JP6184588B2 - 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.

リチウム金属、リチウム合金、リチウム化合物または炭素質物を負極に用いた非水電解質電池は、高エネルギー密度電池として期待され、盛んに研究開発が進められている。これまでに、活物質としてLiCoO2、LiMn24、LiNi1/3Co1/3Mn1/3またはLiFePOを含む正極と、リチウムを吸蔵・放出する炭素質物を含む負極と具備したリチウムイオン電池が広く実用化されている。また、負極においては、炭素質物に代わる金属酸化物あるいは合金の検討がなされている。特に、定置用や自動車用など高エネルギー、高出力タイプの大型電池の場合、高温環境下でのサイクル性能、安全性、高出力の長期信頼性から負極の構成材料には、化学的、電気化学的な安定性、強度、耐腐食性の優れた材料が求められる。さらに、寒冷地のような低温環境下での高出入力性能、長寿命性能が要求される。Non-aqueous electrolyte batteries using lithium metal, lithium alloys, lithium compounds, or carbonaceous materials as negative electrodes are expected as high energy density batteries and are actively researched and developed. Up to now, a positive electrode containing LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 or LiFePO 4 as an active material, and a negative electrode containing a carbonaceous material that occludes and releases lithium are provided. Such lithium ion batteries have been widely put into practical use. In the negative electrode, metal oxides or alloys that replace carbonaceous materials have been studied. In particular, in the case of high energy, high output type large-sized batteries such as those for stationary use and automobiles, the negative electrode components are chemically and electrochemically because of the cycle performance under high temperature environment, safety, and long-term reliability of high output. Materials with excellent stability, strength and corrosion resistance are required. Furthermore, high input / output performance and long life performance in a low temperature environment such as a cold district are required.

そこで、近年、非水電解質の熱安定性、安全性の観点から、イオン液体の不揮発性、不燃性電解液、難燃性電解液の開発が進められているが、高温サイクル性能、放電レート性能や低温性能の低下が課題となっている。   Therefore, in recent years, from the viewpoint of thermal stability and safety of non-aqueous electrolytes, development of non-volatile ionic liquids, non-flammable electrolytes, and flame retardant electrolytes has been promoted, but high-temperature cycle performance, discharge rate performance And lowering of low temperature performance is a problem.

特開2005−123183号公報JP-A-2005-123183 特開2005−142047号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-142047 特開2005−317512号公報JP 2005-317512 A 特開2012−182114号公報JP 2012-182114 A 特開2014−7117号公報JP 2014-7117 A

実施形態によれば、高温での寿命性能に優れた非水電解質電池及び電池パックを提供することができる。   According to the embodiment, it is possible to provide a nonaqueous electrolyte battery and a battery pack that are excellent in life performance at high temperatures.

実施形態によれば、正極と、負極と、非水電解質とを含む非水電解質電池が提供される。負極は、単斜晶構造を有する二酸化チタン及びニオブチタン複合酸化物から選ばれる少なくとも一種類の負極活物質を含む。また、非水電解質は、有機溶媒、ビスフルオロスルホニルイミドアニオン(N(FSO )及びアルカリカチオンを含む。正極は、層状構造のLiNiMnCo1−y−z(0≦x≦1.1、0.3≦y<1、0<z<0.5)、スピネル構造のLiNi0.5Mn1.5(0≦x≦1.1)、オリビン構造のLiMn1−wFePO(0≦x≦1.1、0.1≦W≦0.3)、スピネル構造のリチウムマンガン酸化物、ナトリウム鉄酸化物、及び、NaFe0.5Mn0.5よりなる群から選択される少なくとも1種類からなる正極活物質を含む。有機溶媒は、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン及びエチルメチルカーボネートよりなる群から選択される少なくとも一種と、プロピレンカーボネートとの混合溶媒である。 According to the embodiment, a nonaqueous electrolyte battery including a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte is provided. The negative electrode includes at least one negative electrode active material selected from titanium dioxide having a monoclinic structure and a niobium titanium composite oxide. The nonaqueous electrolyte contains an organic solvent, a bisfluorosulfonylimide anion (N (FSO 2 ) 2 ), and an alkali cation. The positive electrode has a layered structure of Li x Ni y Mn z Co 1-yz O 2 (0 ≦ x ≦ 1.1, 0.3 ≦ y <1, 0 <z <0.5), and a spinel-structured Li x Ni 0.5 Mn 1.5 O 4 (0 ≦ x ≦ 1.1), Li x Mn 1-w Fe w PO 4 having an olivine structure (0 ≦ x ≦ 1.1, 0.1 ≦ W ≦ 0) .3), a positive electrode active material composed of at least one selected from the group consisting of lithium manganese oxide, sodium iron oxide, and NaFe 0.5 Mn 0.5 O 2 having a spinel structure. The organic solvent is a mixed solvent of propylene carbonate and at least one selected from the group consisting of diethyl carbonate, dimethyl carbonate, γ-butyrolactone, and ethyl methyl carbonate.

また、実施形態によれば、非水電解質電池を含む電池パックが提供される。   Moreover, according to embodiment, the battery pack containing a nonaqueous electrolyte battery is provided.

図1は、実施形態の非水電解質電池を示す部分切欠斜視図である。FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a nonaqueous electrolyte battery according to an embodiment. 図2は、図1のA部の拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a part A in FIG. 図3は、実施形態の非水電解質電池の部分切欠断面図である。FIG. 3 is a partially cutaway cross-sectional view of the nonaqueous electrolyte battery of the embodiment. 図4は、図3の電池についての側面図である。FIG. 4 is a side view of the battery of FIG. 図5は、実施形態の非水電解質電池を模式的に示す部分切欠斜視図である。FIG. 5 is a partially cutaway perspective view schematically showing the nonaqueous electrolyte battery of the embodiment. 図6は、実施形態の電池パックに用いられる組電池の一例を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view illustrating an example of an assembled battery used in the battery pack according to the embodiment. 図7は、実施形態に係る電池パックを模式的に示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view schematically showing the battery pack according to the embodiment. 図8は、実施形態に係る電池パックの分解斜視図である。FIG. 8 is an exploded perspective view of the battery pack according to the embodiment. 図9は、図8の電池パックの電気回路を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing an electric circuit of the battery pack of FIG.

(第一の実施形態)
第一の実施形態によれば、正極と、負極と、非水電解質とを含む非水電解質電池が提供される。負極は、単斜晶構造を有する二酸化チタン及びニオブチタン複合酸化物から選ばれる少なくとも一種類の負極活物質を含む。また、非水電解質は、有機溶媒、ビスフルオロスルホニルイミドアニオン(N(FSO )及びアルカリカチオンを含む。
(First embodiment)
According to the first embodiment, a nonaqueous electrolyte battery including a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte is provided. The negative electrode includes at least one negative electrode active material selected from titanium dioxide having a monoclinic structure and a niobium titanium composite oxide. The nonaqueous electrolyte contains an organic solvent, a bisfluorosulfonylimide anion (N (FSO 2 ) 2 ), and an alkali cation.

単斜晶構造を有する二酸化チタン、ニオブチタン複合酸化物は、電子伝導性及びイオン伝導性を得るため、高い比表面積を得られやすい二次粒子の形態であることが望ましい。しかし、二次粒子の形態であると、高温(例えば60℃以上)環境下での非水電解質の還元分解が進んで負極の界面抵抗が上昇する。この原因として、Fを含有するリチウム塩(例えば、LiPF、LiBF4)の加水分解により発生したフッ化水素(HF)が負極と反応し、負極表面にLiFを主成分とした無機材料の被膜が生成することが挙げられる。The titanium dioxide and niobium titanium composite oxide having a monoclinic structure is desirably in the form of secondary particles that can easily obtain a high specific surface area in order to obtain electronic conductivity and ionic conductivity. However, in the form of secondary particles, the reductive decomposition of the nonaqueous electrolyte proceeds in a high temperature (for example, 60 ° C. or higher) environment, and the interface resistance of the negative electrode increases. As a cause of this, hydrogen fluoride (HF) generated by hydrolysis of a lithium salt containing F (for example, LiPF 6 , LiBF 4 ) reacts with the negative electrode, and the negative electrode surface is coated with an inorganic material mainly composed of LiF. Is generated.

有機溶媒にビスフルオロスルホニルイミドアニオン(N(FSO )及びアルカリカチオンが存在した非水電解質は、単斜晶構造を有する二酸化チタン及びニオブチタン複合酸化物との化学的、電気化学的な副反応を抑制することができる。ビスフルオロスルホニルイミドアニオン(N(FSO )は、単斜晶構造を有する二酸化チタンまたはニオブチタン複合酸化物を含む負極のリチウム吸蔵放出電位において分解せず、また、熱安定性に優れているため、遊離フッ酸の発生を防止することができ、高温環境下での負極の界面抵抗の上昇を抑制することができる。その結果、単斜晶構造を有する二酸化チタン及びニオブチタン複合酸化物から選ばれる少なくとも一種類の負極活物質を含む負極を備えた非水電解質電池は、高温サイクル寿命性能と出力性能と容量を向上することができる。また、この非水電解質は、高温環境下でニオブチタン複合酸化物中のニオブ金属が非水電解質へ溶解する反応を抑制することができるため、ニオブチタン複合酸化物を含む負極を備えた非水電解質電池の高温サイクルを向上することができる。A non-aqueous electrolyte in which an organic solvent contains bisfluorosulfonylimide anion (N (FSO 2 ) 2 ) and an alkali cation is chemically and electrochemically mixed with titanium dioxide and niobium titanium composite oxide having a monoclinic structure. Side reactions can be suppressed. The bisfluorosulfonylimide anion (N (FSO 2 ) 2 ) is not decomposed at the lithium occlusion / release potential of the negative electrode containing titanium dioxide or niobium titanium composite oxide having a monoclinic structure, and has excellent thermal stability. Therefore, generation of free hydrofluoric acid can be prevented, and an increase in the interface resistance of the negative electrode under a high temperature environment can be suppressed. As a result, the nonaqueous electrolyte battery including a negative electrode including at least one negative electrode active material selected from titanium dioxide and niobium titanium composite oxide having a monoclinic structure improves high-temperature cycle life performance, output performance, and capacity. be able to. In addition, since this non-aqueous electrolyte can suppress a reaction in which the niobium metal in the niobium-titanium composite oxide is dissolved in the non-aqueous electrolyte under a high-temperature environment, the non-aqueous electrolyte battery having a negative electrode containing the niobium-titanium composite oxide The high temperature cycle can be improved.

以下、非水電解質、正極及び負極について、説明する。   Hereinafter, the nonaqueous electrolyte, the positive electrode, and the negative electrode will be described.

1)非水電解質
非水電解質に含まれる有機溶媒は、ビスフルオロスルホニルイミド塩を溶解可能であれば特に限定されるものではないが、その例に、環状カーボネート、鎖状カーボネート、鎖状エーテル、ラクトン類、スルフォン類、リン酸エステル類、フッ素化リン酸エステル類及びニトリル類が含まれる。
1) Nonaqueous electrolyte The organic solvent contained in the nonaqueous electrolyte is not particularly limited as long as it can dissolve a bisfluorosulfonylimide salt. Examples thereof include cyclic carbonates, chain carbonates, chain ethers, Lactones, sulfones, phosphate esters, fluorinated phosphate esters and nitriles are included.

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)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、γ-ブチロラクトン(GBL)、エチルメチルスルフォン(EMS)、エチルイソプロピルスルフォン(EiPS)、リン酸トリス(2,2,2-トリフルオロエチル)(TFEP)、ジメトキシエタン(DME)、ジエトキシエタン(DEE)が含まれる。   Examples of preferred organic solvents include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), γ-butyrolactone (GBL). ), Ethyl methyl sulfone (EMS), ethyl isopropyl sulfone (EiPS), tris (2,2,2-trifluoroethyl) phosphate (TFEP), dimethoxyethane (DME), and diethoxyethane (DEE).

なお、有機溶媒の種類は、1種類又は2種類以上にすることができる。   In addition, the kind of organic solvent can be made into 1 type or 2 types or more.

有機溶媒に、PC、EC,GBL、DEC、MEC、DMC、DME,DEE及びTFEPよりなる群から選ばれる少なくとも一種を含有させることにより、イオン伝導性が高くなり高出力性能が向上する。より好ましい有機溶媒は、PCとDECの混合溶媒、PCとDMCの混合溶媒、PCとMECの混合溶媒,PCとGBLの混合溶媒、PCとDMEの混合溶媒、PCとDEEの混合溶媒、PCとTFEPの混合溶媒である。この混合溶媒を用いることで低温環境下において高い出力性能を引き出すことができる。混合溶媒中のPCの混合比率は、20〜80体積%の範囲が好ましい。この範囲であると、−40℃の低温環境下においても凝固すること無く電池作動が可能である。   By containing at least one selected from the group consisting of PC, EC, GBL, DEC, MEC, DMC, DME, DEE, and TFEP in the organic solvent, the ion conductivity is increased and the high output performance is improved. More preferable organic solvents are a mixed solvent of PC and DEC, a mixed solvent of PC and DMC, a mixed solvent of PC and MEC, a mixed solvent of PC and GBL, a mixed solvent of PC and DME, a mixed solvent of PC and DEE, and PC and It is a mixed solvent of TFEP. By using this mixed solvent, high output performance can be obtained in a low temperature environment. The mixing ratio of PC in the mixed solvent is preferably in the range of 20 to 80% by volume. Within this range, battery operation is possible without solidification even in a low temperature environment of −40 ° C.

TFEPを含む有機溶媒の好ましい組成には、PCとTFEP,PCとDECとTFEP、PCとMECとTFEPが含まれる。TFEPの混合比率は20〜100体積%が好ましい。これは、高温環境下での自己放電反応が抑制されるためである。   Preferred compositions of the organic solvent containing TFEP include PC and TFEP, PC and DEC and TFEP, and PC, MEC and TFEP. The mixing ratio of TFEP is preferably 20 to 100% by volume. This is because the self-discharge reaction in a high temperature environment is suppressed.

EMS、EiPS及びTFEPからなる群より選ばれる少なくとも一種を含む有機溶媒は、耐酸化性を向上することができるため、スピネル構造のLiNi0.5Mn1.5(0<x≦1.1)などの高電位が得られる正極活物質を含む正極による非水電解質の酸化分解を抑制することができ、高電圧な非水電解質電池を得ることができる。Since the organic solvent containing at least one selected from the group consisting of EMS, EiPS, and TFEP can improve oxidation resistance, Li x Ni 0.5 Mn 1.5 O 4 (0 <x ≦ 1.1) and the like, the oxidative decomposition of the nonaqueous electrolyte by the positive electrode containing the positive electrode active material that can obtain a high potential can be suppressed, and a high voltage nonaqueous electrolyte battery can be obtained.

有機溶媒中のアルカリカチオンは、ビスフルオロスルホニルイミド塩が有機溶媒に溶解することにより生成するものであり、リチウムイオン、ナトリウムイオン等を挙げることができる。   The alkali cation in the organic solvent is generated when the bisfluorosulfonylimide salt is dissolved in the organic solvent, and examples thereof include lithium ions and sodium ions.

Li[N(FSO)](LiFSI)とNa[N(FSO](NaFSI)は有機溶媒に対する溶解度が高いため、有機溶媒中のリチウム塩の濃度を高くすることが可能となる。Li[N(FSO)]及びNa[N(FSO]よりなる群から選択される少なくとも一種類の塩は、有機溶媒に0.5〜3mol/Lの範囲で溶解させることが望ましい。この範囲であると、非水電解質はイオン伝導性と高温耐久性能に優れる。但し、この範囲未満であると、大電流で放電中に正極と非水電解質界面のリチウムイオン濃度が急激に低下して出力が低下する恐れがある。一方、濃度が3mol/Lを超えると、非水電解質の粘度が高くなり、リチウムイオンの移動速度が低下して出力が低下する恐れがある。より好ましい範囲は1〜2mol/Lである。これにより、低温環境下においても高出力を取り出すことができる。Since Li [N (FSO 2 ) 2 ] (LiFSI) and Na [N (FSO 2 ) 2 ] (NaFSI) are highly soluble in organic solvents, it is possible to increase the concentration of the lithium salt in the organic solvent. . At least one salt selected from the group consisting of Li [N (FSO 2 ) 2 ] and Na [N (FSO 2 ) 2 ] can be dissolved in an organic solvent in the range of 0.5 to 3 mol / L. desirable. Within this range, the nonaqueous electrolyte is excellent in ion conductivity and high temperature durability. However, if it is less than this range, the lithium ion concentration at the interface between the positive electrode and the non-aqueous electrolyte may be drastically reduced during discharge with a large current, and the output may be reduced. On the other hand, when the concentration exceeds 3 mol / L, the viscosity of the non-aqueous electrolyte is increased, and the lithium ion migration rate is reduced, which may reduce the output. A more preferable range is 1 to 2 mol / L. Thereby, a high output can be taken out even in a low temperature environment.

Li[N(FSO)]とNa[N(FSO]以外の他の塩を含有させることができる。他の塩は、リチウム塩及びナトリウム塩のうち少なくとも一方を含むことが望ましい。他の塩の例には、NaLiB,LiBF4、NaLiPF、LiPF6、NaAsF,LiAsF6、NaClO,LiClO4、NaCF3SO3、NaN(CF3SO22、NaN(C25SO22、Na(CF3SO23C、NaB[(OCO)22、LiCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiN(C25SO22、Li(CF3SO23C、LiB[(OCO)22などが含まれる。Other salts other than Li [N (FSO 2 ) 2 ] and Na [N (FSO 2 ) 2 ] can be contained. The other salt preferably includes at least one of a lithium salt and a sodium salt. Examples of other salts include NaLiB 4 , LiBF 4 , NaLiPF 6 , LiPF 6 , NaAsF 6 , LiAsF 6 , NaClO 4 , LiClO 4 , NaCF 3 SO 3 , NaN (CF 3 SO 2 ) 2 , NaN (C 2 F 5 SO 2) 2, Na (CF 3 SO 2) 3 C, NaB [(OCO) 2] 2, LiCF 3 SO 3, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiN (C 2 F 5 SO 2) 2 Li (CF 3 SO 2 ) 3 C, LiB [(OCO) 2 ] 2 and the like.

使用する他の塩の種類は1種類または2種類以上にすることができる。他の塩として好ましいのは、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)である。非水電解質中のLiPF濃度は0.01〜0.4mol/Lの範囲にすることが望ましい。この範囲でLiPFを含有させることで、正極活物質含有層と正極集電体(例えばAl箔)間に保護膜が形成されるため、高温、高電圧環境下での正極抵抗上昇を抑制することができ、高温耐久性能を向上することができる。非水電解質のより好ましい塩濃度は、LiFSIの濃度が0.8〜2mol/Lの範囲で、かつLiPF濃度が0.1〜0.3mol/Lの範囲である。The type of other salts used can be one or more. Preferred as another salt is lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ). The LiPF 6 concentration in the non-aqueous electrolyte is desirably in the range of 0.01 to 0.4 mol / L. By containing LiPF 6 in this range, a protective film is formed between the positive electrode active material-containing layer and the positive electrode current collector (for example, Al foil), thereby suppressing an increase in positive electrode resistance under a high temperature and high voltage environment. And high temperature durability performance can be improved. A more preferable salt concentration of the nonaqueous electrolyte is such that the LiFSI concentration is in the range of 0.8 to 2 mol / L and the LiPF 6 concentration is in the range of 0.1 to 0.3 mol / L.

非水電解質には、電解質を有機溶媒に溶解することにより調整される液状電解質の他に、液状電解質と高分子材料を複合化したゲル状電解質を使用することができる。高分子材料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリエチレンオキサイド(PEO)等を挙げることができる。   As the non-aqueous electrolyte, in addition to a liquid electrolyte prepared by dissolving an electrolyte in an organic solvent, a gel electrolyte obtained by combining a liquid electrolyte and a polymer material can be used. Examples of the polymer material include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polyethylene oxide (PEO), and the like.

2)正極
正極は、正極集電体と、正極集電体の片面もしくは両面に担持される正極活物質含有層(以下、正極材料層とする)とを含む。正極材料層は、正極活物質、導電剤および結着剤を含む。
2) Positive electrode The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material-containing layer (hereinafter referred to as a positive electrode material layer) supported on one or both surfaces of the positive electrode current collector. The positive electrode material layer includes a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder.

正極活物質には、リチウムイオンやナトリムイオンなどのアルカリイオンと電気化学的に充放電反応可能な金属化合物、非水電解質中のアニオンを吸蔵する黒鉛、炭素材料やキャパシター容量を持つ活性炭素を用いることができる。金属化合物の例には、金属酸化物、金属硫化物、金属フッ素化物、オリビン構造のリン酸化合物、フッ素化金属硫酸化合物などが含まれる。   For the positive electrode active material, metal compounds that can be electrochemically charged and discharged with alkali ions such as lithium ions and sodium ions, graphite that absorbs anions in the nonaqueous electrolyte, carbon materials, and activated carbon with a capacitor capacity are used. be able to. Examples of the metal compound include metal oxides, metal sulfides, metal fluorides, olivine phosphate compounds, and fluorinated metal sulfate compounds.

正極活物質の種類は、1種類又は2種類以上にすることができる。   The type of the positive electrode active material can be one type or two or more types.

正極活物質の例には、Niを含有し、かつ層状構造の金属酸化物、リチウムコバル酸化物(LiCoO)、スピネル構造のリチウムマンガン酸化物(LiMn)、オリビン結晶構造のリチウムリン酸鉄(LiFePO)、リチウムリン酸マンガン(LiMnPO)、リチウムリン酸鉄マンガン(LiMn1−xFePO、0<x<0.5)、フッ素化リチウム硫酸鉄(LiFeSOF)、スピネル結晶構造のリチウムニッケルマンガン酸化物(LiMn1.5Ni0.5、0≦x≦1.1(より好ましい範囲は0<x≦1.1))、ナトリウム鉄酸化物(NaFeO)、ナトリウムニッケルチタン酸化物(NaNi1-fTif,0≦f≦1),ナトリムニッケル鉄酸化物(NaNi1-fFef,0≦f≦1)、ナトリウムニッケルマンガン酸化物(NaNi1-fMnf,0≦f≦1)、ナトリム含有リン酸ポリアニオン系材料(例えば、Na(PO、NaFePOF、Na(PO、NaNi(PO)7、NaMn(PO)7)などが挙げられる。Examples of the positive electrode active material include Ni-containing layered metal oxide, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), spinel lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), and olivine crystal structure lithium phosphorus. iron (LiFePO 4), lithium manganese phosphate (LiMnPO 4), lithium iron phosphate, manganese (LiMn 1-x Fe x PO 4, 0 <x <0.5), fluorinated lithium iron sulfate (LiFeSO 4 F) , Spinel crystal structure lithium nickel manganese oxide (Li x Mn 1.5 Ni 0.5 O 4 , 0 ≦ x ≦ 1.1 (more preferably 0 <x ≦ 1.1)), sodium iron oxide (NaFeO 2), sodium nickel titanium oxide (NaNi 1-f Ti f O 2, 0 ≦ f ≦ 1), Na trim nickel iron oxide (NaNi 1-f Fe f O 2 , 0 ≦ f ≦ 1), sodium nickel manganese oxide (NaNi 1-f Mn f O 2 , 0 ≦ f ≦ 1), sodium-containing phosphate polyanionic material (for example, Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 , Na 2 FePO 4 F, Na 3 V 2 (PO 4 ) 2 F 3 , Na 4 Ni 3 (PO 4 ) 2 P 2 O 7 , Na 4 Mn 3 (PO 4 ) 2 P 2 O 7 ), etc. Is mentioned.

Niを含有し、かつ層状構造の金属酸化物の例には、ニッケル含有酸化物(LiNiO2、0≦x≦1.1)、ニッケルコバルト含有酸化物(LiNiCo1-y2、0≦x≦1.1、0.3≦y<1)、ニッケルコバルトアルミウム含有酸化物(LiNiCo1−yAl1-y-z2、0≦x≦1.1、0.3≦y<1、0<z<0.5)、ニッケルコバルトマンガン含有酸化物(LiNiCo1−yMn1-y-z2、0≦x≦1.1、0.3≦y<1、0<z<0.5)などが挙げられる。xのより好ましい範囲は0<x≦1.1である。Niを含有する金属酸化物を一般式LiNi1−y(MはNi以外の金属、0≦x≦1.1)で表すと、yは0.5以上1以下の範囲が好ましい。この範囲であると高容量(高エネルギー密度)を得ることができる。また、単斜晶構造を有する二酸化チタン及びニオブチタン複合酸化物から選ばれる少なくとも一種類の負極活物質を組み合わせることで高温サイクル寿命性能、高出力性能及び安全性能を大幅に高めることができる。サイクル寿命性能からはLiFePOやNaFeOなどの鉄含有酸化物が好ましい。電池容量からは、LiNi1−y(MはNi以外の金属)が好ましい。Examples of metal oxides containing Ni and having a layered structure include nickel-containing oxides (Li x NiO 2 , 0 ≦ x ≦ 1.1), nickel cobalt-containing oxides (Li x Ni y Co 1-y O 2 , 0 ≦ x ≦ 1.1, 0.3 ≦ y <1), nickel cobalt aluminum-containing oxide (Li x Ni z Co 1-y Al 1-yz O 2 , 0 ≦ x ≦ 1. 1, 0.3 ≦ y <1, 0 <z <0.5), nickel cobalt manganese-containing oxide (Li x Ni z Co 1-y Mn 1-yz O 2 , 0 ≦ x ≦ 1.1 0.3 ≦ y <1, 0 <z <0.5) and the like. A more preferable range of x is 0 <x ≦ 1.1. When the metal oxide containing Ni is represented by the general formula Li x Ni y M 1-y O 2 (M is a metal other than Ni, 0 ≦ x ≦ 1.1), y is in the range of 0.5 to 1. Is preferred. Within this range, a high capacity (high energy density) can be obtained. Further, by combining at least one kind of negative electrode active material selected from titanium dioxide having a monoclinic structure and a niobium titanium composite oxide, high-temperature cycle life performance, high output performance, and safety performance can be significantly improved. From the viewpoint of cycle life performance, iron-containing oxides such as LiFePO 4 and NaFeO 2 are preferable. From the battery capacity, Li x Ni y M 1-y O 2 (M is a metal other than Ni) is preferable.

好ましい正極活物質には、層状構造のLiNiMnCo1-y-z(0≦x≦1.1、0.3≦y<1、0<z<0.5)、スピネル構造のLiNi0.5Mn1.5(0≦x≦1.1)、オリビン構造のLiMn1−wFePO(0≦x≦1.1、0≦w≦1(より好ましい範囲は0.1≦W≦0.3))、LixMn1-wFeSO4F(0≦x≦1.1、0≦w≦1(より好ましい範囲は0.8≦w≦1))が含まれ、この中から選択される1種類以上を使用することができる。xのより好ましい範囲は0<x≦1.1である。これにより3V以上の高電圧で高容量を取り出すことが可能となり、電池の高容量化が可能となる。より好ましい正極活物質には、LixMn1-wFeSO4F(0≦x≦1.1、0≦w≦1)、オリビン構造の化合物、例えば、LiFePO(0≦x≦1.1)、LiMnPO(0≦x≦1.1),LiMn1-wFewPO(0≦x≦1.1、0≦W≦1)が含まれる。各正極活物質を用いることで高温環境下でのサイクル寿命性能が大幅に向上する。N(FSO 及び有機溶媒を含む非水電解質は、高温環境下で正極活物質中の金属イオン(例えば、Fe、Mn、Niなど)が非水電解質に溶解するのを抑制することができるため、高温サイクル寿命性能と高温貯蔵性能を向上することができる。Preferred positive electrode active materials include layered Li x Ni y Mn z Co 1-yz O 2 (0 ≦ x ≦ 1.1, 0.3 ≦ y <1, 0 <z <0.5), Li x Ni 0.5 Mn 1.5 O 4 with spinel structure (0 ≦ x ≦ 1.1), Li x Mn 1-w Fe w PO 4 with olivine structure (0 ≦ x ≦ 1.1, 0 ≦ w) ≦ 1 (more preferable range is 0.1 ≦ W ≦ 0.3)), Li x Mn 1-w Fe w SO 4 F (0 ≦ x ≦ 1.1, 0 ≦ w ≦ 1 (more preferable range is 0) .8 ≦ w ≦ 1)), and one or more selected from these can be used. A more preferable range of x is 0 <x ≦ 1.1. As a result, a high capacity can be taken out at a high voltage of 3 V or more, and the capacity of the battery can be increased. More preferable positive electrode active materials include Li x Mn 1-w Fe w SO 4 F (0 ≦ x ≦ 1.1, 0 ≦ w ≦ 1), compounds having an olivine structure, such as Li x FePO 4 (0 ≦ x ≦ 1.1), Li x MnPO 4 (0 ≦ x ≦ 1.1), Li x Mn 1-w Fe w PO 4 (0 ≦ x ≦ 1.1, 0 ≦ W ≦ 1). By using each positive electrode active material, the cycle life performance under a high temperature environment is greatly improved. The non-aqueous electrolyte containing N (FSO 2 ) 2 and an organic solvent suppresses dissolution of metal ions (eg, Fe, Mn, Ni, etc.) in the positive electrode active material in the non-aqueous electrolyte under a high temperature environment. Therefore, high temperature cycle life performance and high temperature storage performance can be improved.

なお、非水電解質電池の充電終止電圧に依存して、正極活物質のリチウム量は変化し、充電電圧が高くなるとリチウム量は減少する。   Note that the amount of lithium in the positive electrode active material varies depending on the end-of-charge voltage of the nonaqueous electrolyte battery, and the amount of lithium decreases as the charge voltage increases.

導電剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。   Examples of the conductive agent include acetylene black, carbon black, and graphite.

結着剤としては、例えば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)、フッ素系ゴムなどが挙げられる。   Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), and fluorine-based rubber.

正極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、正極活物質80〜95重量%、導電剤3〜19重量%、結着剤1〜7重量%の範囲にすることが好ましい。   The compounding ratio of the positive electrode active material, the conductive agent and the binder is preferably in the range of 80 to 95% by weight of the positive electrode active material, 3 to 19% by weight of the conductive agent, and 1 to 7% by weight of the binder.

正極は、例えば、正極活物質、導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を正極集電体に塗布し、乾燥し、プレスを施すことにより作製される。正極活物質のBET法による比表面積は、後述する方法で測定され、0.1〜5m/gの範囲であることが好ましい。The positive electrode is produced, for example, by suspending a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder in an appropriate solvent, applying the suspension to a positive electrode current collector, drying, and pressing. The specific surface area by the BET method of the positive electrode active material is measured by a method described later, and is preferably in the range of 0.1 to 5 m 2 / g.

正極活物質粒子の平均粒径は、0.1μm以上20μm以下が好ましい。   The average particle diameter of the positive electrode active material particles is preferably 0.1 μm or more and 20 μm or less.

正極集電体の例には、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔が含まれる。正極集電体の厚さは20μm以下が好ましく、より好ましい範囲は15μm以下である。   Examples of the positive electrode current collector include an aluminum foil and an aluminum alloy foil. The thickness of the positive electrode current collector is preferably 20 μm or less, and more preferably 15 μm or less.

3)負極
この負極は、負極集電体と、負極集電体の片面もしくは両面に担持される負極活物質含有層(以下、負極材料層と称す)とを含む。負極材料層は、負極活物質、導電剤および結着剤を含む。
3) Negative electrode This negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material-containing layer (hereinafter referred to as a negative electrode material layer) carried on one or both surfaces of the negative electrode current collector. The negative electrode material layer includes a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder.

負極活物質は、単斜晶構造を有する二酸化チタン及びニオブチタン複合酸化物から選ばれる少なくとも一種類である。充放電の際に不可逆容量を生じてリチウムが負極活物質に残存することがある。このため、負極活物質は、リチウムを含有していても良い。負極活物質の種類は一種類又は二種類以上にすることができる。   The negative electrode active material is at least one selected from titanium dioxide having a monoclinic structure and niobium titanium composite oxide. An irreversible capacity may be generated during charging and discharging, and lithium may remain in the negative electrode active material. For this reason, the negative electrode active material may contain lithium. The type of the negative electrode active material can be one type or two or more types.

単斜晶構造を有する二酸化チタンは、単斜晶構造を有するTiO(B)(以下、TiO(B)と称す)と表すことができる。TiO(B)は、300〜500℃の範囲で熱処理が施されたものが好ましい。さらにTiO(B)中にNbを0.5〜10重量%含有させることが好ましい。これにより負極容量を高容量にすることができる。Titanium dioxide having a monoclinic structure can be expressed as TiO 2 (B) having a monoclinic structure (hereinafter referred to as TiO 2 (B)). TiO 2 (B) is preferably subjected to heat treatment in the range of 300 to 500 ° C. Furthermore, it is preferable to contain 0.5 to 10% by weight of Nb in TiO 2 (B). Thereby, the negative electrode capacity can be increased.

ニオブチタン複合酸化物の例には、LiNbTiO(0≦a≦5)、LiaNbTi(0≦a≦5)、LiaNbTiO(0≦a≦5)、LiaTiMbNb2±β7±σ(0≦a≦5、0≦b≦0.3、0≦β≦0.3、0≦σ≦0.3、MはFe,V,Mo及びTaよりなる群から選択される少なくとも1種類の元素)などが挙げられる。各組成のニオブチタン複合酸化物は、単斜晶構造を有することが望ましい。また、LiaTiMbNb2±β7±σで表されるニオブチタン複合酸化物は、800℃〜1200℃の範囲で熱処理が施されたものであることが好ましい。これにより、ニオブチタン複合酸化物の真密度を高くすることができると共に、体積比容量を増加することができるため、電池容量を向上することができる。Examples of the niobium titanium composite oxide include Li a Nb 2 TiO 7 (0 ≦ a ≦ 5), Li a Nb 2 Ti 2 O 9 (0 ≦ a ≦ 5), Li a NbTiO 5 (0 ≦ a ≦ 5). Li a TiM b Nb 2 ± β O 7 ± σ (0 ≦ a ≦ 5, 0 ≦ b ≦ 0.3, 0 ≦ β ≦ 0.3, 0 ≦ σ ≦ 0.3, where M is Fe, V, And at least one element selected from the group consisting of Mo and Ta). The niobium titanium composite oxide having each composition preferably has a monoclinic structure. Further, the niobium titanium composite oxide represented by Li a TiM b Nb 2 ± β O 7 ± σ is preferably subjected to heat treatment in the range of 800 ° C. to 1200 ° C. Accordingly, the true density of the niobium titanium composite oxide can be increased and the volume specific capacity can be increased, so that the battery capacity can be improved.

負極活物質の粒子は、一次粒子又は二次粒子が単独で存在しているもの、一次粒子と二次粒子の混在しているもの、いずれでも良い。   The negative electrode active material particles may be those in which primary particles or secondary particles exist alone, or those in which primary particles and secondary particles are mixed.

負極活物質の粒子は、表面に炭素材料が付着していることが好ましい。これにより電極内部の電子伝導ネットワークが高められ電極抵抗が低減し大電流性能が向上する。   The particles of the negative electrode active material preferably have a carbon material attached to the surface. This increases the electron conduction network inside the electrode, reduces the electrode resistance, and improves the high current performance.

負極活物質は、N吸着によるBET法よる比表面積が3m/g以上50m/g以下であることが望ましい。これにより、非水電解質電池の高温サイクル性能と出力性能を改善することができる。The negative electrode active material desirably has a specific surface area of 3 m 2 / g or more and 50 m 2 / g or less by the BET method using N 2 adsorption. Thereby, the high temperature cycle performance and output performance of a nonaqueous electrolyte battery can be improved.

負極材料層は多孔質であり、負極材料層(集電体重量を除く)1g当りの表面積(負極の比表面積)を3m2/g以上50m2/g以下の範囲にすることが望ましい。比表面積のより好ましい範囲は、5〜50m2/gである。The negative electrode material layer is porous, and it is desirable that the surface area (specific surface area of the negative electrode) per 1 g of the negative electrode material layer (excluding the weight of the current collector) be in the range of 3 m 2 / g to 50 m 2 / g. A more preferable range of the specific surface area is 5 to 50 m 2 / g.

負極の多孔度(集電体を除く)は、20〜50%の範囲にすることが望ましい。これにより、負極と非水電解質との親和性に優れ、かつ高密度な負極を得ることができる。多孔度のさらに好ましい範囲は、25〜40%である。   The porosity of the negative electrode (excluding the current collector) is desirably in the range of 20 to 50%. Thereby, it is possible to obtain a negative electrode having excellent affinity between the negative electrode and the non-aqueous electrolyte and a high density. A more preferable range of the porosity is 25 to 40%.

負極活物質の粒子は、二次粒子を含むことが望ましい。この場合、負極活物質粒子は、平均粒径が10μm以下で、一次粒子径(直径)が1μm以下で、N2吸着によるBET法での比表面積が3〜50m2/gの範囲であることが望ましい。負極活物質粒子の平均粒径を二次粒子の直径とみなすことができる。この負極活物質粒子は、高温環境下での還元副反応を抑制しつつ、非水電解質との親和性をさらに高くすることができるため、非水電解質電池の高温サイクル寿命性能と熱安定性を向上することができる。平均粒径の下限値は0.5μmにすることが望ましい。また、一次粒子径の下限値は0.1μmにすることが望ましい。The negative electrode active material particles preferably include secondary particles. In this case, the negative electrode active material particles have an average particle size of 10 μm or less, a primary particle size (diameter) of 1 μm or less, and a specific surface area in the BET method by N 2 adsorption of 3 to 50 m 2 / g. Is desirable. The average particle diameter of the negative electrode active material particles can be regarded as the diameter of the secondary particles. Since the negative electrode active material particles can further reduce the affinity for the nonaqueous electrolyte while suppressing the reduction side reaction in a high temperature environment, the high temperature cycle life performance and thermal stability of the nonaqueous electrolyte battery can be improved. Can be improved. The lower limit value of the average particle size is desirably 0.5 μm. Moreover, it is desirable that the lower limit value of the primary particle diameter be 0.1 μm.

負極集電体は、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔であることが望ましい。   The negative electrode current collector is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil.

アルミニウム箔およびアルミニウム合金箔の厚さは、20μm以下、より好ましくは15μm以下である。アルミニウム箔の純度は99.99重量%以上が好ましい。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛及びケイ素よりなる群から選択される1種類以上の元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属は100重量ppm以下にすることが好ましい。   The thickness of the aluminum foil and the aluminum alloy foil is 20 μm or less, more preferably 15 μm or less. The purity of the aluminum foil is preferably 99.99% by weight or more. The aluminum alloy is preferably an alloy containing one or more elements selected from the group consisting of magnesium, zinc and silicon. On the other hand, transition metals such as iron, copper, nickel, and chromium are preferably 100 ppm by weight or less.

導電剤としては、例えば、炭素材料、アルミニウム粉末、TiO等を用いることができる。炭素材料としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、コークス、炭素繊維、黒鉛等を挙げることができる。より好ましくは、熱処理温度が800℃〜2000℃の平均粒子径10μm以下のコークス、黒鉛、TiOの粉末、平均繊維径1μm以下の炭素繊維が好ましい。炭素材料のN2吸着によるBET比表面積は10m2/g以上が好ましい。As the conductive agent, for example, a carbon material, aluminum powder, TiO, or the like can be used. Examples of the carbon material include acetylene black, carbon black, coke, carbon fiber, and graphite. More preferably, coke having a heat treatment temperature of 800 ° C. to 2000 ° C. and an average particle diameter of 10 μm or less, graphite, TiO powder, and carbon fiber having an average fiber diameter of 1 μm or less are preferable. The BET specific surface area by N 2 adsorption of the carbon material is preferably 10 m 2 / g or more.

結着剤としては、例えば、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、スチレンブタジェンゴム、コアシェルバインダーなどが挙げられる。   Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-based rubber, styrene butadiene rubber, and core-shell binder.

負極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、負極活物質80〜95重量%、導電剤3〜18重量%、結着剤2〜7重量%の範囲にすることが好ましい。   The mixing ratio of the negative electrode active material, the conductive agent and the binder is preferably in the range of 80 to 95% by weight of the negative electrode active material, 3 to 18% by weight of the conductive agent, and 2 to 7% by weight of the binder.

負極は、負極活物質、導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁させ、この懸濁物を集電体に塗布し、乾燥し、プレス(例えば加温プレス)を施すことにより作製される。   The negative electrode is produced by suspending a negative electrode active material, a conductive agent and a binder in an appropriate solvent, applying the suspension to a current collector, drying, and applying a press (for example, a warming press). The

非水電解質電池は、正極、負極及び非水電解質に加え、セパレータ及び外装部材を備えていても良い。   The nonaqueous electrolyte battery may include a separator and an exterior member in addition to the positive electrode, the negative electrode, and the nonaqueous electrolyte.

以下、セパレータ、外装部材について説明する。   Hereinafter, the separator and the exterior member will be described.

4)セパレータ
正極と負極の間にはセパレータを配置することができる。セパレータの例には、合成樹脂製不織布、多孔質フィルム、セルロース製不織布などを挙げることができる。多孔質フィルムは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンから形成することができる。
4) Separator A separator can be disposed between the positive electrode and the negative electrode. Examples of the separator include a synthetic resin nonwoven fabric, a porous film, and a cellulose nonwoven fabric. A porous film can be formed from polyolefin, such as polyethylene and a polypropylene, for example.

5)外装部材
正極、負極及び非水電解質が収容される外装部材には、金属製容器や、ラミネートフィルム製容器を使用することができる。
5) Exterior member A metal container or a laminate film container can be used for the exterior member in which the positive electrode, the negative electrode, and the nonaqueous electrolyte are accommodated.

金属製容器としては、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレスなどからなる金属缶で角形、円筒形の形状のものが使用できる。また、容器の板厚は、0.5mm以下にすることが望ましく、さらに好ましい範囲は0.3mm以下である。   As the metal container, a metal can made of aluminum, aluminum alloy, iron, stainless steel or the like having a square or cylindrical shape can be used. Further, the plate thickness of the container is desirably 0.5 mm or less, and a more preferable range is 0.3 mm or less.

ラミネートフィルムとしては、例えば、アルミニウム箔を樹脂フィルムで被覆した多層フィルムなどを挙げることができる。樹脂としては、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート(PET)などの高分子を用いることができる。また、ラミネートフィルムの厚さは0.2mm以下にすることが好ましい。アルミニウム箔の純度は99.5重量%以上が好ましい。   Examples of the laminate film include a multilayer film in which an aluminum foil is covered with a resin film. As the resin, polymers such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, polyethylene terephthalate (PET) can be used. The thickness of the laminate film is preferably 0.2 mm or less. The purity of the aluminum foil is preferably 99.5% by weight or more.

アルミニウム合金からなる金属缶は、マンガン、マグネシウム、亜鉛及びケイ素よりなる群から選択される1種類以上の元素などを含むアルミニウム純度99.8重量%以下の合金が好ましい。アルミニウム合金からなる金属缶の強度が飛躍的に増大することにより缶の肉厚を薄くすることができる。その結果、薄型で軽量かつ高出力で放熱性に優れた電池を実現することができる。   The metal can made of an aluminum alloy is preferably an alloy having an aluminum purity of 99.8% by weight or less containing one or more elements selected from the group consisting of manganese, magnesium, zinc and silicon. The strength of the metal can made of an aluminum alloy is dramatically increased, and thus the thickness of the can can be reduced. As a result, a thin, lightweight, high output and excellent heat dissipation battery can be realized.

実施形態の非水電解質電池は、角形、円筒形、扁平型、薄型、コイン型等の様々な形態の非水電解質電池に適用することが可能であり、また、具体的な形態には、金属製の外装部材を用いた角形電池又は円筒形電池、ラミネートフィルム製の外装部材を用いた薄形電池が含まれる。非水電解質電池の一例を図1〜図5を参照して説明する。   The non-aqueous electrolyte battery of the embodiment can be applied to various forms of non-aqueous electrolyte batteries such as a square, cylindrical, flat, thin, coin type, etc. Examples include a rectangular battery or a cylindrical battery using a manufactured exterior member, and a thin battery using a laminated film exterior member. An example of the nonaqueous electrolyte battery will be described with reference to FIGS.

図1及び図2に、ラミネートフィル製外装部材を用いた非水電解質電池の一例を示す。   1 and 2 show an example of a non-aqueous electrolyte battery using a laminate-fill exterior member.

積層型電極群1は、2枚の樹脂フィルムの間に金属層を介在したラミネートフィルムからなる袋状容器2内に収納されている。積層型電極群1は、図2に示すように正極3と負極4とをその間にセパレータ5を介在させながら交互に積層した構造を有する。正極3は複数枚存在し、それぞれが集電体3aと、集電体3aの両面に形成された正極活物質含有層3bとを備える。負極4は複数枚存在し、それぞれが集電体4aと、集電体4aの両面に形成された負極活物質含有層4bとを備える。各負極4の集電体4aは、一辺が正極3から突出している。突出した集電体4aは、帯状の負極端子6に電気的に接続されている。帯状の負極端子6の先端は、容器2から外部に引き出されている。また、図示しないが、正極3の集電体3aは、集電体4aの突出辺と反対側に位置する辺が負極4から突出している。負極4から突出した集電体3aは、帯状の正極端子7に電気的に接続されている。帯状の正極端子7の先端は、負極端子6とは反対側に位置し、容器2の辺から外部に引き出されている。   The laminated electrode group 1 is housed in a bag-like container 2 made of a laminate film having a metal layer interposed between two resin films. As shown in FIG. 2, the stacked electrode group 1 has a structure in which positive electrodes 3 and negative electrodes 4 are alternately stacked with separators 5 interposed therebetween. There are a plurality of positive electrodes 3, each of which includes a current collector 3 a and a positive electrode active material-containing layer 3 b formed on both surfaces of the current collector 3 a. A plurality of negative electrodes 4 are present, each including a current collector 4a and a negative electrode active material-containing layer 4b formed on both surfaces of the current collector 4a. One side of the current collector 4 a of each negative electrode 4 protrudes from the positive electrode 3. The protruding current collector 4 a is electrically connected to the strip-shaped negative electrode terminal 6. The tip of the strip-like negative electrode terminal 6 is drawn out from the container 2 to the outside. Although not shown, the current collector 3a of the positive electrode 3 has a side protruding from the negative electrode 4 on the side opposite to the protruding side of the current collector 4a. The current collector 3 a protruding from the negative electrode 4 is electrically connected to the belt-like positive electrode terminal 7. The tip of the strip-like positive electrode terminal 7 is located on the opposite side to the negative electrode terminal 6 and is drawn out from the side of the container 2 to the outside.

図3及び図4に、金属製容器を用いた非水電解質電池の一例を示す。   3 and 4 show an example of a non-aqueous electrolyte battery using a metal container.

電極群11は、矩形筒状の金属製容器12内に収納されている。電極群11は、正極13及び負極14をその間にセパレータ15を介在させて偏平形状となるように渦巻き状に捲回した構造を有する。非水電解質(図示しない)は、電極群11に保持されている。図4に示すように、電極群1の端面に位置する正極13の端部の複数個所それぞれに帯状の正極リード16が電気的に接続されている。また、この端面に位置する負極14の端部の複数個所それぞれに帯状の負極リード17が電気的に接続されている。この複数ある正極リード16は、一つに束ねられた状態で正極導電タブ18と電気的に接続されている。正極リード16と正極導電タブ18から正極端子が構成されている。また、負極リード17は、一つに束ねられた状態で負極導電タブ19と接続されている。負極リード17と負極導電タブ19から負極端子が構成されている。金属製の封口板20は、金属製容器12の開口部に溶接等により固定されている。正極導電タブ18及び負極導電タブ19は、それぞれ、封口板20に設けられた取出穴から外部に引き出されている。封口板20の各取出穴の内周面は、正極導電タブ18及び負極導電タブ19との接触による短絡を回避するために、絶縁部材21で被覆されている。   The electrode group 11 is housed in a rectangular cylindrical metal container 12. The electrode group 11 has a structure in which a positive electrode 13 and a negative electrode 14 are wound in a spiral shape so that a flat shape is formed with a separator 15 interposed therebetween. A nonaqueous electrolyte (not shown) is held by the electrode group 11. As shown in FIG. 4, a strip-like positive electrode lead 16 is electrically connected to each of a plurality of locations at the end of the positive electrode 13 located on the end face of the electrode group 1. In addition, a strip-like negative electrode lead 17 is electrically connected to each of a plurality of locations at the end of the negative electrode 14 located on this end face. The plurality of positive electrode leads 16 are electrically connected to the positive electrode conductive tab 18 in a bundled state. A positive electrode terminal is constituted by the positive electrode lead 16 and the positive electrode conductive tab 18. The negative electrode lead 17 is connected to the negative electrode conductive tab 19 in a bundled state. The negative electrode lead 17 and the negative electrode conductive tab 19 constitute a negative electrode terminal. The metal sealing plate 20 is fixed to the opening of the metal container 12 by welding or the like. The positive electrode conductive tab 18 and the negative electrode conductive tab 19 are each drawn out from an extraction hole provided in the sealing plate 20. The inner peripheral surface of each extraction hole of the sealing plate 20 is covered with an insulating member 21 in order to avoid a short circuit due to contact with the positive electrode conductive tab 18 and the negative electrode conductive tab 19.

図5に、金属製容器を用いた非水電解質電池の別の例を示す。   FIG. 5 shows another example of a nonaqueous electrolyte battery using a metal container.

図5に示す、扁平型もしくは薄型の非水電解質電池は、直方体形状のアルミニウム合金製容器22と、容器22内に収納された電極群23と、容器22内に収納され、電極群23に保持された非水電解質(図示しない)とを含む。電極群23は、正極24及び負極25をその間にセパレータ26を介在させて偏平形状となるように渦巻き状に捲回した構造を有する。電極群23は、例えば、正極24及び負極25をその間にセパレータ26を介在させて偏平形状となるように渦巻き状に捲回した後、加熱プレスを施すことにより作製される。帯状の正極リード27は、正極24に電気的に接続されている。一方、帯状の負極リード28は、負極25に電気的に接続されている。正極リード27は容器22と電気的に接続され、負極リード28は容器22と絶縁された負極端子29と電気的に接続されている。   The flat or thin nonaqueous electrolyte battery shown in FIG. 5 is a rectangular parallelepiped aluminum alloy container 22, an electrode group 23 housed in the container 22, and housed in the container 22 and held by the electrode group 23. Non-aqueous electrolyte (not shown). The electrode group 23 has a structure in which a positive electrode 24 and a negative electrode 25 are wound in a spiral shape so that a flat shape is formed with a separator 26 interposed therebetween. The electrode group 23 is produced, for example, by winding a positive electrode 24 and a negative electrode 25 in a spiral shape with a separator 26 interposed therebetween, and then applying a heat press. The strip-like positive electrode lead 27 is electrically connected to the positive electrode 24. On the other hand, the strip-shaped negative electrode lead 28 is electrically connected to the negative electrode 25. The positive electrode lead 27 is electrically connected to the container 22, and the negative electrode lead 28 is electrically connected to a negative electrode terminal 29 that is insulated from the container 22.

以上説明した第1の実施形態の非水電解質電池によれば、単斜晶構造を有する二酸化チタン及びニオブチタン複合酸化物から選ばれる少なくとも一種類の負極活物質を含む負極と、有機溶媒、N(FSO 及びアルカリカチオンを含む非水電解質とを備えるため、高温サイクル寿命性能及び大電流放電性能に優れた非水電解質電池を提供することができる。According to the nonaqueous electrolyte battery of the first embodiment described above, a negative electrode including at least one negative electrode active material selected from titanium dioxide and niobium titanium composite oxide having a monoclinic structure, an organic solvent, N ( FSO 2) 2 - and order and a non-aqueous electrolyte containing an alkali cation, there can be provided a nonaqueous electrolyte battery excellent in high-temperature cycle life performance and high-current discharge performance.

(第2の実施形態)
第2の実施形態によれば、非水電解質電池を単位セルとする組電池と、該組電池を含む電池パックとを提供することができる。非水電解質電池には、第2の実施形態の電池パックを用いることができる。
(Second Embodiment)
According to 2nd Embodiment, the assembled battery which uses a nonaqueous electrolyte battery as a unit cell, and the battery pack containing this assembled battery can be provided. The battery pack of the second embodiment can be used for the nonaqueous electrolyte battery.

組電池の例には、電気的に直列又は並列に接続された複数の単位セルを構成単位として含むもの、電気的に直列接続された複数の単位セルからなるユニットまたは電気的に並列接続された複数の単位セルからなるユニットを含むもの等を挙げることができる。   Examples of the assembled battery include a plurality of unit cells electrically connected in series or in parallel as a constituent unit, a unit composed of a plurality of unit cells electrically connected in series, or electrically connected in parallel Examples include a unit including a unit composed of a plurality of unit cells.

非水電解質電池の複数個を電気的に直列又は並列接続する形態の例には、それぞれが外装部材を備えた複数の電池を電気的に直列又は並列接続するもの、共通の筐体内に収容された複数の電極群を電気的に直列又は並列接続するものが含まれる。前者の具体例は、複数個の非水電解質電池の正極端子と負極端子を金属製のバスバー(例えば、アルミニウム、ニッケル、銅)で接続するものである。後者の具体例は、1個の筐体内に複数個の電極群を隔壁により電気化学的に絶縁した状態で収容し、これら電極群を電気的に直列接続するものである。電気的に直列接続する電池個数を5〜7の範囲にすることにより、鉛蓄電池との電圧互換性が良好になる。鉛蓄電池との電圧互換性をより高くするには、単位セルを5個または6個直列接続した構成が好ましい。   Examples of a form in which a plurality of non-aqueous electrolyte batteries are electrically connected in series or in parallel include those in which a plurality of batteries each having an exterior member are electrically connected in series or in parallel, and are accommodated in a common housing. In addition, a plurality of electrode groups electrically connected in series or in parallel are included. In the former specific example, the positive terminals and the negative terminals of a plurality of nonaqueous electrolyte batteries are connected by a metal bus bar (for example, aluminum, nickel, copper). In the latter specific example, a plurality of electrode groups are accommodated in a single casing in an electrochemically insulated state by partition walls, and these electrode groups are electrically connected in series. By setting the number of electrically connected batteries in the range of 5 to 7, the voltage compatibility with the lead storage battery is improved. In order to further increase the voltage compatibility with the lead storage battery, a configuration in which five or six unit cells are connected in series is preferable.

組電池が収納される筐体には、アルミニウム合金、鉄、ステンレスなどからなる金属缶、プラスチック容器等が使用できる。また、容器の板厚は、0.5mm以上にすることが望ましい。   A metal can, a plastic container, or the like made of aluminum alloy, iron, stainless steel, or the like can be used for a housing in which the assembled battery is stored. Further, the plate thickness of the container is desirably 0.5 mm or more.

組電池の一例を図6を参照して説明する。図6に示す組電池31は、第1の実施形態に係る角型の非水電解質電池321〜325を単位セルとして複数備える。電池321の正極導電タブ18と、その隣に位置する電池322の負極導電タブ19とが、リード33によって電気的に接続されている。さらに、この電池322の正極導電タブ18とその隣に位置する電池323の負極導電タブ19とが、リード33によって電気的に接続されている。このように電池321〜325間が直列に接続されている。An example of the assembled battery will be described with reference to FIG. The assembled battery 31 shown in FIG. 6 includes a plurality of prismatic nonaqueous electrolyte batteries 32 1 to 32 5 according to the first embodiment as unit cells. The positive electrode conductive tab 18 of the battery 32 1 and the negative electrode conductive tab 19 of the battery 32 2 located adjacent thereto are electrically connected by a lead 33. Further, the positive electrode conductive tab 18 of the battery 32 2 and the negative electrode conductive tab 19 of the battery 32 3 located adjacent thereto are electrically connected by a lead 33. In this way, the batteries 32 1 to 32 5 are connected in series.

また、図1,2に示す非水電解質電池からなる組電池を備えた電池パックの例を図7を参照して説明する。電池パック40は、筐体41と、筐体41内に収容された組電池42とを含む。組電池42は、複数(例えば5個)の非水電解質電池43〜43が電気的に直列に接続されたものである。非水電解質電池43〜43は、厚さ方向に積層されている。筐体41は、上部及び4つの側面それぞれに開口部44を有している。非水電解質電池43〜43の正負極端子6,7が突出している側面が、筐体41の開口部44に露出している。組電池42の出力用正極端子45は、帯状をなし、一端が非水電解質電池43〜43のいずれかの正極端子6と電気的に接続され、かつ他端が筐体41の開口部44から突出して筐体41の上部から突き出ている。一方、組電池42の出力用負極端子46は、帯状をなし、一端が非水電解質電池43〜43のいずれかの負極端子7と電気的に接続され、かつ他端が筐体41の開口部44から突出して筐体41の上部から突き出ている。In addition, an example of a battery pack provided with the assembled battery including the nonaqueous electrolyte battery shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIG. The battery pack 40 includes a housing 41 and an assembled battery 42 accommodated in the housing 41. Battery pack 42 is to nonaqueous electrolyte battery 43 1-43 5 a plurality (e.g. five) are electrically connected in series. A nonaqueous electrolyte battery 43 1-43 5 is laminated in the thickness direction. The housing 41 has an opening 44 on each of the upper part and the four side surfaces. Side nonaqueous electrolyte battery 43 1-43 5 positive and negative electrode terminals 6 and 7 are protruded is exposed to the opening 44 of the housing 41. Output positive terminal of the assembled battery 42 45 form a strip, one end is electrically connected to the 6 one of the positive terminal of the nonaqueous electrolyte battery 43 1-43 5, and the other end of the housing 41 opening 44 protrudes from the upper portion of the housing 41. On the other hand, the output negative terminal 46 of the assembled battery 42, without a band, one end of which is connected one of the negative electrode terminal 7 and electrically non-aqueous electrolyte battery 43 1-43 5, and the other end of the housing 41 It protrudes from the opening 44 and protrudes from the upper part of the housing 41.

電池パックの別の例を図8および図9を参照して詳細に説明する。扁平型の非水電解質電池から構成される複数の単位セル51は、外部に延出した負極端子52および正極端子53が同じ向きに揃えられるように積層され、粘着テープ54で締結することにより組電池55を構成している。これらの単位セル51は、図9に示すように互いに電気的に直列に接続されている。   Another example of the battery pack will be described in detail with reference to FIGS. A plurality of unit cells 51 composed of a flat type non-aqueous electrolyte battery are stacked so that the negative electrode terminal 52 and the positive electrode terminal 53 extending to the outside are aligned in the same direction, and are assembled by fastening with an adhesive tape 54. A battery 55 is configured. These unit cells 51 are electrically connected to each other in series as shown in FIG.

プリント配線基板56は、負極端子52および正極端子53が延出する単位セル51側面と対向して配置されている。プリント配線基板56には、図9に示すようにサーミスタ57、保護回路58及び外部機器への通電用端子59が搭載されている。なお、組電池55と対向するプリント配線基板56の面には組電池55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 56 is disposed to face the side surface of the unit cell 51 from which the negative electrode terminal 52 and the positive electrode terminal 53 extend. As shown in FIG. 9, a thermistor 57, a protection circuit 58, and a terminal 59 for energizing an external device are mounted on the printed wiring board 56. An insulating plate (not shown) is attached to the surface of the printed wiring board 56 facing the assembled battery 55 in order to avoid unnecessary connection with the wiring of the assembled battery 55.

正極リード60は、組電池55の最下層に位置する正極端子53に接続され、その先端はプリント配線基板56の正極コネクタ61に挿入されて電気的に接続されている。負極リード62は、組電池55の最上層に位置する負極端子52に接続され、その先端はプリント配線基板56の負極側コネクタ63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61,63は、プリント配線基板56に形成された配線64,65を通して保護回路58に接続されている。   The positive electrode lead 60 is connected to the positive electrode terminal 53 located at the lowermost layer of the assembled battery 55, and the tip thereof is inserted into and electrically connected to the positive electrode connector 61 of the printed wiring board 56. The negative electrode lead 62 is connected to the negative electrode terminal 52 located on the uppermost layer of the assembled battery 55, and the tip thereof is inserted into and electrically connected to the negative electrode side connector 63 of the printed wiring board 56. These connectors 61 and 63 are connected to the protection circuit 58 through wirings 64 and 65 formed on the printed wiring board 56.

サーミスタ57は、単位セル51の温度を検出し、その検出信号は保護回路58に送信される。保護回路58は、所定の条件で保護回路58と外部機器への通電用端子59との間のプラス配線66aおよびマイナス配線66bを遮断できる。所定の条件とは、例えばサーミスタ57の検出温度が所定温度以上になったときである。また、所定の条件とは単位セル51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、個々の単位セル51もしくは組電池55について行われる。個々の単位セル51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、個々の単位セル51中に参照極として用いるリチウム電極が挿入される。図8および図9の場合、単位セル51それぞれに電圧検出のための配線67を接続し、これら配線67を通して検出信号が保護回路58に送信される。   The thermistor 57 detects the temperature of the unit cell 51, and the detection signal is transmitted to the protection circuit 58. The protection circuit 58 can cut off the plus wiring 66a and the minus wiring 66b between the protection circuit 58 and the energization terminal 59 to the external device under a predetermined condition. The predetermined condition is, for example, when the temperature detected by the thermistor 57 is equal to or higher than a predetermined temperature. The predetermined condition is when an overcharge, overdischarge, overcurrent, or the like of the unit cell 51 is detected. This detection of overcharge or the like is performed for each unit cell 51 or the assembled battery 55. When detecting each unit cell 51, 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 51. 8 and 9, a voltage detection wiring 67 is connected to each unit cell 51, and a detection signal is transmitted to the protection circuit 58 through the wiring 67.

正極端子53および負極端子52が突出する側面を除く組電池55の三側面には、ゴムもしくは樹脂からなる保護シート68がそれぞれ配置されている。   Protective sheets 68 made of rubber or resin are disposed on the three side surfaces of the assembled battery 55 excluding the side surfaces from which the positive electrode terminal 53 and the negative electrode terminal 52 protrude.

組電池55は、各保護シート68およびプリント配線基板56と共に収納容器69内に収納される。すなわち、収納容器69の長辺方向の両方の内側面と短辺方向の内側面それぞれに保護シート68が配置され、短辺方向の反対側の内側面にプリント配線基板56が配置される。組電池55は、保護シート68およびプリント配線基板56で囲まれた空間内に位置する。蓋70は、収納容器69の上面に取り付けられている。   The assembled battery 55 is stored in a storage container 69 together with each protective sheet 68 and the printed wiring board 56. That is, the protective sheet 68 is disposed on each of the inner side surface in the long side direction and the inner side surface in the short side direction of the storage container 69, and the printed wiring board 56 is disposed on the inner side surface on the opposite side in the short side direction. The assembled battery 55 is located in a space surrounded by the protective sheet 68 and the printed wiring board 56. The lid 70 is attached to the upper surface of the storage container 69.

なお、組電池55の固定には粘着テープ54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 54, a heat shrink tape may be used for fixing the assembled battery 55. 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8、図9では単位セル51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よい。組み上がった電池パックを直列、並列に接続することもできる。   8 and 9, the unit cells 51 are connected in series, but may be connected in parallel in order to increase the battery capacity. The assembled battery packs can be connected in series or in parallel.

また、電池パックの態様は用途により適宜変更される。電池パックの用途としては、大電流での充放電が望まれるものが好ましい。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。   Moreover, the aspect of a battery pack is changed suitably by a use. As a use of the battery pack, one in which charging / discharging with a large current is desired is preferable. 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.

以上説明した第2の実施形態によれば、第1の実施形態の非水電解質電池を用いるため、高温環境下での充放電サイクル寿命性能と大電流放電性能が向上された組電池及び電池パックを提供することができる。このため、車両用スタータ電源として使用されている鉛電池の代替電源として、あるいはハイブリッド車に搭載する車載用二次電池として好適な組電池及び電池パックを提供することが可能になる。   According to the second embodiment described above, since the nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment is used, the assembled battery and the battery pack with improved charge / discharge cycle life performance and high-current discharge performance under a high temperature environment. Can be provided. For this reason, it becomes possible to provide an assembled battery and a battery pack suitable as an alternative power source for a lead battery used as a starter power source for a vehicle or as an in-vehicle secondary battery mounted on a hybrid vehicle.

[実施例]
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明するが、本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。
[Example]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below.

(実施例1)
正極活物質に平均粒子径3μm、N吸着によるBET法による比表面積0.8m/gの層状構造のリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物(LiNi0.8Mn0.1Co0.1)を用い、これに導電材として正極全体に対して8重量%の黒鉛粉末、結着剤として正極全体に対して5重量%のPVdFをそれぞれ配合してn−メチルピロリドン(NMP)溶媒に分散してスラリーを調製した。得られたスラリーを、厚さ15μmのアルミニウム合金箔(純度99%)の両面に塗布し、乾燥し、プレス工程を経て電極密度3.2g/cm3の正極を作製した。正極材料層の比表面積は、0.5m/gであった。
Example 1
Lithium nickel manganese cobalt composite oxide (LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2) having a layered structure with an average particle diameter of 3 μm and a specific surface area of 0.8 m 2 / g by BET method using N 2 adsorption as the positive electrode active material ), 8% by weight of graphite powder with respect to the whole positive electrode as a conductive material, and 5% by weight of PVdF with respect to the whole positive electrode as a binder, and dispersed in an n-methylpyrrolidone (NMP) solvent. To prepare a slurry. The obtained slurry was applied to both sides of an aluminum alloy foil (purity 99%) having a thickness of 15 μm, dried, and a positive electrode having an electrode density of 3.2 g / cm 3 was produced through a pressing process. The specific surface area of the positive electrode material layer was 0.5 m 2 / g.

また、負極活物質として、単斜晶構造のNbTiO粒子を用意した。NbTiO粒子は、二次粒子を含むもので、平均粒径が5μmで、平均一次粒子径が0.3μmであった。平均粒径を二次粒子径とみなす。NbTiO粒子のBET比表面積が10m2/gであった。NbTiO粒子と、平均粒子径5μmのBET比表面積10m2/gの黒鉛粉末と、結着剤としてPVdFとを重量比で90:6:4となるように配合してn−メチルピロリドン(NMP)溶媒に分散させ、ボールミルを用いて回転数1000rpmで、かつ攪拌時間が2時間の条件で攪拌を用い、スラリーを調製した。得られたスラリーを厚さ15μmのアルミニウム合金箔(純度99.3%)に塗布し、乾燥し、加熱プレス工程を経ることにより、電極密度2.2g/cm3負極を作製した。集電体を除く負極多孔度は、35%であった。また、負極材料層のBET比表面積(負極材料層1g当りの表面積)は8m2/gであった。Further, Nb 2 TiO 7 particles having a monoclinic structure were prepared as the negative electrode active material. The Nb 2 TiO 7 particles contain secondary particles, the average particle size was 5 μm, and the average primary particle size was 0.3 μm. The average particle size is considered as the secondary particle size. The BET specific surface area of the Nb 2 TiO 7 particles was 10 m 2 / g. N-Methylpyrrolidone by blending Nb 2 TiO 7 particles, graphite powder having an average particle diameter of 5 μm and a BET specific surface area of 10 m 2 / g, and PVdF as a binder in a weight ratio of 90: 6: 4. A slurry was prepared by dispersing in (NMP) solvent and using a ball mill with stirring at a rotational speed of 1000 rpm and stirring time of 2 hours. The obtained slurry was applied to an aluminum alloy foil (purity: 99.3%) having a thickness of 15 μm, dried, and subjected to a heating press process, thereby producing an electrode density of 2.2 g / cm 3 negative electrode. The negative electrode porosity excluding the current collector was 35%. Further, the BET specific surface area of the negative electrode material layer (surface area per 1 g of the negative electrode material layer) was 8 m 2 / g.

一方、厚さ20μmのセルロース製不織布からなるセパレータで正極を被覆し、負極をセパレータ上にセパレータを介して正極と対向するように重ね、これらを渦巻状に捲回して電極群を作製した。この電極群をさらにプレスして扁平状に成形した。厚さが0.5mmのアルミニウム合金(Al純度99重量%)からなる有底矩形筒状の金属缶に電極群を収納した。   On the other hand, the positive electrode was covered with a separator made of cellulose nonwoven fabric having a thickness of 20 μm, the negative electrode was stacked on the separator so as to face the positive electrode via the separator, and these were wound in a spiral shape to produce an electrode group. This electrode group was further pressed into a flat shape. The electrode group was housed in a bottomed rectangular cylindrical metal can made of an aluminum alloy (Al purity 99 wt%) having a thickness of 0.5 mm.

プロピレンカーボネート(PC)とリン酸トリス(2,2,2-トリフルオロエチル)(TFEP)を体積比率1:2で混合し、得られた混合有機溶媒に電解質としてLi[N(FSO)]を1mol/LとLiPFを0.1mol/L溶解することにより液状の非水電解質(非水電解液)を調製した。この非水電解質を金属缶内の電極群に注液し、前述した図1示す構造を有し、厚さ13mm、幅62mm、高さ94mmの薄型ないし角型の非水電解質電池を作製した。Propylene carbonate (PC) and tris (2,2,2-trifluoroethyl) phosphate (TFEP) were mixed at a volume ratio of 1: 2, and Li [N (FSO 2 ) 2 was used as an electrolyte in the resulting mixed organic solvent. 1 mol / L and LiPF 6 0.1 mol / L were dissolved to prepare a liquid non-aqueous electrolyte (non-aqueous electrolyte). This nonaqueous electrolyte was poured into an electrode group in a metal can, and a thin or square nonaqueous electrolyte battery having the structure shown in FIG. 1 and having a thickness of 13 mm, a width of 62 mm, and a height of 94 mm was produced.

(実施例2〜24)
非水電解質と有機溶媒組成と負極活物質と正極活物質が下記表1に示すものであること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様にして非水電解質電池を作製した。
(Examples 2 to 24)
A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as described in Example 1 except that the nonaqueous electrolyte, the organic solvent composition, the negative electrode active material, and the positive electrode active material were those shown in Table 1 below.

(比較例1〜14)
非水電解質と有機溶媒組成と負極活物質と正極活物質が下記表2に示すものであること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様にして非水電解質電池を作製した。
(Comparative Examples 1-14)
A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as described in Example 1 except that the nonaqueous electrolyte, the organic solvent composition, the negative electrode active material, and the positive electrode active material were those shown in Table 2 below.

得られた実施例及び比較例の非水電解質電池について、25℃で4Aの定電流で充電終止電圧まで1時間で充電した後、放電終止電圧まで4Aで放電した時の放電容量と平均電圧を測定、エネルギー容量(Wh)求めた。また、25℃での4A(1C相当)放電時の放電容量維持率を100%とし、25℃での40A(10C相当)放電時の放電容量維持率を測定した。高温サイクル試験として60℃で4Aの定電流で充電終止電圧まで1時間で充電した後、放電終止電圧まで4Aの定電流放電を繰り返すサイクル試験を行った。60℃でのサイクル試験時のサイクル寿命は初期容量の80%の容量維持率時のサイクル数とした。   About the nonaqueous electrolyte battery of the obtained Example and Comparative Example, after charging at a constant current of 4 A at 25 ° C. for 1 hour to the end-of-charge voltage, the discharge capacity and average voltage when discharged at 4 A to the end-of-discharge voltage Measurement and energy capacity (Wh) were obtained. Further, the discharge capacity maintenance rate at the time of 4A (equivalent to 1C) discharge at 25 ° C. was set to 100%, and the discharge capacity maintenance rate at the time of 40A (equivalent to 10C) discharge at 25 ° C. was measured. As a high-temperature cycle test, a cycle test was performed in which a constant current of 4 A was charged at 60 ° C. to a charge end voltage in 1 hour, and then a constant current discharge of 4 A was repeated until the discharge end voltage. The cycle life at the cycle test at 60 ° C. was defined as the number of cycles at a capacity maintenance rate of 80% of the initial capacity.

これらの測定結果を下記表3,4に示す。表3,4には、上記試験での充電終止電圧及び放電終止電圧を示す。

Figure 0006184588
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The measurement results are shown in Tables 3 and 4 below. Tables 3 and 4 show the charge end voltage and discharge end voltage in the above test.
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表1〜表4から明らかなように、実施例1〜24は、比較例1〜14に比べて60℃高温サイクル寿命性能に優れていることが分かる。   As is apparent from Tables 1 to 4, Examples 1 to 24 are superior to Comparative Examples 1 to 14 in 60 ° C. high-temperature cycle life performance.

また、実施例24と比較例13を比較することにより、有機溶媒、N(FSO 及びアルカリカチオンを含む非水電解質を備えていても、チタン酸リチウムからなる負極活物質を用いた比較例13によると、エネルギー容量及び60℃高温サイクル寿命性能が実施例24に比して劣っていることが分かる。これは、オリビン構造のリン酸化合物により負極の自己放電が促進され、正極と負極の容量バランスが崩れるためである。In addition, by comparing Example 24 and Comparative Example 13, a negative electrode active material made of lithium titanate was used even though a nonaqueous electrolyte containing an organic solvent, N (FSO 2 ) 2 —, and an alkali cation was provided. According to Comparative Example 13, it can be seen that the energy capacity and 60 ° C. high temperature cycle life performance are inferior to Example 24. This is because the self-discharge of the negative electrode is promoted by the phosphate compound having an olivine structure, and the capacity balance between the positive electrode and the negative electrode is lost.

実施例8と比較例14を比較することにより、有機溶媒、N(FSO 及びアルカリカチオンを含む非水電解質を備えていても、アナターゼ構造の二酸化チタンからなる負極活物質を用いた比較例14によると、エネルギー容量、10C放電容量維持率及び60℃高温サイクル寿命性能が実施例8に比して劣っていることが分かる。アナターゼ構造の二酸化チタンからなる負極活物質は、微粒子化して比表面積を増加させると、充放電サイクルが円滑に進行する反面、高温環境下で非水電解質の還元分解を生じて界面抵抗が増加し、高温での充放電サイクル性能が低下する。比較例14の電池のエネルギー容量、10C放電容量維持率及び60℃高温サイクル寿命性能が劣るのは、非水電解質の還元分解が原因と考えられる。By comparing Example 8 and Comparative Example 14, a negative electrode active material made of titanium dioxide having an anatase structure was used even though a nonaqueous electrolyte containing an organic solvent, N (FSO 2 ) 2 and an alkali cation was provided. According to Comparative Example 14, it can be seen that the energy capacity, 10C discharge capacity retention rate, and 60 ° C. high temperature cycle life performance are inferior to Example 8. When the negative electrode active material made of titanium dioxide with anatase structure is made finer and the specific surface area is increased, the charge / discharge cycle proceeds smoothly, but reductive decomposition of the nonaqueous electrolyte occurs in a high temperature environment and the interface resistance increases. The charge / discharge cycle performance at high temperatures is degraded. The inferior energy capacity, 10C discharge capacity retention rate, and 60 ° C. high temperature cycle life performance of the battery of Comparative Example 14 are thought to be due to reductive decomposition of the nonaqueous electrolyte.

また、チタン酸リチウム、アナターゼ構造の二酸化チタンを負極活物質として用いると、正極活物質を微粒子化して比表面積を増加させた際に、電池の高温寿命性能と熱安定性の低下を招く。   Further, when lithium titanate or anatase-structured titanium dioxide is used as the negative electrode active material, the high temperature life performance and thermal stability of the battery are reduced when the positive electrode active material is made fine particles to increase the specific surface area.

実施例で用いた負極活物質の平均粒径、N2吸着によるBET比表面積、負極の多孔度の測定方法を以下に示す。The measurement method of the average particle diameter of the negative electrode active material used in the examples, the BET specific surface area by N 2 adsorption, and the porosity of the negative electrode is shown below.

1)負極活物質の粒子の測定方法
レーザー回折式分布測定装置(島津SALD-300)を用い、まず、ビーカーに試料を約0.1gと界面活性剤と1〜2mLの蒸留水を添加して十分に攪拌した後、攪拌水槽に注入し、2秒間隔で64回光度分布を測定し、粒度分布データを得る。粒度分布に2つのピークが検出された場合、各ピーク毎に累積体積頻度100%、50%を設定し、各ピーク毎に累積体積頻度が50%の粒径(D50)を求め、小さい方を一次粒子の平均粒径、大きい方を二次粒子の平均粒径とする。粒度分布中のピークが一つの場合、累積体積頻度が50%の粒径(D50)を二次粒子の平均粒径とする。二次粒子の平均粒径の測定後、負極活物質粒子をボールミル等を用いて強制的に解砕して一次粒子単独とする。次いで、レーザー回折式分布測定装置(島津SALD-300)を用い、前述と同様な条件で粒度分布を測定し、累積体積頻度が50%の粒径(D50)を一次粒子の平均粒径とする。
1) Method for measuring particles of negative electrode active material Using a laser diffraction distribution measuring device (Shimadzu SALD-300), first add about 0.1 g of a sample, a surfactant and 1 to 2 mL of distilled water to a beaker. After sufficiently stirring, the mixture is poured into a stirring water tank and the luminous intensity distribution is measured 64 times at intervals of 2 seconds to obtain particle size distribution data. When two peaks are detected in the particle size distribution, a cumulative volume frequency of 100% or 50% is set for each peak, and a particle size (D50) with a cumulative volume frequency of 50% is determined for each peak. The average particle size of the primary particles and the larger one are the average particle size of the secondary particles. When there is one peak in the particle size distribution, the particle size (D50) having a cumulative volume frequency of 50% is defined as the average particle size of the secondary particles. After measuring the average particle size of the secondary particles, the negative electrode active material particles are forcibly pulverized using a ball mill or the like to obtain primary particles alone. Next, the particle size distribution is measured under the same conditions as described above using a laser diffraction distribution measuring device (Shimadzu SALD-300), and the particle size (D50) having a cumulative volume frequency of 50% is used as the average particle size of the primary particles. .

2)N2吸着によるBET比表面積
負極活物質と負極のN2吸着によるBET比表面積は、以下の条件で測定した。
2) N 2 BET specific surface area by N 2 adsorption BET specific surface area anode active material and the negative electrode by adsorption was measured under the following conditions.

粉末の負極活物質1gまたは2x2cm2の負極を2枚切り取り、これをサンプルとした。BET比表面積測定装置はユアサ アイオニクス社製を使用し、窒素ガスを吸着ガスとした。Two pieces of 1 g of powdered negative electrode active material or 2 × 2 cm 2 negative electrodes were cut out and used as samples. A BET specific surface area measuring apparatus manufactured by Yuasa Ionics was used, and nitrogen gas was used as an adsorption gas.

正極活物質と正極については、粉末の正極活物質1gまたは2×2cm2の正極を2枚用いること以外は、負極の場合と同様にしてN2吸着によるBET比表面積を測定する。For the positive electrode active material and the positive electrode, the BET specific surface area by N 2 adsorption is measured in the same manner as in the case of the negative electrode, except that 1 g of powdered positive electrode active material or 2 × 2 cm 2 positive electrodes are used.

3)負極の多孔度
負極の多孔度は、負極材料層の体積を、多孔度が0%の時の負極材料層体積と比較し、多孔度が0%の時の負極材料層体積からの増加分を空孔体積とみなして算出したものである。なお、負極材料層の体積は、集電体の両面に負極材料層が形成されている場合、両面の負極材料層の体積を合計したものとする。
3) Porosity of the negative electrode The porosity of the negative electrode is determined by comparing the volume of the negative electrode material layer with the volume of the negative electrode material layer when the porosity is 0%, and the increase from the volume of the negative electrode material layer when the porosity is 0%. This is calculated by regarding the minute as the pore volume. Note that the volume of the negative electrode material layer is the sum of the volumes of the negative electrode material layers on both sides when the negative electrode material layers are formed on both sides of the current collector.

これらの実施形態又は実施例によれば、単斜晶構造を有する二酸化チタン及びニオブチタン複合酸化物から選ばれる少なくとも一種類の負極活物質を含む負極と、有機溶媒、N(FSO 及びアルカリカチオンを含む非水電解質とを備えるため、高温サイクル寿命性能及び大電流放電性能に優れた非水電解質電池を提供することができる。According to these embodiments or examples, a negative electrode including at least one negative electrode active material selected from titanium dioxide and niobium titanium composite oxide having a monoclinic structure, an organic solvent, N (FSO 2 ) 2 —, and Since it comprises a non-aqueous electrolyte containing an alkali cation, a non-aqueous electrolyte battery excellent in high-temperature cycle life performance and large current discharge performance can be provided.

なお、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。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1] 正極と、
単斜晶構造を有する二酸化チタン及びニオブチタン複合酸化物から選ばれる少なくとも一種類の負極活物質を含む負極と、
有機溶媒、ビスフルオロスルホニルイミドアニオン及びアルカリカチオンを含む非水電解質と
を含む非水電解質電池。
[2] 前記有機溶媒は、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、γ-ブチロラクトン、エチルメチルスルフォン、エチルイソプロピルスルフォン、リン酸トリス(2,2,2-トリフルオロエチル)、ジメトキシエタン及びジエトキシエタンよりなる群から選択される少なくとも一種類から構成される、[1]に記載の非水電解質電池。
[3] 前記非水電解質は、前記有機溶媒中の濃度が0.01〜0.4mol/Lの範囲の六フッ化リン酸リチウムをさらに含む、[1]または[2]に記載の非水電解質電池。
[4] 前記単斜晶構造を有する二酸化チタンはTiO (B)で表され、前記ニオブチタン複合酸化物は、単斜晶構造のLi a TiM b Nb 2±β 7±σ (0≦a≦5、0≦b≦0.3、0≦β≦0.3、0≦σ≦0.3、MはFe、V、Mo及びTaよりなる群から選択される少なくとも一種類の元素)である、[1]〜[3]のいずれかに記載の非水電解質電池。
[5] 前記正極は、層状構造のLi Ni Mn Co 1-y-z (0≦x≦1.1、0.3≦y<1、0<z<0.5)、スピネル構造のLi Ni 0.5 Mn 1.5 (0≦x≦1.1)、オリビン構造のLi Mn 1−w Fe PO (0≦x≦1.1、0≦w≦1)及びLi x Mn 1-w Fe SO 4 F(0≦x≦1.1、0≦w≦1)よりなる群から選択される少なくとも一種類の正極活物質を含む、[1]〜[4]のいずれかに記載の非水電解質電池。
[6] [1]〜[5]のいずれかに記載の非水電解質電池を含む電池パック。


In addition, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of 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.
Hereinafter, the invention described in the scope of claims of the present application will be appended.
[1] a positive electrode;
A negative electrode containing at least one negative electrode active material selected from titanium dioxide and niobium titanium composite oxide having a monoclinic structure;
A non-aqueous electrolyte comprising an organic solvent, a bisfluorosulfonylimide anion and an alkali cation; and
Including non-aqueous electrolyte battery.
[2] The organic solvent is propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, γ-butyrolactone, ethyl methyl sulfone, ethyl isopropyl sulfone, tris phosphate (2,2,2-tri The nonaqueous electrolyte battery according to [1], comprising at least one selected from the group consisting of fluoroethyl), dimethoxyethane, and diethoxyethane.
[3] The nonaqueous electrolyte according to [1] or [2], wherein the nonaqueous electrolyte further includes lithium hexafluorophosphate having a concentration in the organic solvent of 0.01 to 0.4 mol / L. Electrolyte battery.
[4] The titanium dioxide having the monoclinic structure is represented by TiO 2 (B), and the niobium titanium composite oxide is composed of Li a TiM b Nb 2 ± β O 7 ± σ (0 ≦ a ≦ 5, 0 ≦ b ≦ 0.3, 0 ≦ β ≦ 0.3, 0 ≦ σ ≦ 0.3, M is at least one element selected from the group consisting of Fe, V, Mo and Ta) The nonaqueous electrolyte battery according to any one of [1] to [3].
[5] The positive electrode has a layered structure of Li x Ni y Mn z Co 1-yz O 2 (0 ≦ x ≦ 1.1, 0.3 ≦ y <1, 0 <z <0.5), Li x Ni 0.5 Mn 1.5 O 4 with spinel structure (0 ≦ x ≦ 1.1), Li x Mn 1-w Fe w PO 4 with olivine structure (0 ≦ x ≦ 1.1, 0 ≦ w) ≦ 1) and at least one positive electrode active material selected from the group consisting of Li x Mn 1-w Fe w SO 4 F (0 ≦ x ≦ 1.1, 0 ≦ w ≦ 1), [1] -The nonaqueous electrolyte battery in any one of [4].
[6] A battery pack including the nonaqueous electrolyte battery according to any one of [1] to [5].


1,11,23…電極群、2…外装部材、3,13,24…正極、3a…正極集電体、3b…正極活物質含有層、4,14,25…負極、4a…負極集電体、4b…負極活物質含有層、5,15,26…セパレータ、6…負極端子、7…正極端子、12…金属製容器、16,27…正極リード、17,28…負極リード、18…正極導電タブ、19…負極導電タブ、20…封口板、21…絶縁部材、31…組電池、321〜325、43〜43…非水電解質電池、33…リード、40…電池パック、41…筐体、42…組電池、44…開口部、45…出力用正極端子、46…出力用負極端子、51…単位セル、55…組電池、56…プリント配線基板、57…サーミスタ、58…保護回路、59…外部機器への通電用端子。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,11,23 ... Electrode group, 2 ... Exterior member, 3, 13, 24 ... Positive electrode, 3a ... Positive electrode collector, 3b ... Positive electrode active material containing layer, 4, 14, 25 ... Negative electrode, 4a ... Negative electrode current collector Body, 4b ... negative electrode active material containing layer, 5, 15, 26 ... separator, 6 ... negative electrode terminal, 7 ... positive electrode terminal, 12 ... metal container, 16, 27 ... positive electrode lead, 17, 28 ... negative electrode lead, 18 ... positive electrode conductive tab 19 ... negative electrode conductive tab 20 ... sealing plate, 21: insulating member, 31 ... battery assembly 32 1-32 5, 43 1-43 5 ... non-aqueous electrolyte battery, 33 ... lead, 40 ... battery pack , 41 ... housing, 42 ... assembled battery, 44 ... opening, 45 ... output positive terminal, 46 ... output negative terminal, 51 ... unit cell, 55 ... assembled battery, 56 ... printed wiring board, 57 ... thermistor, 58 .. protection circuit, 59... Terminal for energizing external equipment.

Claims (5)

層状構造のLiNiMnCo1−y−z(0≦x≦1.1、0.3≦y<1、0<z<0.5)、スピネル構造のLiNi0.5Mn1.5(0≦x≦1.1)、オリビン構造のLiMn1−wFePO(0≦x≦1.1、0.1≦W≦0.3)、スピネル構造のリチウムマンガン酸化物、ナトリウム鉄酸化物、及び、NaFe0.5Mn0.5よりなる群から選択される少なくとも1種類からなる正極活物質を含む正極と、
単斜晶構造を有する二酸化チタン及びニオブチタン複合酸化物から選ばれる少なくとも一種類の負極活物質を含む負極と、
有機溶媒、ビスフルオロスルホニルイミドアニオン及びアルカリカチオンを含む非水電解質とを含み、
前記有機溶媒は、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン及びエチルメチルカーボネートよりなる群から選択される少なくとも一種と、プロピレンカーボネートとの混合溶媒である、非水電解質電池。
Li x Ni y Mn z Co 1-yz O 2 (0 ≦ x ≦ 1.1, 0.3 ≦ y <1, 0 <z <0.5) having a layered structure, Li x Ni 0 having a spinel structure .5 Mn 1.5 O 4 (0 ≦ x ≦ 1.1), Li x Mn 1-w Fe w PO 4 having an olivine structure (0 ≦ x ≦ 1.1, 0.1 ≦ W ≦ 0.3) A positive electrode comprising at least one positive electrode active material selected from the group consisting of lithium manganese oxide having a spinel structure, sodium iron oxide, and NaFe 0.5 Mn 0.5 O 2 ;
A negative electrode containing at least one negative electrode active material selected from titanium dioxide and niobium titanium composite oxide having a monoclinic structure;
Organic solvent, and a nonaqueous electrolyte containing a bisfluorosulfonylimide anion and alkali cations seen including,
The non-aqueous electrolyte battery , wherein the organic solvent is a mixed solvent of propylene carbonate and at least one selected from the group consisting of diethyl carbonate, dimethyl carbonate, γ-butyrolactone, and ethyl methyl carbonate .
前記混合溶媒中のプロピレンカーボネートの混合比率は20〜80体積%の範囲である、請求項1に記載の非水電解質電池。 The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein a mixing ratio of propylene carbonate in the mixed solvent is in a range of 20 to 80% by volume . 前記非水電解質は、前記有機溶媒中の濃度が0.01〜0.4mol/Lの範囲の六フッ化リン酸リチウムをさらに含む、請求項1または請求項2に記載の非水電解質電池。   The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1 or 2, wherein the nonaqueous electrolyte further includes lithium hexafluorophosphate having a concentration in the organic solvent of 0.01 to 0.4 mol / L. 前記単斜晶構造を有する二酸化チタンはTiO(B)で表され、前記ニオブチタン複合酸化物は、単斜晶構造のLiTiMNb2±β7±σ(0≦a≦5、0≦b≦0.3、0≦β≦0.3、0≦σ≦0.3、MはFe、V、Mo及びTaよりなる群から選択される少なくとも一種類の元素)である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水電解質電池。 The titanium dioxide having the monoclinic structure is represented by TiO 2 (B), and the niobium titanium composite oxide has a monoclinic structure of Li a TiM b Nb 2 ± β O 7 ± σ (0 ≦ a ≦ 5, 0 ≦ b ≦ 0.3, 0 ≦ β ≦ 0.3, 0 ≦ σ ≦ 0.3, M is at least one element selected from the group consisting of Fe, V, Mo and Ta), Item 4. The nonaqueous electrolyte battery according to any one of Items 1 to 3. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水電解質電池を含む電池パック。   The battery pack containing the nonaqueous electrolyte battery of any one of Claims 1-4.
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