JP5851547B2 - Nonaqueous electrolyte battery and battery pack - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、非水電解質電池及び電池パックに関する。   Embodiments described herein relate generally to a nonaqueous electrolyte battery and a battery pack.

近年、高容量負極材料として、単斜晶系β型構造を有するチタン酸化物が注目されている。従来、実用されているスピネル構造のチタン酸リチウム(Li4Ti5O12)は、単位化学式あたりの挿入・脱離可能なリチウムイオンの数が3であり、このときスピネル構造のチタン酸リチウムの理論容量は、約170 mAh/gである。 In recent years, titanium oxide having a monoclinic β-type structure has attracted attention as a high-capacity negative electrode material. Conventionally, spinel-structured lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) in practical use has 3 lithium ions that can be inserted and removed per unit chemical formula. The theoretical capacity is about 170 mAh / g.

これに対して、単斜晶系β型構造を有するチタン酸化物は、チタンイオン1つあたりに挿入・脱離可能なリチウムイオンの数が最大で1.0である。このとき、約330 mAh/gという高い理論容量を有するが、その可逆容量は240 mAh/g程度である。よって、単斜晶系β型構造を有するチタン酸化物を用いた、高容量の電池の開発が期待されている。   In contrast, a titanium oxide having a monoclinic β-type structure has a maximum number of lithium ions 1.0 that can be inserted / removed per titanium ion. At this time, it has a high theoretical capacity of about 330 mAh / g, but its reversible capacity is about 240 mAh / g. Therefore, development of a battery having a high capacity using a titanium oxide having a monoclinic β-type structure is expected.

しかしながら、単斜晶系β型構造を有するチタン酸化物を用いた非水電解質電池は、入出力特性が低いという課題があった。   However, the non-aqueous electrolyte battery using a titanium oxide having a monoclinic β-type structure has a problem of low input / output characteristics.

特開2009-117259号公報JP 2009-117259 A 再表2009-028530号公報No. 2009-028530

G. Armstrong, A. R. Armstrong, J. Canales, P. G. Bruce, Electrochem. Solid-State Lett., 9, A139 (2006)G. Armstrong, A. R. Armstrong, J. Canales, P. G. Bruce, Electrochem. Solid-State Lett., 9, A139 (2006) R. Marchand, L. Brohan, M. Tournoux, Material Research Bulletin 15, 1129 (1980)R. Marchand, L. Brohan, M. Tournoux, Material Research Bulletin 15, 1129 (1980)

入出力特性が向上された非水電解質電池及び電池パックを提供することを目的とする。   An object is to provide a nonaqueous electrolyte battery and a battery pack having improved input / output characteristics.

一つの実施形態によれば、集電体と、前記集電体上に配置される活物質層とを含む非水電解質電池用電極が提供される。前記活物質層は単斜晶系β型チタン複合酸化物を含む。前記電極は、Cu−Kα線源を用いた粉末X線回折法によって得られるピークの強度比I(020)/I(001)が下式(I)を満たす。   According to one embodiment, a non-aqueous electrolyte battery electrode including a current collector and an active material layer disposed on the current collector is provided. The active material layer includes a monoclinic β-type titanium composite oxide. In the electrode, the peak intensity ratio I (020) / I (001) obtained by the powder X-ray diffraction method using a Cu—Kα ray source satisfies the following formula (I).

0.6≦I(020)/I(001)≦1.2 (I)
式中、I(020)は、前記電極を前記粉末X線回折法により測定した時に得られる、単斜晶系β型チタン複合酸化物の(020)面に由来するピークの強度であり、I(001)は、前記電極を前記粉末X線回折法により測定した時に得られる、単斜晶系β型チタン複合酸化物の(001)面に由来するピークの強度である。
0.6 ≦ I (020) / I (001) ≦ 1.2 (I)
In the formula, I (020) is the intensity of the peak derived from the (020) plane of the monoclinic β-type titanium composite oxide obtained when the electrode is measured by the powder X-ray diffraction method. (001) is the intensity of the peak derived from the (001) plane of the monoclinic β-type titanium composite oxide obtained when the electrode is measured by the powder X-ray diffraction method.

他の実施形態によれば、上記電極を負極として含み、さらに、正極と、非水電解質とを含む非水電解質電池が提供される。   According to another embodiment, a nonaqueous electrolyte battery including the above electrode as a negative electrode and further including a positive electrode and a nonaqueous electrolyte is provided.

他の実施形態によれば、上記非水電解質電池を含む電池パックが提供される。   According to another embodiment, a battery pack including the nonaqueous electrolyte battery is provided.

第2実施形態の非水電解質二次電池の断面図。Sectional drawing of the nonaqueous electrolyte secondary battery of 2nd Embodiment. 図1のA部の拡大断面図。The expanded sectional view of the A section of FIG. 第3実施形態の電池パックの分解斜視図。The disassembled perspective view of the battery pack of 3rd Embodiment. 図3の電池パックの電気回路を示すブロック図。The block diagram which shows the electric circuit of the battery pack of FIG. 電極密度とエネルギー密度の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between an electrode density and energy density. 実施例1及び比較例1の粉末X線回折図。3 is a powder X-ray diffraction diagram of Example 1 and Comparative Example 1. FIG.

(第1実施形態)
第1実施形態に係る非水電解質電池用電極は、単斜晶系β型チタン複合酸化物を含み、Cu−Kα線源を用いた粉末X線回折法によって得られるピークの強度比I(020)/I(001)が下式(I)を満たす。
(First embodiment)
The electrode for a nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment includes a monoclinic β-type titanium composite oxide, and has a peak intensity ratio I (020) obtained by a powder X-ray diffraction method using a Cu—Kα radiation source. ) / I (001) satisfies the following formula (I).

0.6≦I(020)/I(001)≦1.2 (I)
本明細書において、単斜晶系β型チタン複合酸化物とは、単斜晶系二酸化チタンの結晶構造を有するチタン複合酸化物を指す。単斜晶系二酸化チタンの結晶構造は、主に空間群C2/mに属し、トンネル構造を示す。なお、単斜晶系二酸化チタンの詳細な結晶構造に関しては、非特許文献1に記載されているものを対象とする。
0.6 ≦ I (020) / I (001) ≦ 1.2 (I)
In the present specification, the monoclinic β-type titanium composite oxide refers to a titanium composite oxide having a monoclinic titanium dioxide crystal structure. The crystal structure of monoclinic titanium dioxide belongs mainly to the space group C2 / m and exhibits a tunnel structure. The detailed crystal structure of monoclinic titanium dioxide is the one described in Non-Patent Document 1.

上記式(I)において、I(020)は、電極をCu−Kα線源を用いた粉末X線回折法により測定した時に得られる、単斜晶系β型チタン複合酸化物の(020)面に由来するピークの強度である。粉末X線回折図において、(020)面に由来するピークは、2θ=48.5°付近に現れる。ここで、2θ=48.5°付近とは、2θ=48.5°±0.5°の範囲、即ち、2θ=48°〜49°の範囲を意味するように意図される。   In the above formula (I), I (020) is the (020) plane of the monoclinic β-type titanium composite oxide obtained when the electrode is measured by powder X-ray diffraction using a Cu—Kα ray source. The intensity of the peak derived from In the powder X-ray diffraction diagram, a peak derived from the (020) plane appears around 2θ = 48.5 °. Here, the vicinity of 2θ = 48.5 ° is intended to mean a range of 2θ = 48.5 ° ± 0.5 °, that is, a range of 2θ = 48 ° to 49 °.

上記式(I)において、I(001)は、電極をCu−Kα線源を用いた粉末X線回折法により測定した時に得られる、単斜晶系β型チタン複合酸化物の(001)面に由来するピークの強度である。粉末X線回折図において、(001)面に由来するピークは、2θ=14.3°付近に現れる。ここで、2θ=14.3°付近とは、2θ=14.3°±0.5°の範囲、即ち、2θ=13.8°〜14.8の範囲を意味するように意図される。   In the above formula (I), I (001) is the (001) plane of the monoclinic β-type titanium composite oxide obtained when the electrode is measured by powder X-ray diffraction using a Cu—Kα ray source. The intensity of the peak derived from In the powder X-ray diffraction diagram, a peak derived from the (001) plane appears around 2θ = 14.3 °. Here, 2θ = 14.3 ° vicinity is intended to mean a range of 2θ = 14.3 ° ± 0.5 °, that is, a range of 2θ = 13.8 ° to 14.8.

本実施形態における非水電解質電池用の電極は、集電体と活物質層を含む。活物質層は、活物質、導電剤及び結着剤を含む。活物質は、単斜晶系β型チタン複合酸化物を含む。活物質層は、集電体の片面若しくは両面に形成される。   The electrode for a nonaqueous electrolyte battery in the present embodiment includes a current collector and an active material layer. The active material layer includes an active material, a conductive agent, and a binder. The active material includes a monoclinic β-type titanium composite oxide. The active material layer is formed on one side or both sides of the current collector.

電極は、例えば次の方法により作製することができる。まず、活物質、導電剤及び結着剤を溶媒に懸濁してスラリーを調製する。このスラリーを、集電体の片面又は両面に塗布し、乾燥して、活物質層を形成する。その後、プレスを施すことにより、電極が得られる。或いは、負極は、活物質、導電剤及び結着剤をペレット状に形成して負極層とし、これを集電体上に形成することにより作製されてもよい。   The electrode can be produced, for example, by the following method. First, an active material, a conductive agent, and a binder are suspended in a solvent to prepare a slurry. This slurry is applied to one side or both sides of the current collector and dried to form an active material layer. Then, an electrode is obtained by pressing. Alternatively, the negative electrode may be produced by forming an active material, a conductive agent, and a binder into a pellet shape to form a negative electrode layer, which is formed on a current collector.

単斜晶系β型チタン複合酸化物を含む電極において、粉末X線回折法によって測定されたピークの強度比I(020)/I(001)が0.6未満であると、入出力特性が悪い。これは、単斜晶系β型チタン複合酸化物へのリチウムイオンの挿入、及びそれからのリチウムイオンの脱離が、スムーズに進まないためであると考えられる。   In an electrode containing a monoclinic β-type titanium composite oxide, if the peak intensity ratio I (020) / I (001) measured by the powder X-ray diffraction method is less than 0.6, the input / output characteristics are poor. This is presumably because the insertion of lithium ions into the monoclinic β-type titanium composite oxide and the elimination of lithium ions therefrom do not proceed smoothly.

リチウムイオンは、単斜晶系β型チタン複合酸化物の結晶構造の(020)面と垂直方向に出入りする。そのため、(020)面はリチウムイオンが出入りしやすい面である。よって、電極表面と平行方向に配向している(020)面が多いほど、入出力特性が良好である。また、電極表面と平行方向に配向した(020)面が多いほど、ピーク強度I(020)が大きくなり、従って、ピーク強度比I(020)/I(001)が大きくなる。このため、ピーク強度比I(020)/I(001)が大きい電極は入出力特性が良好である。   Lithium ions enter and exit in the direction perpendicular to the (020) plane of the crystal structure of the monoclinic β-type titanium composite oxide. Therefore, the (020) plane is a plane where lithium ions easily enter and exit. Therefore, the more (020) planes oriented in the direction parallel to the electrode surface, the better the input / output characteristics. Further, the more (020) planes oriented in the direction parallel to the electrode surface, the larger the peak intensity I (020), and the larger the peak intensity ratio I (020) / I (001). For this reason, an electrode with a large peak intensity ratio I (020) / I (001) has good input / output characteristics.

ピーク強度比I(020)/I(001)が0.6以上である電極は、電極作製時のプレス処理において、プレス圧を調整し、電極密度を過剰に上昇させないことによって得られる。これは、単斜晶系β型チタン複合酸化物の一次粒子が繊維状の形状を有することが多く、その繊維長と垂直方向の面が(020)面であるためである。電極作製時のプレス処理において、プレス圧が大きすぎると、一次粒子の繊維長方向が電極表面と平行方向に配向されやすく、これによって電極表面と平行方向に配向した(020)面が減少する。そのため、リチウムイオンが単斜晶系β型チタン複合酸化物の結晶構造中に出入りし難くなり、抵抗が増大し、入出力特性が悪化すると考えられる。また、この場合、電極表面と平行方向に配向した(020)面が減少するため、ピーク強度I(020)が小さくなり、ピーク強度比I(020)/I(001)も低下する。   An electrode having a peak intensity ratio I (020) / I (001) of 0.6 or more can be obtained by adjusting the pressing pressure and not excessively increasing the electrode density in the press treatment during electrode production. This is because the primary particles of the monoclinic β-type titanium composite oxide often have a fibrous shape, and the plane perpendicular to the fiber length is the (020) plane. If the pressing pressure is too large in the press treatment during electrode production, the fiber length direction of the primary particles is likely to be oriented in a direction parallel to the electrode surface, thereby reducing the (020) plane oriented in the direction parallel to the electrode surface. Therefore, lithium ions are unlikely to enter and exit the crystal structure of the monoclinic β-type titanium composite oxide, which increases resistance and deteriorates input / output characteristics. In this case, since the (020) plane oriented in the direction parallel to the electrode surface decreases, the peak intensity I (020) decreases and the peak intensity ratio I (020) / I (001) also decreases.

以上のように、電極作製時のプレス処理において、プレス圧を調整することによってピーク強度比I(020)/I(001)を0.6以上にすることができる。また或いは、ピーク強度比I(020)/I(001)が0.6以上である電極は、(020)面が多い単斜晶系β型チタン複合酸化物の結晶を用いることによっても得られる。   As described above, the peak intensity ratio I (020) / I (001) can be set to 0.6 or more by adjusting the pressing pressure in the press treatment during electrode fabrication. Alternatively, an electrode having a peak intensity ratio I (020) / I (001) of 0.6 or more can also be obtained by using a monoclinic β-type titanium composite oxide crystal having many (020) planes.

ピーク強度比I(020)/I(001)の上限は、理論的には限定されないが、実質的には1.5程度である。しかしながら、ピーク強度比I(020)/I(001)が高すぎる電極は、電極密度が低いため、エネルギー密度が低い。また、電極密度が低すぎると、活物質と導電剤などの接触が悪く、入出力特性が悪化する要因となる。そのため、ピーク強度比I(020)/I(001)は1.2以下であることが好ましい。   The upper limit of the peak intensity ratio I (020) / I (001) is not theoretically limited, but is substantially about 1.5. However, an electrode having an excessively high peak intensity ratio I (020) / I (001) has a low energy density because the electrode density is low. On the other hand, if the electrode density is too low, the contact between the active material and the conductive agent is poor, which causes the input / output characteristics to deteriorate. Therefore, the peak intensity ratio I (020) / I (001) is preferably 1.2 or less.

プレス処理後の電極密度は2.0 g/cm3以上2.5 g/cm3以下であることが好ましい。なお、電極密度とは、集電体上に形成された、電極活物質、電極導電剤及び結着剤を含む活物質層の密度である。 The electrode density after the press treatment is preferably 2.0 g / cm 3 or more and 2.5 g / cm 3 or less. The electrode density is the density of the active material layer formed on the current collector and including the electrode active material, the electrode conductive agent, and the binder.

電極密度の測定方法を説明する。はじめに電極を2cm×2cmに打ち抜き、重量を測定する。集電箔の重量を差し引き、電極のみの重量を求め、単位面積あたりの電極量(g/cm)を算出する。膜厚計により電極厚さを5点測定し、5点の算術平均より平均電極厚さを求める。単位面積あたりの電極量と平均電極厚さから、電極密度を算出する。なお、電池から電極を取り出して測定する場合は、電極をメチルエチルカーボネート溶媒で洗浄して十分に乾燥させた後、重量測定および電極厚さ測定を行う。 A method for measuring the electrode density will be described. First, the electrode is punched into 2 cm × 2 cm, and the weight is measured. The weight of the current collector foil is subtracted, the weight of only the electrode is determined, and the electrode amount (g / cm 2 ) per unit area is calculated. The electrode thickness is measured at five points with a film thickness meter, and the average electrode thickness is obtained from the arithmetic average of the five points. The electrode density is calculated from the electrode amount per unit area and the average electrode thickness. In addition, when taking out and measuring an electrode from a battery, after washing | cleaning an electrode with a methyl ethyl carbonate solvent and drying it enough, weight measurement and electrode thickness measurement are performed.

電極密度が2.0 g/cm3以上であれば、電極のエネルギー密度を確保することができ、単斜晶系β型チタン複合酸化物を用いることによる高容量化効果を得ることができる。電極密度が2.5 g/cm3以下であれば、ピーク強度比I(020)/I(001)を0.6以上にすることができ、また、電極内への電解液の含浸が阻害されず、入出力特性(レート特性)が低下しない。 When the electrode density is 2.0 g / cm 3 or more, the energy density of the electrode can be secured, and the effect of increasing the capacity can be obtained by using the monoclinic β-type titanium composite oxide. If the electrode density is 2.5 g / cm 3 or less, the peak intensity ratio I (020) / I (001) can be made 0.6 or more, and the impregnation of the electrolytic solution into the electrode is not hindered and entered. Output characteristics (rate characteristics) do not deteriorate.

(粉末X線回折測定方法)
粉末X線回折の測定方法について説明する。まず、対象となる電極を、ガラス試料板上に貼り付ける。このとき、両面テープなどを用い、電極が剥がれないことや浮かないことに留意する。また、必要であれば、電極をガラス試料板に貼り付けるのに適切な大きさに切断してもよい。また、ピーク位置を補正するためSi標準試料を電極上に加えてもよい。次いで、電極が貼り付けられたガラス板を粉末X線回折装置に設置し、Cu−Kα線を用いて回折パターンを取得する。
(Powder X-ray diffraction measurement method)
A method for measuring powder X-ray diffraction will be described. First, a target electrode is attached on a glass sample plate. At this time, a double-sided tape or the like is used, and it is noted that the electrode does not peel off or floats. Further, if necessary, the electrode may be cut to an appropriate size for attaching to the glass sample plate. Further, a Si standard sample may be added on the electrode in order to correct the peak position. Next, the glass plate on which the electrodes are attached is placed in a powder X-ray diffractometer, and a diffraction pattern is obtained using Cu-Kα rays.

(結着剤)
電極に含まれる結着剤は、活物質と導電剤を結着させるために用いられる。結着剤の例には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素系ゴム、及び、スチレンブタジエンゴムが含まれる。本実施形態における電極は、結着剤としてスチレンブタジエンゴムを含むことがより好ましい。スチレンブタジエンゴムは、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)などよりも柔軟性が高いため、単斜晶系β型チタン複合酸化物の粒子の配向を偏らせずに電極密度を上昇させることができる。よって、スチレンブタジエンゴムを用いた電極は、ピーク強度比I(020)/I(001)をあまり変化させずに電極密度を上昇させることができる。
(Binder)
The binder contained in the electrode is used to bind the active material and the conductive agent. Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-based rubber, and styrene butadiene rubber. It is more preferable that the electrode in this embodiment contains styrene butadiene rubber as a binder. Since the styrene butadiene rubber has higher flexibility than, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), the electrode density can be increased without biasing the orientation of the monoclinic β-type titanium composite oxide particles. Therefore, an electrode using styrene-butadiene rubber can increase the electrode density without changing the peak intensity ratio I (020) / I (001) so much.

(導電剤)
電極に含まれる導電剤は、集電性能を高め、集電体との接触抵抗を抑えるために用いられる。導電剤の例には、アセチレンブラック、カーボンブラック、及び黒鉛が含まれる。鱗片状黒鉛を用いると、単斜晶系β型チタン複合酸化物の粒子の配向を偏らせずに電極密度を上昇させることができるので好ましい。鱗片状黒鉛を用いた電極は、ピーク強度比I(020)/I(001)をあまり変化させずに電極密度を上昇させることができる。
(Conductive agent)
The conductive agent contained in the electrode is used to improve current collection performance and suppress contact resistance with the current collector. Examples of the conductive agent include acetylene black, carbon black, and graphite. The use of flaky graphite is preferable because the electrode density can be increased without biasing the orientation of the monoclinic β-type titanium composite oxide particles. An electrode using scaly graphite can increase the electrode density without changing the peak intensity ratio I (020) / I (001) so much.

(比表面積)
単斜晶系β型チタン複合酸化物の比表面積は、5m/g以上100m/g以下であることが好ましい。比表面積を5m/g以上にすることにより、リチウムイオンの吸蔵・放出サイトを十分に確保することができ、高い容量を得ることができる。比表面積を100m/g以下にすることにより、充放電中のクーロン効率の低下を抑制できる。比表面積は10m/g以上20m/g以下であることがより好ましい。比表面積は例えばBET法により測定することができる。
(Specific surface area)
The specific surface area of the monoclinic β-type titanium composite oxide is preferably 5 m 2 / g or more and 100 m 2 / g or less. By setting the specific surface area to 5 m 2 / g or more, a lithium ion storage / release site can be sufficiently secured, and a high capacity can be obtained. By setting the specific surface area to 100 m 2 / g or less, it is possible to suppress a decrease in coulomb efficiency during charging and discharging. The specific surface area is more preferably 10 m 2 / g or more and 20 m 2 / g or less. The specific surface area can be measured by, for example, the BET method.

(粒径)
単斜晶系β型チタン複合酸化物の凝集粒子の平均粒径は、5μm以上20μm以下であることが好ましい。ここで、平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定法によるD50(粒度分布結果における累積50%の値)のことを示す。平均粒径が5μm以上20μm以下であれば、粒子表面での過剰な副反応量を抑えることができる。また、上記平均粒径の範囲であればスラリーおよび電極が作製しやすい。
(Particle size)
The average particle size of the aggregate particles of the monoclinic β-type titanium composite oxide is preferably 5 μm or more and 20 μm or less. Here, the average particle size indicates D50 (accumulated value of 50% in the particle size distribution result) by a laser diffraction particle size distribution measurement method. If the average particle size is 5 μm or more and 20 μm or less, an excessive amount of side reaction on the particle surface can be suppressed. Moreover, if it is the range of the said average particle diameter, a slurry and an electrode are easy to produce.

(単斜晶系β型チタン複合酸化物)
単斜晶系β型チタン複合酸化物は、Na2Ti3O7、K2Ti4O9、及びCs2Ti5O11のようなチタン酸アルカリ化合物をプロトン交換に供し、それらのアルカリ金属をプロトンに交換し、得られたプロトン交換体を加熱処理することによって合成することができる。
(Monoclinic β-type titanium composite oxide)
Monoclinic β-type titanium composite oxides are obtained by subjecting alkali titanates such as Na 2 Ti 3 O 7 , K 2 Ti 4 O 9 , and Cs 2 Ti 5 O 11 to proton exchange, and their alkali metal Can be synthesized by heat-treating the obtained proton exchanger.

単斜晶系β型チタン複合酸化物は、プロトン交換時に残存したNa、K及びCsのようなアルカリ金属を含んでいてもよい。但し、これらのアルカリ金属は少ない方が好ましく、単斜晶系β型チタン複合酸化物に対して、2質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましい。   The monoclinic β-type titanium composite oxide may contain an alkali metal such as Na, K, and Cs remaining during proton exchange. However, the amount of these alkali metals is preferably small, and is preferably 2% by mass or less, and more preferably 1% by mass or less with respect to the monoclinic β-type titanium composite oxide.

以上の実施形態によれば、入出力特性が向上された非水電解質電池を実現できる非水電解質電池用電極を提供することができる。   According to the above embodiment, the electrode for nonaqueous electrolyte batteries which can implement | achieve the nonaqueous electrolyte battery with improved input-output characteristics can be provided.

(第2実施形態)
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は発明の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
(Second Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected to a common structure through embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted. Each figure is a schematic diagram for promoting explanation and understanding of the invention, and its shape, dimensions, ratio, and the like are different from those of an actual device. However, these are in consideration of the following explanation and known techniques. The design can be changed as appropriate.

図1に、本実施形態に係る非水電解質電池の一例を示す。図1は、扁平型非水電解質二次電池の断面模式図である。図2は、図1のA部の拡大断面図である。電池1は、外装部材2、偏平形状の捲回電極群3、正極端子7、負極端子8、及び非水電解質を備える。   FIG. 1 shows an example of a nonaqueous electrolyte battery according to this embodiment. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a flat type nonaqueous electrolyte secondary battery. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a part A in FIG. The battery 1 includes an exterior member 2, a flat wound electrode group 3, a positive terminal 7, a negative terminal 8, and a nonaqueous electrolyte.

外装部材2はラミネートフィルムからなる袋状外装部材である。捲回電極群3は、外装部材2に収納されている。捲回電極群3は、図3に示すように、正極4、負極5、及びセパレータ6を含み、外側から負極5、セパレータ6、正極4、セパレータ6の順で積層した積層物を渦巻状に捲回し、プレス成型することにより形成される。   The exterior member 2 is a bag-shaped exterior member made of a laminate film. The wound electrode group 3 is housed in the exterior member 2. As shown in FIG. 3, the wound electrode group 3 includes a positive electrode 4, a negative electrode 5, and a separator 6, and a laminate in which the negative electrode 5, the separator 6, the positive electrode 4, and the separator 6 are stacked in this order from the outside is spirally formed. It is formed by winding and press molding.

正極4は、正極集電体4aと正極層4bとを含む。正極層4bには正極活物質が含まれる。正極層4bは正極集電体4aの両面に形成されている。   The positive electrode 4 includes a positive electrode current collector 4a and a positive electrode layer 4b. The positive electrode layer 4b contains a positive electrode active material. The positive electrode layer 4b is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 4a.

負極5は、負極集電体5aと負極層5bとを含む。負極層5bには負極活物質が含まれる。負極5は、最外層においては、負極集電体5aの内面側の片面にのみ負極層5bが形成され、その他の部分では負極集電体5aの両面に負極層5bが形成されている。   The negative electrode 5 includes a negative electrode current collector 5a and a negative electrode layer 5b. The negative electrode layer 5b contains a negative electrode active material. In the outermost layer of the negative electrode 5, the negative electrode layer 5b is formed only on one surface on the inner surface side of the negative electrode current collector 5a, and the negative electrode layer 5b is formed on both surfaces of the negative electrode current collector 5a in the other portions.

図2に示すように、捲回電極群3の外周端近傍において、帯状の正極端子7が正極4の正極集電体4aに接続されている。また、帯状の負極端子8が最外層の負極5の負極集電体5aに接続されている。正極端子7及び負極端子8は、外装部材2の開口部を通って外部に延出されている。外装部材2の内部には、さらに、非水電解液が注入される。外装部材2の開口部を、正極端子7及び負極端子8を挟んだ状態でヒートシールすることにより、捲回電極群3及び非水電解質が完全密封される。   As shown in FIG. 2, a strip-like positive electrode terminal 7 is connected to the positive electrode current collector 4 a of the positive electrode 4 in the vicinity of the outer peripheral end of the wound electrode group 3. A strip-like negative electrode terminal 8 is connected to the negative electrode current collector 5 a of the outermost negative electrode 5. The positive electrode terminal 7 and the negative electrode terminal 8 are extended outside through the opening of the exterior member 2. A non-aqueous electrolyte is further injected into the exterior member 2. By heat-sealing the opening of the exterior member 2 with the positive electrode terminal 7 and the negative electrode terminal 8 sandwiched therebetween, the wound electrode group 3 and the nonaqueous electrolyte are completely sealed.

以下、本実施形態の非水電解質電池に用いられる負極、正極、非水電解質、セパレータ、外装部材、正極端子、負極端子について詳細に説明する。   Hereinafter, the negative electrode, the positive electrode, the nonaqueous electrolyte, the separator, the exterior member, the positive electrode terminal, and the negative electrode terminal used in the nonaqueous electrolyte battery of this embodiment will be described in detail.

(負極)
負極は、負極集電体及び負極活物質層を含む。負極活物質層は、負極活物質、導電剤及び結着剤を含む。負極活物質層は、負極集電体の片面若しくは両面に形成される。
(Negative electrode)
The negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer. The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder. The negative electrode active material layer is formed on one side or both sides of the negative electrode current collector.

本実施形態における非水電解質電池は、負極として上記第1実施形態に係る電極を用いる。負極活物質としては、単斜晶系β型チタン複合酸化物を用い、その他、スピネル構造のチタン酸リチウム及びラムスデライド型チタン酸リチウムのようなチタン含有酸化物を用いてもよい。   The nonaqueous electrolyte battery in the present embodiment uses the electrode according to the first embodiment as a negative electrode. As the negative electrode active material, a monoclinic β-type titanium composite oxide may be used, and a titanium-containing oxide such as spinel-type lithium titanate and ramsdelide-type lithium titanate may be used.

負極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、負極活物質は70質量%以上96質量%以下、負極導電剤は2質量%以上28質量%以下、結着剤は2質量%以上28質量%以下の範囲であることが好ましい。導電剤が2質量%未満であると、負極活物質層の集電性能が低下し、非水電解質電池の大電流特性が低下する恐れがある。また、結着剤が2質量%未満であると、負極活物質層と負極集電体の結着性が低下し、サイクル特性が低下する恐れがある。一方、高容量化の観点から、導電剤及び結着剤は各々28質量%以下であることが好ましい。   The compounding ratio of the negative electrode active material, the conductive agent and the binder is such that the negative electrode active material is 70% by mass to 96% by mass, the negative electrode conductive agent is 2% by mass to 28% by mass, and the binder is 2% by mass to 28% by mass. It is preferable that it is the range of the mass% or less. If the conductive agent is less than 2% by mass, the current collection performance of the negative electrode active material layer may be reduced, and the large current characteristics of the nonaqueous electrolyte battery may be reduced. On the other hand, if the binder is less than 2% by mass, the binding property between the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector is lowered, and the cycle characteristics may be lowered. On the other hand, from the viewpoint of increasing the capacity, the conductive agent and the binder are each preferably 28% by mass or less.

負極集電体は、1.0 Vよりも貴である電位範囲において電気化学的に安定であるアルミニウム箔若しくはMg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、及びSiのような元素を含むアルミニウム合金箔から形成されることが好ましい。   The negative electrode current collector is either an aluminum foil that is electrochemically stable in a potential range nobler than 1.0 V or an aluminum alloy foil containing elements such as Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. Preferably it is formed.

負極は、例えば次の方法により作製することができる。まず、負極活物質、導電剤及び結着剤を溶媒に懸濁してスラリーを調製する。このスラリーを、負極集電体の片面又は両面に塗布し、乾燥して、負極活物質層を形成する。その後、プレスを施す。或いは、負極活物質、導電剤及び結着剤をペレット状に形成し、負極活物質層として用いることもできる。   The negative electrode can be produced, for example, by the following method. First, a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder are suspended in a solvent to prepare a slurry. This slurry is applied to one or both sides of the negative electrode current collector and dried to form a negative electrode active material layer. Then press. Alternatively, the negative electrode active material, the conductive agent, and the binder can be formed in a pellet shape and used as the negative electrode active material layer.

(正極)
正極は、正極集電体及び正極活物質層を含む。正極活物質層は、正極活物質、導電剤及び結着剤を含む。正極活物質層は、正極集電体の片面若しくは両面に形成される。
(Positive electrode)
The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer. The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder. The positive electrode active material layer is formed on one side or both sides of the positive electrode current collector.

正極活物質として、種々の酸化物、硫化物及びポリマーを使用することができる。   Various oxides, sulfides and polymers can be used as the positive electrode active material.

酸化物の例には、リチウムを吸蔵する二酸化マンガン(MnO2)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物(例えば、LixMn2O4又はLixMnO2)、リチウムニッケル複合酸化物(例えば、LixNiO2)、リチウムコバルト複合酸化物(例えば、LixCoO2)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えば、LiNi1-yCoyO2)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えば、LixMnyCo1-yO2)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(例えば、LiNi1-y-zCoyMnzO2)、リチウムニッケルコバルトアルミ複合酸化物(例えば、LiNi1-y-zCoyAlzO2)、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物(例えば、LixMn2-yNiyO4)、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物(例えば、LixFePO4、LixFe1-yMnyPO4、LixCoPO4)、硫酸鉄(Fe2(SO4)3)、及びバナジウム酸化物(例えば、V2O5)が含まれる。上記において、0<x≦1であり、0≦y≦1であり、0≦z≦1であることが好ましい。活物質として、これらの化合物を単独で用いてもよく、或いは、複数の化合物を組合せて用いてもよい。 Examples of oxides include manganese dioxide (MnO 2 ) that occludes lithium, iron oxide, copper oxide, nickel oxide, lithium manganese composite oxide (eg, Li x Mn 2 O 4 or Li x MnO 2 ), lithium nickel Complex oxide (eg Li x NiO 2 ), lithium cobalt complex oxide (eg Li x CoO 2 ), lithium nickel cobalt complex oxide (eg LiNi 1-y Co y O 2 ), lithium manganese cobalt complex oxidation objects (e.g., Li x Mn y Co 1- y O 2), lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide (e.g., LiNi 1-yz Co y Mn z O 2), lithium nickel cobalt aluminum composite oxide (e.g., LiNi 1 -yz Co y Al z O 2 ), lithium manganese nickel composite oxide having a spinel structure (eg, Li x Mn 2 -y Ni y O 4 ), lithium phosphorus oxide having an olivine structure (eg, Li x FePO 4 , Li x Fe 1-y Mn y PO 4 , Li x CoPO 4 ), iron sulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 ), and vanadium oxide (eg, V 2 O 5 ). In the above, 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, and 0 ≦ z ≦ 1 are preferable. As the active material, these compounds may be used alone, or a plurality of compounds may be used in combination.

また、ポリアニリン及びポリピロールのような導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料、イオウ(S)、フッ化カーボンのような有機材料及び無機材料を正極活物質として用いることもできる。   In addition, conductive polymer materials such as polyaniline and polypyrrole, disulfide-based polymer materials, organic materials such as sulfur (S) and carbon fluoride, and inorganic materials can also be used as the positive electrode active material.

正極活物質は、上記の化合物を単独で又は組合せて用いることができる。   As the positive electrode active material, the above compounds can be used alone or in combination.

高い正極電圧が得られる活物質がより好ましく、その例には、リチウムマンガン複合酸化物(LixMn2O4)、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物(LixMn2-yNiyO4)、リチウムニッケル複合酸化物(LixNiO2)、リチウムコバルト複合酸化物(LixCoO2)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(LixNi1-yCoyO2)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(LixMnyCo1-yO2)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(例えばLiNi1-y-zCoyMnzO2)及びリチウムリン酸鉄(LixFePO4)が含まれる。上記において、0<x≦1であり、0≦y≦1であり、0≦z≦1であることが好ましい。 An active material capable of obtaining a high positive electrode voltage is more preferable. Examples thereof include lithium manganese composite oxide (Li x Mn 2 O 4 ) and lithium manganese nickel composite oxide having a spinel structure (Li x Mn 2-y Ni y O 4 ), lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ), lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel cobalt composite oxide (Li x Ni 1-y CoyO 2 ), lithium manganese cobalt composite oxide things (Li x Mn y Co 1- y O 2), contained lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide (e.g., LiNi 1-yz Co y Mn z O 2) and lithium iron phosphate (Li x FePO 4) is. In the above, 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, and 0 ≦ z ≦ 1 are preferable.

導電剤は、集電性能を高め、且つ活物質と集電体との接触抵抗を抑える。導電剤の例には、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノファイバー、及びカーボンナノチューブのような炭素質物が含まれる。   The conductive agent improves the current collecting performance and suppresses the contact resistance between the active material and the current collector. Examples of the conductive agent include carbonaceous materials such as acetylene black, carbon black, graphite, carbon nanofiber, and carbon nanotube.

結着剤は、活物質、導電剤、及び集電体とを結着させる。結着剤の例には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、及びフッ素系ゴムが含まれる。   The binder binds the active material, the conductive agent, and the current collector. Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), and fluorine-based rubber.

正極層中の活物質、導電剤及び結着剤は、それぞれ80質量%以上95質量%以下、3質量%以上18質量%以下、及び2質量%以上17質量%以下の割合で配合することが好ましい。導電剤は、3質量%以上の量にすることにより上述した効果を発揮することができる。導電剤は、18質量%以下の量にすることにより高温保存下での導電剤表面での非水電解質の分解を低減することができる。結着剤は、2質量%以上の量にすることにより十分な正極強度が得られる。結着剤は、17質量%以下の量にすることにより、正極中の絶縁材料である結着剤の配合量を減少させ、内部抵抗を減少できる。   The active material, the conductive agent, and the binder in the positive electrode layer may be blended at a ratio of 80% by mass to 95% by mass, 3% by mass to 18% by mass, and 2% by mass to 17% by mass, respectively. preferable. The conductive agent can exhibit the above-described effects by adjusting the amount to 3% by mass or more. By making the amount of the conductive agent 18% by mass or less, the decomposition of the nonaqueous electrolyte on the surface of the conductive agent under high temperature storage can be reduced. A sufficient positive electrode strength can be obtained by adjusting the amount of the binder to 2% by mass or more. By setting the binder to an amount of 17% by mass or less, the amount of the binder, which is an insulating material in the positive electrode, can be reduced, and the internal resistance can be reduced.

正極集電体は、アルミニウム箔、又は、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、及びSiから選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金箔であることが好ましい。   The positive electrode current collector is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil containing one or more elements selected from Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si.

正極は、例えば次の方法により作製することができる。まず、正極活物質、導電剤及び結着剤を溶媒に懸濁してスラリーを調製する。このスラリーを、正極集電体の片面又は両面に塗布し、乾燥して、正極活物質層を形成する。その後、プレスを施す。或いは、正極活物質、導電剤及び結着剤をペレット状に形成し、正極活物質層として用いることもできる。   The positive electrode can be produced, for example, by the following method. First, a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder are suspended in a solvent to prepare a slurry. This slurry is applied to one or both sides of the positive electrode current collector and dried to form a positive electrode active material layer. Then press. Alternatively, the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder can be formed in a pellet shape and used as the positive electrode active material layer.

(非水電解質)
非水電解質としては、液状非水電解質又はゲル状非水電解質を用いることができる。液状非水電解質は、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される。電解質の濃度は、0.5〜2.5 mol/lの範囲であることが好ましい。ゲル状非水電解質は、液状電解質と高分子材料を複合化することにより調製される。
(Nonaqueous electrolyte)
As the non-aqueous electrolyte, a liquid non-aqueous electrolyte or a gel non-aqueous electrolyte can be used. The liquid non-aqueous electrolyte is prepared by dissolving the electrolyte in an organic solvent. The concentration of the electrolyte is preferably in the range of 0.5 to 2.5 mol / l. The gel-like nonaqueous electrolyte is prepared by combining a liquid electrolyte and a polymer material.

電解質の例には、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、及び、ビストリフルオロメチルスルホニルイミトリチウム[LiN(CF3SO2)]のようなリチウム塩が含まれる。これらの電解質は、単独で又は2種類以上を組合せて用いることができる。電解質は、LiN(CF3SO2)2を含むことが好ましい。 Examples of electrolytes include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium arsenic hexafluoride (LiAsF 6 ), trifluorometa Lithium salts such as lithium sulfonate (LiCF 3 SO 3 ) and bistrifluoromethylsulfonylimitolithium [LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ] are included. These electrolytes can be used alone or in combination of two or more. The electrolyte preferably contains LiN (CF 3 SO 2 ) 2 .

有機溶媒の例には、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ビニレンカーボネートのような環状カーボネート;ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、メチルエチルカーボネート(MEC)のような鎖状カーボネート;テトラヒドロフラン(THF)、2メチルテトラヒドロフラン(2MeTHF)、ジオキソラン(DOX)のような環状エーテル;ジメトキシエタン(DME)、ジエトエタン(DEE)のような鎖状エーテル;γ−ブチロラクトン(GBL)、アセトニトリル(AN)、及び、スルホラン(SL)が含まれる。これらの有機溶媒は、単独で又は2種類以上を組合せて用いることができる。   Examples of organic solvents include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), cyclic carbonates such as vinylene carbonate; diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), chain like methyl ethyl carbonate (MEC) Carbonates; cyclic ethers such as tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran (2MeTHF), dioxolane (DOX); chain ethers such as dimethoxyethane (DME) and dietoethane (DEE); γ-butyrolactone (GBL), acetonitrile ( AN) and sulfolane (SL). These organic solvents can be used alone or in combination of two or more.

より好ましい有機溶媒の例には、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、及びメチルエチルカーボネート(MEC)よりなる群から選択される2種以上を混合した混合溶媒、及び、γ−ブチロラクトン(GBL)を含む混合溶媒が含まれる。このような混合溶媒を用いることによって、低温特性の優れた非水電解質電池を得ることができる。   Examples of more preferable organic solvents include two or more selected from the group consisting of propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and methyl ethyl carbonate (MEC). And a mixed solvent containing γ-butyrolactone (GBL). By using such a mixed solvent, a nonaqueous electrolyte battery having excellent low temperature characteristics can be obtained.

高分子材料の例には、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、及びポリエチレンオキサイド(PEO)が含まれる。   Examples of the polymer material include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), and polyethylene oxide (PEO).

(セパレータ)
セパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース及びポリフッ化ビニリデン(PVdF)のような材料から形成された多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を用いることができる。中でも、ポリエチレン又はポリプロピレンからなる多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能であり、安全性向上の観点から好ましい。
(Separator)
As the separator, for example, a porous film formed from a material such as polyethylene, polypropylene, cellulose, and polyvinylidene fluoride (PVdF), a synthetic resin nonwoven fabric, and the like can be used. Among these, a porous film made of polyethylene or polypropylene is preferable from the viewpoint of improving safety because it can be melted at a constant temperature to interrupt the current.

(外装部材)
外装部材としては、ラミネートフィルム製の袋状容器又は金属製容器が用いられる。
(Exterior material)
As the exterior member, a laminated film bag-like container or a metal container is used.

形状としては、扁平型、角型、円筒型、コイン型、ボタン型、シート型、積層型等が挙げられる。なお、無論、携帯用電子機器等に積載される小型電池の他、二輪乃至四輪の自動車等に積載される大型電池でも良い。   Examples of the shape include a flat type, a square type, a cylindrical type, a coin type, a button type, a sheet type, and a laminated type. Of course, in addition to a small battery mounted on a portable electronic device or the like, a large battery mounted on a two-wheel to four-wheel automobile or the like may be used.

ラミネートフィルムとしては、樹脂フィルム間に金属層を介在した多層フィルムが用いられる。金属層は、軽量化のためにアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔が好ましい。樹脂フィルムには、例えばポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、及びポリエチレンテレフタレート(PET)のような高分子材料を用いることができる。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行って外装部材の形状に成形することができる。ラミネートフィルムは、肉厚が0.2mm以下であることが好ましい。   As the laminate film, a multilayer film in which a metal layer is interposed between resin films is used. The metal layer is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil for weight reduction. For the resin film, for example, a polymer material such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, and polyethylene terephthalate (PET) can be used. The laminate film can be formed into the shape of an exterior member by sealing by heat sealing. The laminate film preferably has a thickness of 0.2 mm or less.

金属製容器は、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成されることができる。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛及びケイ素のような元素を含むことが好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロム等の遷移金属の含有量は100 ppm以下にすることが好ましい。これにより、高温環境下での長期信頼性、放熱性を飛躍的に向上させることが可能となる。金属製容器は、肉厚が0.5mm以下であることが好ましく、肉厚が0.2mm以下であることがより好ましい。   The metallic container can be formed from aluminum or an aluminum alloy. The aluminum alloy preferably contains elements such as magnesium, zinc and silicon. On the other hand, the content of transition metals such as iron, copper, nickel and chromium is preferably 100 ppm or less. Thereby, it becomes possible to dramatically improve long-term reliability and heat dissipation in a high temperature environment. The metal container preferably has a thickness of 0.5 mm or less, and more preferably has a thickness of 0.2 mm or less.

(正極端子)
正極端子は、リチウムイオン金属に対する電位が3.0V以上4.5V以下の範囲において電気的に安定であり、且つ導電性を有する材料から形成される。アルミニウム、或いは、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu及びSiのような元素を含むアルミニウム合金から形成されることが好ましい。正極端子は、正極集電体との接触抵抗を低減するために、正極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。
(Positive terminal)
The positive electrode terminal is formed of a material that is electrically stable and has electrical conductivity in a range where the potential with respect to the lithium ion metal is 3.0 V or more and 4.5 V or less. It is preferably formed from aluminum or an aluminum alloy containing elements such as Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu and Si. The positive electrode terminal is preferably formed of the same material as the positive electrode current collector in order to reduce contact resistance with the positive electrode current collector.

(負極端子)
負極端子は、リチウムイオン金属に対する電位が1.0V以上3.0V以下の範囲において電気的に安定であり、かつ導電性を有する材料から形成される。アルミニウム、又は、Mg,Ti,Zn,Mn,Fe,Cu,Siのような元素を含むアルミニウム合金から形成されることが好ましい。負極端子は、負極集電体との接触抵抗を低減するために、負極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。
(Negative terminal)
The negative electrode terminal is formed of a material that is electrically stable and has conductivity in a range where the potential with respect to the lithium ion metal is 1.0 V or more and 3.0 V or less. It is preferably formed from aluminum or an aluminum alloy containing elements such as Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. The negative electrode terminal is preferably formed from the same material as the negative electrode current collector in order to reduce the contact resistance with the negative electrode current collector.

上記の実施形態によれば、入出力特性が向上された非水電解質電池を提供することができる。   According to the above embodiment, a non-aqueous electrolyte battery with improved input / output characteristics can be provided.

(第3実施形態)
次に、第3実施形態に係る電池パックについて、図面を参照して説明する。電池パックは、上記第2実施形態に係る非水電解質電池(単電池)を1個又は複数有する。複数の単電池を含む場合、各単電池は、電気的に直列もしくは並列に接続して配置される。
(Third embodiment)
Next, a battery pack according to a third embodiment will be described with reference to the drawings. The battery pack includes one or a plurality of nonaqueous electrolyte batteries (unit cells) according to the second embodiment. When a plurality of unit cells are included, each unit cell is electrically connected in series or in parallel.

図3及び図4に、扁平型電池を複数含む電池パックの一例を示す。図3は、電池パック20の分解斜視図である。図4は、図3の電池パック20の電気回路を示すブロック図である。   3 and 4 show an example of a battery pack including a plurality of flat batteries. FIG. 3 is an exploded perspective view of the battery pack 20. FIG. 4 is a block diagram showing an electric circuit of the battery pack 20 of FIG.

複数の単電池21は、外部に延出した正極端子18及び負極端子19が同じ向きに揃えられるように積層され、粘着テープ22で締結することにより組電池23を構成している。これらの単電池21は、図4に示すように互いに電気的に直列に接続されている。   The plurality of single cells 21 are stacked such that the positive electrode terminal 18 and the negative electrode terminal 19 extending to the outside are aligned in the same direction, and are fastened with an adhesive tape 22 to constitute an assembled battery 23. These unit cells 21 are electrically connected to each other in series as shown in FIG.

プリント配線基板24は、正極端子18及び負極端子19が延出する単電池21側面と対向して配置されている。プリント配線基板24には、図4に示すようにサーミスタ25、保護回路26及び外部機器への通電用端子27が搭載されている。なお、組電池23と対向するプリント配線基板24の面には組電池23の配線と不要な接続を回避するために絶縁板(図示せず)が取り付けられている。   The printed wiring board 24 is disposed to face the side surface of the unit cell 21 from which the positive electrode terminal 18 and the negative electrode terminal 19 extend. As shown in FIG. 4, a thermistor 25, a protection circuit 26, and a terminal 27 for energizing external devices are mounted on the printed wiring board 24. An insulating plate (not shown) is attached to the surface of the printed wiring board 24 facing the assembled battery 23 in order to avoid unnecessary connection with the wiring of the assembled battery 23.

正極側リード28は、組電池23の最下層に位置する正極端子18に接続され、その先端はプリント配線基板24の正極側コネクタ29に挿入されて電気的に接続されている。負極側リード30は、組電池23の最上層に位置する負極端子19に接続され、その先端はプリント配線基板24の負極側コネクタ31に挿入されて電気的に接続されている。これらのコネクタ29,31は、プリント配線基板24に形成された配線32,33を通して保護回路26に接続されている。   The positive electrode side lead 28 is connected to the positive electrode terminal 18 located in the lowermost layer of the assembled battery 23, and the tip thereof is inserted into the positive electrode side connector 29 of the printed wiring board 24 and electrically connected thereto. The negative electrode side lead 30 is connected to the negative electrode terminal 19 located in the uppermost layer of the assembled battery 23, and the tip thereof is inserted into and electrically connected to the negative electrode side connector 31 of the printed wiring board 24. These connectors 29 and 31 are connected to the protection circuit 26 through wirings 32 and 33 formed on the printed wiring board 24.

サーミスタ25は、単電池21の温度を検出するために用いられ、その検出信号は保護回路26に送信される。   The thermistor 25 is used to detect the temperature of the unit cell 21, and the detection signal is transmitted to the protection circuit 26.

保護回路26は、所定の条件で保護回路26と外部機器への通電用端子27との間のプラス側配線34a及びマイナス側配線34bを遮断できる。所定の条件とは、例えばサーミスタ25の検出温度が所定温度以上になったときである。或いは、所定の条件とは、単電池21の過充電、過放電、過電流等を検出したときである。この過充電等の検出は、個々の単電池21について行われてもよく、或いは、複数の単電池21全体について行われてもよい。個々の単電池21を検出する場合、電池電圧を検出してもよいし、正極電位もしくは負極電位を検出してもよい。後者の場合、個々の単電池21中に参照極として用いるリチウム電極が挿入される。図3及び図4の場合、単電池21それぞれに電圧検出のための配線38を接続し、これら配線38を通して検出信号が保護回路26に送信される。本実施形態の電池パックに備えられる電池は、電池電圧の検知による正極又は負極の電位の制御に優れるため、電池電圧を検知する保護回路が好適に用いられる。   The protection circuit 26 can cut off the plus side wiring 34a and the minus side wiring 34b between the protection circuit 26 and the energization terminal 27 to the external device under a predetermined condition. The predetermined condition is, for example, when the temperature detected by the thermistor 25 is equal to or higher than a predetermined temperature. Alternatively, the predetermined condition is when an overcharge, overdischarge, overcurrent, or the like of the cell 21 is detected. The detection of overcharge or the like may be performed for each unit cell 21 or may be performed for the plurality of unit cells 21 as a whole. When detecting each single cell 21, the battery voltage may be detected, or the positive electrode potential or the negative electrode potential may be detected. In the latter case, a lithium electrode used as a reference electrode is inserted into each unit cell 21. In the case of FIGS. 3 and 4, a voltage detection wiring 38 is connected to each of the single cells 21, and a detection signal is transmitted to the protection circuit 26 through these wirings 38. Since the battery provided in the battery pack of the present embodiment is excellent in controlling the potential of the positive electrode or the negative electrode by detecting the battery voltage, a protection circuit for detecting the battery voltage is preferably used.

正極端子18及び負極端子19が突出する側面を除く組電池23の三側面には、ゴムもしくは樹脂からなる保護シート35がそれぞれ配置されている。   Protection sheets 35 made of rubber or resin are respectively disposed on the three side surfaces of the assembled battery 23 excluding the side surfaces from which the positive electrode terminal 18 and the negative electrode terminal 19 protrude.

組電池23は、各保護シート35及びプリント配線基板24と共に収納容器36内に収納される。すなわち、収納容器36の長辺方向の両方の内側面と短辺方向の一方の内側面それぞれに保護シート35が配置され、短辺方向の他方の内側面にプリント配線基板24が配置される。組電池23は、保護シート35及びプリント配線基板24で囲まれた空間内に位置する。蓋37は、収納容器36の上面に取り付けられている。   The assembled battery 23 is stored in the storage container 36 together with each protective sheet 35 and the printed wiring board 24. That is, the protective sheet 35 is disposed on each of the inner side surfaces of the storage container 36 in the long side direction and one inner side surface in the short side direction, and the printed wiring board 24 is disposed on the other inner side surface in the short side direction. The assembled battery 23 is located in a space surrounded by the protective sheet 35 and the printed wiring board 24. The lid 37 is attached to the upper surface of the storage container 36.

なお、組電池23の固定には粘着テープ22に代えて、熱収縮テープを用いてもよい。この場合、組電池の両側面に保護シートを配置し、熱収縮テープを周回させた後、熱収縮テープを熱収縮させて組電池を結束させる。   In addition, instead of the adhesive tape 22, a heat shrink tape may be used for fixing the assembled battery 23. In this case, protective sheets are arranged on both side surfaces of the assembled battery, the heat shrinkable tape is circulated, and then the heat shrinkable tape is heat shrunk to bind the assembled battery.

図3、図4では単電池21を直列接続した形態を示したが、電池容量を増大させるためには並列に接続しても、又は直列接続と並列接続を組み合わせてもよい。組み上がった電池パックをさらに直列、並列に接続することもできる。   3 and 4 show the configuration in which the unit cells 21 are connected in series, but in order to increase the battery capacity, they may be connected in parallel, or a combination of series connection and parallel connection may be used. The assembled battery packs can be further connected in series and in parallel.

上記の実施形態によれば、入出力特性が向上された電池パックを提供することができる。電池パックの態様は用途により適宜変更される。電池パックの用途は、大電流を取り出したときに優れたサイクル特性を示すものが好ましい。具体的には、デジタルカメラの電源用や、二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車、アシスト自転車等の車載用が挙げられる。特に、車載用が好適である。   According to the above embodiment, a battery pack having improved input / output characteristics can be provided. The mode of the battery pack is appropriately changed depending on the application. The battery pack is preferably one that exhibits excellent cycle characteristics when a large current is taken out. Specific examples include a power source for a digital camera, a vehicle for a two- to four-wheel hybrid electric vehicle, a two- to four-wheel electric vehicle, an assist bicycle, and the like. In particular, the vehicle-mounted one is suitable.

(実施例1)
<電極の作製>
単斜晶系β型チタン複合酸化物と、カーボンブラックと、黒鉛と、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、N−メチルピロリドン(NMP)に溶解して電極作製用スラリーを調製した。単斜晶系β型チタン複合酸化物、カーボンブラック、黒鉛、PVdFはそれぞれ、100質量部、5質量部、2.5質量部、7.5質量部の割合で配合した。このスラリーを、アルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより電極を作製した。
Example 1
<Production of electrode>
Monoclinic β-type titanium composite oxide, carbon black, graphite, and polyvinylidene fluoride (PVdF) were dissolved in N-methylpyrrolidone (NMP) to prepare a slurry for electrode preparation. Monoclinic β-type titanium composite oxide, carbon black, graphite, and PVdF were blended in proportions of 100 parts by mass, 5 parts by mass, 2.5 parts by mass, and 7.5 parts by mass, respectively. The slurry was applied to both surfaces of a current collector made of an aluminum foil, dried, and then pressed to prepare an electrode.

単斜晶系β型チタン複合酸化物は、一次粒子の平均粒径が1 μm以下であり、凝集粒子の平均粒径が約10 μmである粉末を用いた。   As the monoclinic β-type titanium composite oxide, a powder having an average primary particle size of 1 μm or less and an average particle size of aggregated particles of about 10 μm was used.

作製した電極を、Cu−Kα線源を用いた粉末X線回折法によって測定した。測定は次のように行う。電池から電極を取り出す際には、はじめに電池を放電状態とする。放電状態とは例えばその電池の推奨下限電圧に達するまで電池を放電した状態である。放電状態の電池を不活性雰囲気(例えばアルゴン雰囲気)で電池の外装部材から電極群を取り出す。電極群を解体し電極だけをとりだし、取り出した電極をX線回折パターンの測定に用いるガラス板の大きさに合うように所定の大きさに切り取る。切り取った電極を例えばメチルエチルカーボネート溶媒で洗浄して電極中のLi塩を溶かし、洗浄後の電極を減圧乾燥し溶媒をとばす。乾燥後の電極を測定用ガラス板にとりつけX線回折測定を実施する。   The produced electrode was measured by a powder X-ray diffraction method using a Cu—Kα ray source. The measurement is performed as follows. When taking out the electrode from the battery, the battery is first discharged. The discharged state is a state in which the battery is discharged until the recommended lower limit voltage of the battery is reached, for example. An electrode group is taken out from the battery outer member of the discharged battery in an inert atmosphere (for example, an argon atmosphere). The electrode group is disassembled and only the electrode is taken out, and the taken-out electrode is cut into a predetermined size so as to match the size of the glass plate used for the measurement of the X-ray diffraction pattern. The cut electrode is washed with, for example, methyl ethyl carbonate solvent to dissolve the Li salt in the electrode, and the washed electrode is dried under reduced pressure to remove the solvent. The dried electrode is attached to a glass plate for measurement and X-ray diffraction measurement is performed.

上記の方法によって測定した結果、ピーク強度比I(020)/I(001)は0.9であった。また、電極密度は2.05 g/cm3であった。 As a result of measurement by the above method, the peak intensity ratio I (020) / I (001) was 0.9. The electrode density was 2.05 g / cm 3 .

<評価用セルの作製>
乾燥アルゴン中で評価用セルを作製した。上記で作製した電極を作用極として用い、Li金属を対極として用いた。これらを、グラスフィルター(セパレータ)を介して対向させ、作用極及び対極に接触しないように、リチウム金属からなる参照極を挿入した。
<Production of evaluation cell>
An evaluation cell was prepared in dry argon. The electrode produced above was used as a working electrode, and Li metal was used as a counter electrode. These were opposed to each other through a glass filter (separator), and a reference electrode made of lithium metal was inserted so as not to contact the working electrode and the counter electrode.

上記の部材を3極式ガラスセルに入れ、作用極、対極、参照極の夫々をガラスセルの端子に接続し、電解液を注ぎ、セパレータと電極に充分に電解液が含浸された状態で、ガラス容器を密閉した。なお、電解液の溶媒にはエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)を体積比率1:2で混合した混合溶媒を用いた。電解質にはLiPF6を用いた。混合溶媒にLiPF6を1.0mol/Lの濃度で溶解させて電解液を調製した。 Put the above member in a three-electrode glass cell, connect each of the working electrode, counter electrode, and reference electrode to the terminals of the glass cell, pour the electrolyte, and fully impregnate the separator and the electrode with the electrolyte, The glass container was sealed. In addition, the solvent of electrolyte solution used the mixed solvent which mixed ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) by the volume ratio 1: 2. LiPF 6 was used as the electrolyte. An electrolyte solution was prepared by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent at a concentration of 1.0 mol / L.

(実施例2)
プレス圧を調整し、ピーク強度比I(020)/I(001)を0.69とし、電極密度を2.25 g/cm3とした以外は、実施例1と同様に評価用セルを作製した。
(Example 2)
An evaluation cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pressing pressure was adjusted, the peak intensity ratio I (020) / I (001) was 0.69, and the electrode density was 2.25 g / cm 3 .

(実施例3)
プレス圧を調整し、ピーク強度比I(020)/I(001)を0.60とし、電極密度を2.33 g/cm3とした以外は、実施例1と同様に評価用セルを作製した。
(Example 3)
An evaluation cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pressing pressure was adjusted, the peak intensity ratio I (020) / I (001) was 0.60, and the electrode density was 2.33 g / cm 3 .

(実施例4)
プレス圧を調整し、ピーク強度比I(020)/I(001)を1.17とし、電極密度を1.23 g/cm3とした以外は、実施例1と同様に評価用セルを作製した。
Example 4
An evaluation cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pressing pressure was adjusted, the peak intensity ratio I (020) / I (001) was 1.17, and the electrode density was 1.23 g / cm 3 .

(実施例5)
単斜晶系β型チタン複合酸化物と、カーボンブラックと、黒鉛と、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(SBR)を、水に溶解して電極作製用スラリーを調製した。単斜晶系β型チタン複合酸化物、カーボンブラック、黒鉛、カルボキシメチルセルロース(CMC)、スチレンブタジエンゴム(SBR)はそれぞれ、
100質量部、5質量部、2.5質量部、3質量部、3質量部の割合で配合した。このスラリーを、アルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより電極を作製した。なお、CMCは増粘剤として用いた。
(Example 5)
Monoclinic β-type titanium composite oxide, carbon black, graphite, carboxymethylcellulose (CMC), and styrene butadiene rubber (SBR) were dissolved in water to prepare a slurry for electrode preparation. Monoclinic β-type titanium composite oxide, carbon black, graphite, carboxymethyl cellulose (CMC), and styrene butadiene rubber (SBR) are
100 parts by mass, 5 parts by mass, 2.5 parts by mass, 3 parts by mass, and 3 parts by mass were blended. The slurry was applied to both surfaces of a current collector made of an aluminum foil, dried, and then pressed to prepare an electrode. CMC was used as a thickener.

作製した電極を、Cu−Kα線源を用いた粉末X線回折法によって測定したところ、ピーク強度比I(020)/I(001)は0.71であった。また、電極密度は2.30 g/cm3であった。 When the produced electrode was measured by a powder X-ray diffraction method using a Cu—Kα ray source, the peak intensity ratio I (020) / I (001) was 0.71. The electrode density was 2.30 g / cm 3 .

(実施例6)
プレス圧を調整し、ピーク強度比I(020)/I(001)を0.61とし、電極密度を2.50 g/cm3とした以外は、実施例5と同様に評価用セルを作製した。
(Example 6)
An evaluation cell was prepared in the same manner as in Example 5 except that the pressing pressure was adjusted, the peak intensity ratio I (020) / I (001) was 0.61, and the electrode density was 2.50 g / cm 3 .

(実施例7)
プレス圧を調整し、ピーク強度比I(020)/I(001)を1.20とし、電極密度を1.60 g/cm3とした以外は、実施例5と同様に評価用セルを作製した。
(Example 7)
An evaluation cell was prepared in the same manner as in Example 5 except that the pressing pressure was adjusted, the peak intensity ratio I (020) / I (001) was 1.20, and the electrode density was 1.60 g / cm 3 .

(比較例1)
プレス圧を調整し、ピーク強度比I(020)/I(001)を0.52とし、電極密度を2.43 g/cm3とした以外は、実施例5と同様に評価用セルを作製した。
(Comparative Example 1)
An evaluation cell was prepared in the same manner as in Example 5 except that the pressing pressure was adjusted, the peak intensity ratio I (020) / I (001) was 0.52, and the electrode density was 2.43 g / cm 3 .

(比較例2)
プレス圧を調整し、ピーク強度比I(020)/I(001)を0.56とし、電極密度を2.54 g/cm3とした以外は、実施例5と同様に評価用セルを作製した。
(Comparative Example 2)
An evaluation cell was prepared in the same manner as in Example 5 except that the pressing pressure was adjusted, the peak intensity ratio I (020) / I (001) was 0.56, and the electrode density was 2.54 g / cm 3 .

(実施例8)
平均粒径が約10 μmである、一次粒子の状態の単斜晶系β型チタン複合酸化物を用いた以外は、実施例1と同様に評価用セルを作製した。ピーク強度比I(020)/I(001)は0.71であった。電極密度は2.00 g/cm3であった。
(Example 8)
An evaluation cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that a monoclinic β-type titanium composite oxide in the form of primary particles having an average particle diameter of about 10 μm was used. The peak intensity ratio I (020) / I (001) was 0.71. The electrode density was 2.00 g / cm 3 .

(実施例9)
プレス圧を調整し、ピーク強度比I(020)/I(001)を1.02とし、電極密度を1.30 g/cm3とした以外は、実施例8と同様に評価用セルを作製した。
Example 9
An evaluation cell was prepared in the same manner as in Example 8, except that the pressing pressure was adjusted, the peak intensity ratio I (020) / I (001) was 1.02, and the electrode density was 1.30 g / cm 3 .

(実施例10)
プレス圧を調整し、ピーク強度比I(020)/I(001)を0.60とし、電極密度を2.11 g/cm3とした以外は、実施例8と同様に評価用セルを作製した。
(Example 10)
An evaluation cell was prepared in the same manner as in Example 8, except that the pressing pressure was adjusted, the peak intensity ratio I (020) / I (001) was 0.60, and the electrode density was 2.11 g / cm 3 .

(比較例3)
プレス圧を調整し、ピーク強度比I(020)/I(001)を0.48とし、電極密度を2.23 g/cm3とした以外は、実施例8と同様に評価用セルを作製した。
(Comparative Example 3)
An evaluation cell was prepared in the same manner as in Example 8, except that the pressing pressure was adjusted, the peak intensity ratio I (020) / I (001) was 0.48, and the electrode density was 2.23 g / cm 3 .

<ガラスセルの充放電試験>
作製したセルを用いて、25℃環境において充放電試験を行った。0.2C放電容量と、3C放電容量を測定し、0.2C放電容量に対する3C放電容量の割合を3C/0.2C容量比(%)として表1に記載した。このとき充電はいずれも1Cで行った。ここで1Cとは活物質重量あたりの容量240mAh/gを1時間で充電および放電する電流値を表す。充電は定電流定電圧モードで行い、電圧が1.0 vs. Li/Li+となった時点で定電圧充電になり、電流値が0.05 Cの電流値となった点で充電を終了する。放電は定電流モードで行い、放電終止電圧は3.0 V vs. Li/Li+とした。また、表1には3C放電容量(mAh/cm3)を示した。

Figure 0005851547
<Charge / discharge test of glass cell>
A charge / discharge test was conducted in a 25 ° C. environment using the produced cell. The 0.2C discharge capacity and the 3C discharge capacity were measured, and the ratio of the 3C discharge capacity to the 0.2C discharge capacity is shown in Table 1 as a 3C / 0.2C capacity ratio (%). At this time, charging was performed at 1C. Here, 1 C represents a current value for charging and discharging a capacity of 240 mAh / g per weight of the active material in one hour. Charging is performed in the constant current / constant voltage mode. When the voltage reaches 1.0 vs. Li / Li + , the constant voltage charging is performed, and the charging is terminated when the current value becomes 0.05 C. Discharging was performed in a constant current mode, and the final discharge voltage was 3.0 V vs. Li / Li + . Table 1 shows the 3C discharge capacity (mAh / cm 3 ).
Figure 0005851547

実施例1〜4は比較例1と比べて容量比が高かった。よって、実施例1〜4のように、ピーク強度比I(020)/I(001)が0.6以上であることにより、入出力特性に優れることが示された。一方、比較例1は、ピーク強度比I(020)/I(001)が0.52と小さく、単斜晶系β型チタン複合酸化物の(020)面が減少していることが示されている。その結果、リチウムの挿入脱離が起こりにくくなり、容量比が低下したものと考えられる。   In Examples 1 to 4, the capacity ratio was higher than that in Comparative Example 1. Therefore, it was shown that when the peak intensity ratio I (020) / I (001) is 0.6 or more as in Examples 1 to 4, the input / output characteristics are excellent. On the other hand, Comparative Example 1 shows that the peak intensity ratio I (020) / I (001) is as small as 0.52, and the (020) plane of the monoclinic β-type titanium composite oxide is reduced. . As a result, lithium insertion / extraction is less likely to occur, and the capacity ratio is considered to have decreased.

また、実施例1〜3は、電極密度が2.0 g/cm3未満である実施例4と比較して、3Cにおける体積あたりの放電容量が高かった。このことから、電極密度が2.0 g/cm3以上であると高いエネルギー密度が得られることが示された。 In addition, Examples 1 to 3 had a higher discharge capacity per volume at 3C than Example 4 in which the electrode density was less than 2.0 g / cm 3 . From this, it was shown that a high energy density can be obtained when the electrode density is 2.0 g / cm 3 or more.

比較例1は、電極密度が2.0 g/cm3以上であるものの、電極密度が近い実施例3と比べて3C放電容量が小さかった。これは、I(020)/I(001)が小さいことにより入出力特性が劣るためと考えられる。 In Comparative Example 1, although the electrode density was 2.0 g / cm 3 or more, the 3C discharge capacity was smaller than that in Example 3 where the electrode density was close. This is presumably because the input / output characteristics are inferior due to the small I (020) / I (001).

実施例5〜7は比較例2と比べて容量比が高かった。よって、実施例5〜7のように、ピーク強度比I(020)/I(001)が0.6以上であることにより、入出力特性に優れることが示された。一方、比較例2は、ピーク強度比I(020)/I(001)が0.56と小さく、単斜晶系β型チタン複合酸化物の(020)面が減少していることが示されている。その結果、リチウムの挿入脱離が起こりにくくなり、容量比が低下したものと考えられる。   In Examples 5 to 7, the capacity ratio was higher than that in Comparative Example 2. Therefore, it was shown that when the peak intensity ratio I (020) / I (001) is 0.6 or more as in Examples 5 to 7, the input / output characteristics are excellent. On the other hand, Comparative Example 2 shows that the peak intensity ratio I (020) / I (001) is as small as 0.56, and the (020) plane of the monoclinic β-type titanium composite oxide is reduced. . As a result, lithium insertion / extraction is less likely to occur, and the capacity ratio is considered to have decreased.

また、実施例5〜6は、電極密度が2.0 g/cm3未満である実施例7と比較して、3C放電容量が高かった。このことから、電極密度が2.0 g/cm3以上であると高いエネルギー密度が得られることが示された。 In addition, in Examples 5 to 6, the 3C discharge capacity was higher than that in Example 7 in which the electrode density was less than 2.0 g / cm 3 . From this, it was shown that a high energy density can be obtained when the electrode density is 2.0 g / cm 3 or more.

比較例2は、電極密度が2.0 g/cm3以上であるものの、同程度の電極密度を有する実施例6と比べて3C放電容量が小さかった。これは、I(020)/I(001)が小さいことにより入出力特性が劣るためと考えられる。 In Comparative Example 2, although the electrode density was 2.0 g / cm 3 or more, the 3C discharge capacity was small as compared with Example 6 having the same electrode density. This is presumably because the input / output characteristics are inferior due to the small I (020) / I (001).

また、結着剤としてSBRを用いた実施例5〜7は、結着剤としてPVdFを用いた実施例1〜4と比較して、同程度のピーク強度比I(020)/I(001)を有する場合であっても電極密度が高かった。よって、結着剤としてSBRを用いることにより、ピーク強度比I(020)/I(001)に与える影響を低減しながら電極密度を上昇できることが示された。   In addition, Examples 5 to 7 using SBR as the binder are comparable in peak intensity ratio I (020) / I (001) to Examples 1 to 4 using PVdF as the binder. The electrode density was high even when it had. Therefore, it was shown that by using SBR as a binder, the electrode density can be increased while reducing the influence on the peak intensity ratio I (020) / I (001).

また、実施例8〜10は比較例3と比べて容量比が高かった。よって、一次粒子の形態である単斜晶系β型チタン複合酸化物を用いた場合においても、I(020)/I(001)が0.6以上であることで、高い入出力特性が得られることが示された。   In addition, Examples 8 to 10 had a higher capacity ratio than Comparative Example 3. Therefore, even when using monoclinic β-type titanium composite oxide in the form of primary particles, high I / O characteristics can be obtained when I (020) / I (001) is 0.6 or more. It has been shown.

また、実施例8及び10は、電極密度が2.0 g/cm3未満である実施例9と比較して、3C放電容量が高かった。このことから、電極密度が2.0 g/cm3以上であると高いエネルギー密度が得られることが示された。 In addition, Examples 8 and 10 had a higher 3C discharge capacity than Example 9 in which the electrode density was less than 2.0 g / cm 3 . From this, it was shown that a high energy density can be obtained when the electrode density is 2.0 g / cm 3 or more.

比較例3は、電極密度が2.0 g/cm3以上であるものの、比較的近い電極密度を有する実施例10と比べて3C放電容量が小さかった。これは、I(020)/I(001)が小さいことにより入出力特性が劣るためと考えられる。 In Comparative Example 3, although the electrode density was 2.0 g / cm 3 or more, the 3C discharge capacity was small as compared with Example 10 having a relatively close electrode density. This is presumably because the input / output characteristics are inferior due to the small I (020) / I (001).

<電極密度とエネルギー密度の関係>
実施例1〜10及び比較例1〜3の電極密度と3C放電容量(mAh/cm3)の関係を図5に示した。図5から、電極密度が高いほど3C放電容量が高い傾向があることが分かる。特に電極密度が2.0 g/cm3以上2.5 g/cm3以下の範囲において高い放電容量が得られることが示されている。
<Relationship between electrode density and energy density>
The relationship between the electrode density and the 3C discharge capacity (mAh / cm 3 ) of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 3 is shown in FIG. From FIG. 5, it can be seen that the higher the electrode density, the higher the 3C discharge capacity. In particular, it has been shown that a high discharge capacity can be obtained when the electrode density is in the range of 2.0 g / cm 3 to 2.5 g / cm 3 .

<粉末X線回折測定>
図6に、実施例1で作製した電極と、比較例1で作製した電極の粉末X線回折図を示した。測定は、Cu−Kα線源を用い、上記で説明したように行った。図5において、(020)面に由来するピークは2θが48.0〜49.0°の範囲に表れており、(001)面に由来するピークは2θが13.8〜14.8°の範囲に表れている。実施例1は、比較例1よりも(020)面に由来するピークが大きく、これによって、比較例1よりも高いピーク強度比I(020)/I(001)が得られている。
<Powder X-ray diffraction measurement>
FIG. 6 shows powder X-ray diffraction patterns of the electrode produced in Example 1 and the electrode produced in Comparative Example 1. The measurement was performed as described above using a Cu—Kα radiation source. In FIG. 5, the peak derived from the (020) plane appears in a range of 2θ of 48.0 to 49.0 °, and the peak derived from the (001) plane has a 2θ of 13.8 to 14.8 °. Appears in range. In Example 1, the peak derived from the (020) plane is larger than in Comparative Example 1, and as a result, a higher peak intensity ratio I (020) / I (001) than in Comparative Example 1 is obtained.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

[付記]
[項1] 集電体と、前記集電体上に配置される活物質層と、を含む非水電解質電池用電極であって、 前記活物質層は単斜晶系β型チタン複合酸化物を含み、 前記電極は、Cu−Kα線源を用いた粉末X線回折法によって得られるピークの強度比I(020)/I(001)が下式(I)を満たす、非水電解質電池用電極:
0.6≦I(020)/I(001)≦1.2 (I)
式中、I(020)は、前記電極を前記粉末X線回折法により測定した時に得られる、単斜晶系β型チタン複合酸化物の(020)面に由来するピークの強度であり、I(001)は、前記電極を前記粉末X線回折法により測定した時に得られる、単斜晶系β型チタン複合酸化物の(001)面に由来するピークの強度である。
[項2] 電極密度が2.0 g/cm3以上2.5 g/cm3以下であること特徴とする項1に記載の非水電解質電池用電極。
[項3] さらにスチレンブタジエンゴムを含むことを特徴とする、項1又は2に記載の非水電解質電池用電極。
[項4] 項1〜3のいずれか一項に記載の電極を負極として含み、さらに、正極と、非水電解質とを含むことを特徴とする非水電解質電池。
[項5] 項4に記載の非水電解質電池を含むことを特徴とする電池パック。
[Appendix]
[Item 1] A non-aqueous electrolyte battery electrode comprising a current collector and an active material layer disposed on the current collector, wherein the active material layer is a monoclinic β-type titanium composite oxide The electrode has a peak intensity ratio I (020) / I (001) obtained by a powder X-ray diffraction method using a Cu-Kα radiation source and satisfies the following formula (I): electrode:
0.6 ≦ I (020) / I (001) ≦ 1.2 (I)
In the formula, I (020) is the intensity of the peak derived from the (020) plane of the monoclinic β-type titanium composite oxide obtained when the electrode is measured by the powder X-ray diffraction method. (001) is the intensity of the peak derived from the (001) plane of the monoclinic β-type titanium composite oxide obtained when the electrode is measured by the powder X-ray diffraction method.
[Item 2] The electrode for a non-aqueous electrolyte battery according to Item 1, wherein the electrode density is 2.0 g / cm 3 or more and 2.5 g / cm 3 or less.
[Item 3] The electrode for a nonaqueous electrolyte battery according to Item 1 or 2, further comprising styrene-butadiene rubber.
[Item 4] A nonaqueous electrolyte battery comprising the electrode according to any one of Items 1 to 3 as a negative electrode, and further including a positive electrode and a nonaqueous electrolyte.
[Item 5] A battery pack comprising the nonaqueous electrolyte battery according to Item 4.

1…電池、2…外装部材、3…捲回電極群、4…正極、4a…正極集電体、4b…正極活物質層、5…負極、5a…負極集電体、5b…負極活物質層、6…セパレータ、7…正極端子、8…負極端子、20…電池パック、21…電池単体、22…組電池、23…粘着テープ、24…プリント配線基板、25…サーミスタ、26…保護回路、27…端子、28…正極側配線、29…正極側コネクタ、30…負極側配線、31…負極側コネクタ、31a…プラス側配線、31b…マイナス側配線、32,33…配線、35…保護シート、36…収納容器、37…蓋。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery, 2 ... Exterior member, 3 ... Winding electrode group, 4 ... Positive electrode, 4a ... Positive electrode collector, 4b ... Positive electrode active material layer, 5 ... Negative electrode, 5a ... Negative electrode collector, 5b ... Negative electrode active material Layer, 6 ... separator, 7 ... positive electrode terminal, 8 ... negative electrode terminal, 20 ... battery pack, 21 ... single battery, 22 ... assembled battery, 23 ... adhesive tape, 24 ... printed circuit board, 25 ... thermistor, 26 ... protection circuit 27 ... Terminal, 28 ... Positive side wiring, 29 ... Positive side connector, 30 ... Negative side wiring, 31 ... Negative side connector, 31a ... Positive side wiring, 31b ... Negative side wiring, 32, 33 ... Wiring, 35 ... Protection Sheet, 36 ... storage container, 37 ... lid.

Claims (5)

外装部材と、前記外装部材内に収納された電極群及び非水電解質とを含む非水電解質電池であって、
前記外装部材は、ラミネートフィルム製容器及び金属製容器から選択され、
前記電極群は、負極集電体と、前記負極集電体上に配置される負極活物質層とを含む負極、及び、正極集電体と、前記正極集電体上に配置される正極活物質層とを含む正極を含み、
前記負極活物質層は単斜晶系β型チタン複合酸化物を含み、
前記負極は、Cu−Kα線源を用いた粉末X線回折法によって得られるピークの強度比I(020)/I(001)が下式(I)を満たす、非水電解質電池:
0.6≦I(020)/I(001)≦1.2 (I)
式中、
I(020)は、前記負極を前記粉末X線回折法により測定した時に得られる、単斜晶系β型チタン複合酸化物の(020)面に由来するピークの強度であり、
I(001)は、前記負極を前記粉末X線回折法により測定した時に得られる、単斜晶系β型チタン複合酸化物の(001)面に由来するピークの強度である。
A non-aqueous electrolyte battery including an exterior member, and an electrode group and a non-aqueous electrolyte housed in the exterior member,
The exterior member is selected from a laminate film container and a metal container,
The electrode group includes a negative electrode including a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer disposed on the negative electrode current collector, a positive electrode current collector, and a positive electrode active material disposed on the positive electrode current collector. Including a positive electrode including a material layer;
The negative electrode active material layer includes a monoclinic β-type titanium composite oxide,
The negative electrode is a non-aqueous electrolyte battery in which the peak intensity ratio I (020) / I (001) obtained by powder X-ray diffraction using a Cu—Kα ray source satisfies the following formula (I):
0.6 ≦ I (020) / I (001) ≦ 1.2 (I)
Where
I (020) is the intensity of the peak derived from the (020) plane of the monoclinic β-type titanium composite oxide obtained when the negative electrode is measured by the powder X-ray diffraction method,
I (001) is the intensity of the peak derived from the (001) plane of the monoclinic β-type titanium composite oxide obtained when the negative electrode is measured by the powder X-ray diffraction method.
前記負極は、さらにスチレンブタジエンゴムを含み、且つ、2.0 g/cm3以上2.5 g/cm3以下の密度を有する、請求項1に記載の非水電解質電池。 The non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the negative electrode further includes styrene-butadiene rubber and has a density of 2.0 g / cm 3 or more and 2.5 g / cm 3 or less. 前記負極活物質層がさらにスピネル構造のチタン酸リチウムを含む、請求項1又は2に記載の非水電解質電池。   The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material layer further contains lithium titanate having a spinel structure. 前記正極活物質層は、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミ複合酸化物、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物から選ばれる少なくとも1種以上の正極活物質を含むことを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の非水電解質電池。   The positive electrode active material layer is made of lithium manganese composite oxide, lithium nickel composite oxide, lithium cobalt composite oxide, lithium nickel cobalt composite oxide, lithium manganese cobalt composite oxide, lithium nickel cobalt manganese composite oxide, lithium nickel cobalt. It contains at least one positive electrode active material selected from aluminum composite oxide, lithium manganese nickel composite oxide having a spinel structure, and lithium phosphorus oxide having an olivine structure. The nonaqueous electrolyte battery according to one item. 請求項1〜4の何れか一項に記載の非水電解質電池を含むことを特徴とする電池パック。 Battery pack comprising a nonaqueous electrolyte battery according to any one of claims 1-4.
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