とする以外は実施例1と同様の方法により、非水電解質二次電池を作製した。比較例3の完成した非水電解質二次電池における正極の単位面積当たりの初期充電容量は、60mAh/10cm2であった。また、比較例3の完成した非水電解質二次電池の放電容量は7.0Ahであった。
また、負極表面に被覆層を形成しない以外は比較例3と同様の方法で作製した非水電解質二次電池の不可逆容量(正極の初期充電容量−完成した非水電解質電池の放電容量)は、比較例3における正極の初期充電容量に対して23%であった。
[Comparative Example 3]
In Comparative Example 3, when preparing the positive electrode plate and the negative electrode plate, the application amounts of the positive electrode active material mixture slurry and the negative electrode active material mixture slurry were each three times that in Example 1, and A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced by the same method. The initial charge capacity per unit area of the positive electrode in the completed nonaqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 3 was 60 mAh / 10 cm 2 . Moreover, the discharge capacity of the completed nonaqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 3 was 7.0 Ah.
Further, the irreversible capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery produced by the same method as in Comparative Example 3 except that no coating layer was formed on the negative electrode surface (the initial charge capacity of the positive electrode−the discharge capacity of the completed nonaqueous electrolyte battery) was It was 23% with respect to the initial charge capacity of the positive electrode in Comparative Example 3.
[比較例4]
比較例4は、正極板及び負極板を作製する際、正極活物質合剤スラリー及び負極活物質合剤スラリーの塗布量を、それぞれ比較例1の場合の3倍とする以外は比較例1と同様の方法により、非水電解質二次電池を作製した。比較例4の完成した非水電解質二次電池における正極の単位面積当たりの初期充電容量は、60mAh/10cm2であった。また、比較例3の完成した非水電解質二次電池の放電容量は7.1Ahであった。
また、負極表面に被覆層を形成しない以外は比較例4と同様の方法で作製した非水電解質二次電池の不可逆容量(正極の初期充電容量−完成した非水電解質電池の放電容量)は、比較例3における正極の初期充電容量に対して23%であった。
[Comparative Example 4]
Comparative Example 4 was the same as Comparative Example 1 except that when the positive electrode plate and the negative electrode plate were produced, the amount of application of the positive electrode active material mixture slurry and the negative electrode active material mixture slurry was three times that in Comparative Example 1, respectively. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced by the same method. The initial charge capacity per unit area of the positive electrode in the completed nonaqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 4 was 60 mAh / 10 cm 2 . Moreover, the discharge capacity of the completed nonaqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 3 was 7.1 Ah.
The irreversible capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery produced by the same method as in Comparative Example 4 except that no coating layer was formed on the negative electrode surface (initial charge capacity of the positive electrode−discharge capacity of the completed nonaqueous electrolyte battery) is It was 23% with respect to the initial charge capacity of the positive electrode in Comparative Example 3.
実施例1、実施例2、及び比較例1〜4について、出力特性の充電深度の依存性を示す指標として、(前記の10〜60Aの範囲にて測定した充電深度10%のIV抵抗値)/(前記の10〜60Aの範囲にて測定した充電深度50%のIV抵抗値)、を図3に示す。 For Example 1, Example 2, and Comparative Examples 1 to 4, as an index indicating the dependency of the output characteristics on the charging depth (IV resistance value measured at a charging depth of 10% in the range of 10 to 60 A) / (IV resistance value of 50% charge depth measured in the range of 10-60A) is shown in FIG.
図1及び図2に示した結果から以下のことが分かる。実施例1及び比較例1のいずれも、IV抵抗値を5A〜20Aの範囲で測定した場合(図2)も10A〜60Aの範囲で測定した場合(図1)も、充電深度20%〜90%範囲では実質的に同じIV抵抗値を備えており、5mΩ以下の低いIV抵抗値となっている。また、施例1及び比較例1のいずれも、充電深度が20%よりも低くなるとIV抵抗値が増加し、60A以上の大電流による充放電を行った場合により顕著な差が現れることが分かる。
しかしながら、実施例1では比較例1と比較し、60A以上の大電流による充放電を行った場合の充電深度が20%よりも低い範囲におけるIV抵抗値が低い値となっており、実施例1では低い充電深度におけるIV抵抗値の増加を抑制できることが分かる。
The following can be understood from the results shown in FIGS. In each of Example 1 and Comparative Example 1, when the IV resistance value was measured in the range of 5A to 20A (FIG. 2) and when measured in the range of 10A to 60A (FIG. 1), the charging depth was 20% to 90%. In the% range, substantially the same IV resistance value is provided, and the IV resistance value is as low as 5 mΩ or less. Further, in both Example 1 and Comparative Example 1, it can be seen that when the charging depth is lower than 20%, the IV resistance value increases, and a remarkable difference appears when charging / discharging with a large current of 60 A or more is performed. .
However, in Example 1, compared with Comparative Example 1, the IV resistance value in the range where the charging depth is lower than 20% when charging / discharging with a large current of 60 A or more is low. Then, it turns out that the increase in IV resistance value in a low charge depth can be suppressed.
また、図3より、正極の単位面積当たりの初期充電容量が小さく、負極表面に酸化チタンを含む絶縁性の被覆層を形成した場合、顕著に低い充電深度においてIV抵抗値が増加することを抑制できることが分かる。 In addition, as shown in FIG. 3, when the initial charge capacity per unit area of the positive electrode is small and an insulating coating layer containing titanium oxide is formed on the negative electrode surface, the increase in IV resistance is suppressed at a remarkably low charge depth. I understand that I can do it.
したがって、本発明に従う実施例1及び実施例2の電池は、60Aないしそれ以上という大電流で充放電を行った場合でも、比較的1〜4の非水電解質二次電池に比すると、広い充電深度範囲に亘ってIV抵抗値が低く一定状態に保たれているため、特に十分な出力特性及び出力回生特性を要求されるHE用ないしHEV用の電池として最適であることが分かる。 Therefore, the batteries of Example 1 and Example 2 according to the present invention have a wide charge as compared with relatively non-aqueous electrolyte secondary batteries of 1 to 4 even when charged and discharged at a large current of 60 A or more. Since the IV resistance value is kept low and constant over the depth range, it can be seen that it is optimal as a battery for HE or HEV that requires particularly sufficient output characteristics and output regeneration characteristics.
以上のとおり、正極活物質としてリチウムイオンの吸蔵・放出が可能なLi1+aNixCoyMnzMbO2(M=Al、Ti、Zr、Nb、B、Mg、Moから選択される少なくとも一種の元素、0≦a≦0.3、0.1≦x≦1、0≦y≦0.5、0≦z≦0.9、0≦b≦0.01、a+x+y+z=1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を用い、正極の単位面積当たりの初期充電容量を40mAh/10cm2以下とし、負極表面に酸化チタンを含む絶縁性の被覆層を形成することにより、60A以上の大電流で充放電を行っても低い充電深度から高い充電深度までIV抵抗値を低い一定値に維持することが可能となる。したがって、本願発明によれば、負荷特性及び出力回生特性に優れた電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)等に最適な非水電解質二次電池を得ることができる。 As described above, the positive electrode active material capable of absorbing and desorbing lithium ions as a Li 1 + a Ni x Co y Mn z M b O 2 (M = Al, Ti, Zr, Nb, at least B, Mg, selected from Mo One element, 0 ≦ a ≦ 0.3, 0.1 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 0.5, 0 ≦ z ≦ 0.9, 0 ≦ b ≦ 0.01, a + x + y + z = 1) The initial charge capacity per unit area of the positive electrode is 40 mAh / 10 cm 2 or less using the lithium transition metal composite oxide to be formed, and an insulating coating layer containing titanium oxide is formed on the negative electrode surface. Even when charging / discharging with current, the IV resistance value can be maintained at a low constant value from a low charging depth to a high charging depth. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery that is optimal for an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and the like having excellent load characteristics and output regeneration characteristics.
10:非水電解質二次電池 11:筒体 12:蓋体 13:電池外装缶 14:電極端子機構 20:巻回電極体 21:正極 213:正極芯体端縁部 22:負極 223:負極芯体端縁部 23:セパレータ 30:集電板 31:リード部 32:平板状本体 33:円弧状凸部 34:溶接部 10: Nonaqueous electrolyte secondary battery 11: Cylindrical body 12: Lid body 13: Battery outer can 14: Electrode terminal mechanism 20: Winding electrode body 21: Positive electrode 21 3 : Edge part of positive electrode core body 22: Negative electrode 22 3 : Negative electrode core edge 23: Separator 30: Current collector 31: Lead part 32: Flat body 33: Arc-shaped convex part 34: Welded part
Claims (6)
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