JP6253411B2 - Lithium secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、4.3V以上の高電圧で連続的に充電を継続しても安定に使用し得るリチウム二次電池に関するものである。   The present invention relates to a lithium secondary battery that can be used stably even when continuously charged at a high voltage of 4.3 V or higher.

近年、携帯電話、ノート型パソコンなどの携帯型電子機器の発達や、電気自動車の実用化などに伴って、小型軽量でかつ高容量のリチウム二次電池が必要とされるようになってきた。   In recent years, along with the development of portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers, and the practical application of electric vehicles, small and light lithium secondary batteries with high capacity have been required.

リチウム二次電池では、通常、正極活物質に、LiCoOやLiMnOなどのリチウム含有複合酸化物が使用されており、更に、負極活物質には、黒鉛質炭素材料などの他、リチウム二次電池の高容量化を目的として、Siの超微粒子がSiO中に分散した構造を持つSiOを使用する検討が進んでいる(例えば、特許文献1〜3)。In lithium secondary batteries, lithium-containing composite oxides such as LiCoO 2 and LiMnO 2 are usually used as the positive electrode active material, and in addition to the graphitic carbon material, lithium secondary secondary materials such as LiCoO 2 and LiMnO 2 are used. For the purpose of increasing the capacity of batteries, studies are underway to use SiO x having a structure in which Si ultrafine particles are dispersed in SiO 2 (for example, Patent Documents 1 to 3).

リチウム二次電池の高容量化にあたっては、容量の大きな活物質の使用の他にも、充電電圧を高める手法が考えられる。例えば、現在汎用されているLiCoOを正極活物質とするリチウム二次電池では、充電電圧の上限値を4.2V程度とすることが一般的であるが、前記の手法は、充電電圧を前記の値よりも高めることで、更なる高容量化を図るというものである。In order to increase the capacity of the lithium secondary battery, in addition to using an active material having a large capacity, a method for increasing the charging voltage is conceivable. For example, in a lithium secondary battery using LiCoO 2 as a positive electrode active material that is currently widely used, the upper limit of the charging voltage is generally set to about 4.2 V. By increasing the value above, the capacity can be further increased.

また、非水電解質に種々の添加剤を含有させて、リチウム二次電池の特性改善を図ることも行われている。例えば、特許文献4には、分子内にニトリル基を2以上有する化合物を非水電解質に含有させて、充放電サイクル特性などを高めたリチウム二次電池が開示されている。   In addition, various additives are added to the non-aqueous electrolyte to improve the characteristics of the lithium secondary battery. For example, Patent Document 4 discloses a lithium secondary battery in which a compound having two or more nitrile groups in a molecule is contained in a non-aqueous electrolyte to improve charge / discharge cycle characteristics and the like.

特開2004−047404号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-047404 特開2005−259697号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-259697 特開2008−210618号公報JP 2008-210618A 特開2008−108586号公報JP 2008-108586 A

ところで、携帯型電子機器では、例えば、充電を行ったまま長時間放置したり、充電を行いつつ機器を使用したりするなど、実際の使用時に連続的に充電が継続されることがある。   By the way, in a portable electronic device, for example, the device may be continuously charged during actual use, such as being left for a long time while being charged, or using the device while being charged.

このような連続的に充電が継続される使用状況下では、正極活物質であるリチウム含有複合酸化物から、CoやMnといった遷移金属元素のイオンが非水電解質中に溶出して、正極活物質の劣化が進み、電池特性が損なわれたり、溶出するイオン量が非常に多くなると、電池の内部短絡が生じたりする。   Under such usage conditions where continuous charging is continued, ions of transition metal elements such as Co and Mn are eluted from the lithium-containing composite oxide that is the positive electrode active material into the non-aqueous electrolyte, and the positive electrode active material When battery deterioration deteriorates, battery characteristics are impaired, or when the amount of ions to be eluted becomes extremely large, an internal short circuit of the battery may occur.

こうした電池の連続充電による正極活物質の劣化に起因する問題は、負極活物質にSiOのような高容量の材料を使用したり、充電電圧を従来よりも高めたりした際に顕著に生じることが、本発明者らの検討により明らかとなった。The problems caused by the deterioration of the positive electrode active material due to continuous charging of the battery are noticeable when a high-capacity material such as SiO x is used for the negative electrode active material or the charging voltage is increased as compared with the conventional case. However, it became clear by examination of the present inventors.

そこで、特に携帯型電子機器の電源用途に適用されるリチウム二次電池では、容量の大きな負極活物質の使用や充電電圧を高めることによって高容量化を図るにあたり、連続して充電が継続された際の安定性を高めることが求められる。   Therefore, in lithium secondary batteries that are applied to power sources for portable electronic devices in particular, charging was continued in order to increase the capacity by using a large capacity negative electrode active material and increasing the charging voltage. It is required to improve stability at the time.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、4.3V以上の高電圧で連続的に充電を継続しても安定に使用し得るリチウム二次電池を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said situation, The objective is to provide the lithium secondary battery which can be used stably even if it continues charging continuously by the high voltage of 4.3V or more. is there.

前記目的を達成し得た本発明のリチウム二次電池は、集電体の片面または両面に正極活物質を含有する正極合剤層を有する正極、集電体の片面または両面に負極活物質を含有する負極合剤層を有する負極、非水電解質およびセパレータを備えたリチウム二次電池であって、前記正極の正極合剤層は、一般組成式Li1+yNi1−a−b−cCoMn 〔ただし、MはMg、Al、Ti、Fe、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Sn、Sr、W、B、PおよびBiよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、−0.15≦y≦0.15、0.05≦a≦0.3、0.05≦b≦0.3、0≦c≦0.03、およびa+b+c≦0.5である〕で表されるリチウムニッケル複合酸化物を、正極活物質として含有しており、前記負極の負極合剤層は、SiとOとを構成元素に含む材料(ただし、Siに対するOの原子比xは、0.5≦x≦1.5である)を負極活物質として含有しており、前記非水電解質は、分子内にニトリル基を有する化合物を含有していることを特徴とするものである。The lithium secondary battery of the present invention that has achieved the above-mentioned object includes a positive electrode having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material on one side or both sides of a current collector, and a negative electrode active material on one side or both sides of the current collector. A lithium secondary battery including a negative electrode having a negative electrode mixture layer, a non-aqueous electrolyte, and a separator, wherein the positive electrode mixture layer of the positive electrode has a general composition formula Li 1 + y Ni 1-a-b-c Co a Mn b M 1 c O 2 [wherein M 1 is selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Fe, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Sn, Sr, W, B, P, and Bi. At least one element selected, -0.15 ≦ y ≦ 0.15, 0.05 ≦ a ≦ 0.3, 0.05 ≦ b ≦ 0.3, 0 ≦ c ≦ 0.03, And a + b + c ≦ 0.5]. The negative electrode mixture layer of the negative electrode is a material containing Si and O as constituent elements (provided that the atomic ratio x of O to Si is 0.5 ≦ x ≦ 1.5) ) As a negative electrode active material, and the non-aqueous electrolyte contains a compound having a nitrile group in the molecule.

本発明によれば、4.3V以上の高電圧で連続的に充電を継続しても安定に使用し得るリチウム二次電池を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a lithium secondary battery that can be used stably even if charging is continuously performed at a high voltage of 4.3 V or higher.

本発明のリチウム二次電池の一例を模式的に示す図で、(a)はその平面図、(b)はその部分縦断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows typically an example of the lithium secondary battery of this invention, (a) is the top view, (b) is the fragmentary longitudinal cross-sectional view. 図1に示すリチウム二次電池の斜視図である。It is a perspective view of the lithium secondary battery shown in FIG.

前記の通り、リチウム二次電池において、負極活物質にSiOを使用し、かつ充電電圧を4.3V以上に設定することによる高容量化を図ると、前記のような連続的に充電が継続された場合に、正極活物質からの遷移金属元素のイオンの非水電解質中への溶出によって、電池特性が大きく損なわれる。これは、正極活物質から溶出した遷移金属元素のイオンが、負極表面のうちSiOの存在箇所で選択的に析出して、負極の容量のうちの大きな部分を担うSiOの劣化を引き起こすためであると考えられる。As described above, in a lithium secondary battery, when the capacity is increased by using SiO x as the negative electrode active material and setting the charging voltage to 4.3 V or higher, the continuous charging as described above is continued. In such a case, battery characteristics are greatly impaired by elution of ions of transition metal elements from the positive electrode active material into the non-aqueous electrolyte. This is because transition metal element ions eluted from the positive electrode active material are selectively deposited at the location where SiO x exists on the negative electrode surface, thereby causing deterioration of SiO x that bears a large portion of the negative electrode capacity. It is thought that.

本発明のリチウム二次電池では、負極活物質にSiOを使用し、特に充電電圧を4.3V以上に設定した際に、前記のような連続的に充電が継続された場合に生じ得る正極活物質からの遷移金属元素のイオンの非水電解質中への溶出の抑制を、こうしたイオンの溶出が生じ難い組成のリチウム含有複合酸化物を正極活物質に使用し、かつ非水電解質に、前記イオンの溶出を抑制する作用を有する成分を含有させることで、達成している。よって、本発明のリチウム二次電池は、高容量であり、かつ連続的に充電を継続されるような方法でも安定に使用できる。In the lithium secondary battery of the present invention, the positive electrode that can be generated when the charge is continuously continued as described above, particularly when SiO x is used as the negative electrode active material and the charge voltage is set to 4.3 V or higher. Suppressing the elution of ions of transition metal elements from the active material into the non-aqueous electrolyte is performed by using a lithium-containing composite oxide having a composition in which the elution of ions is difficult to occur as the positive electrode active material, and the non-aqueous electrolyte. This is achieved by including a component having an action of suppressing ion elution. Therefore, the lithium secondary battery of the present invention has a high capacity and can be used stably even by a method in which charging is continued continuously.

本発明のリチウム二次電池に係る非水電解質としては、例えば、リチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液(非水電解液)が挙げられるが、前記非水電解質には、分子内にニトリル基を有する化合物を含有するものを使用する。   Examples of the non-aqueous electrolyte according to the lithium secondary battery of the present invention include a solution (non-aqueous electrolyte) in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent. The non-aqueous electrolyte includes a nitrile group in the molecule. The thing containing the compound which has is used.

分子内にニトリル基を有する化合物は、リチウム二次電池内において、正極表面に吸着して被膜を形成し、高電圧に充電された状態での正極活物質からの遷移金属元素のイオンの、非水電解質への溶出を抑制する機能を有している。よって、本発明のリチウム二次電池は、分子内にニトリル基を有する化合物による前記の作用と、後述する遷移金属元素のイオンの溶出が生じ難い正極活物質の使用による作用とが相乗的に機能することから、連続的に高電圧の充電を継続しても安定に使用することができる。   The compound having a nitrile group in the molecule is adsorbed on the surface of the positive electrode to form a film in the lithium secondary battery, and the non-ion of transition metal element ions from the positive electrode active material in a charged state at a high voltage. It has a function to suppress elution into the water electrolyte. Therefore, the lithium secondary battery of the present invention functions synergistically by the above-described action of the compound having a nitrile group in the molecule and the action of the use of a positive electrode active material in which elution of transition metal element ions described later hardly occurs. Therefore, it can be used stably even if the high voltage is continuously charged.

また、分子内にニトリル基を有する化合物が、正極表面に被膜を形成することで、正極と非水電解質との直接の接触を抑制することができるため、電池の充放電に伴う非水電解質成分の正極表面での分解や、それによるガス発生を抑えることができる。そのため、本発明のリチウム二次電池では、充放電サイクル特性が良好であり、また、貯蔵時の電池膨れを抑制できることから、貯蔵特性も良好である。   In addition, since the compound having a nitrile group in the molecule can suppress direct contact between the positive electrode and the non-aqueous electrolyte by forming a film on the surface of the positive electrode, the non-aqueous electrolyte component accompanying charge / discharge of the battery Decomposition on the positive electrode surface and gas generation due to this can be suppressed. Therefore, in the lithium secondary battery of the present invention, the charge / discharge cycle characteristics are good, and since the battery swelling during storage can be suppressed, the storage characteristics are also good.

分子内にニトリル基を有する化合物としては、例えば、分子内にニトリル基を1つ有するモノニトリル化合物、分子内にニトリル基を2つ有するジニトリル化合物、分子内にニトリル基を3つ有するトリニトリル化合物などが挙げられる。これらの中でも、前記の作用(正極表面での被膜形成による正極活物質からの遷移金属元素のイオンの溶出抑制作用、および正極と非水電解質成分との反応抑制作用)がより良好である点で、ジニトリル化合物(すなわち、分子内にニトリル基を2つ有する化合物)が好ましく、一般式NC−R−CN(ただし、Rは炭素数1〜10の直鎖または分岐の炭化水素鎖)で表されるジニトリル化合物がより好ましい。また、前記一般式におけるRは、炭素数1〜10の直鎖状の、または分岐を有するアルキレン鎖であることが更に好ましい。   Examples of the compound having a nitrile group in the molecule include a mononitrile compound having one nitrile group in the molecule, a dinitrile compound having two nitrile groups in the molecule, and a trinitrile compound having three nitrile groups in the molecule. Is mentioned. Among these, the above-mentioned actions (the action of suppressing the elution of ions of transition metal elements from the positive electrode active material by the formation of a film on the surface of the positive electrode, and the action of suppressing the reaction between the positive electrode and the nonaqueous electrolyte component) are better. , Dinitrile compounds (that is, compounds having two nitrile groups in the molecule) are preferred, and are represented by the general formula NC-R-CN (wherein R is a linear or branched hydrocarbon chain having 1 to 10 carbon atoms). More preferred are dinitrile compounds. R in the general formula is more preferably a linear or branched alkylene chain having 1 to 10 carbon atoms.

モノニトリル化合物の具体例としては、例えば、ラウリルニトリルなどが挙げられる。また、前記一般式で表されるジニトリル化合物の具体例としては、例えば、マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、1,4−ジシアノヘプタン、1,5−ジシアノペンタン、1,6−ジシアノヘキサン、1,7−ジシアノヘプタン、2,6−ジシアノヘプタン、1,8−ジシアノオクタン、2,7−ジシアノオクタン、1,9−ジシアノノナン、2,8−ジシアノノナン、1,10−ジシアノデカン、1,6−ジシアノデカン、2,4−ジメチルグルタロニトリルなどが挙げられ、これらのうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。前記例示のジニトリル化合物の中でも、正極活物質からの遷移金属元素のイオンの溶出を抑制する作用がより強いことから、アジポニトリルがより好ましい。   Specific examples of the mononitrile compound include lauryl nitrile. Specific examples of the dinitrile compound represented by the general formula include, for example, malononitrile, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, 1,4-dicyanoheptane, 1,5-dicyanopentane, 1,6-dicyano. Hexane, 1,7-dicyanoheptane, 2,6-dicyanoheptane, 1,8-dicyanooctane, 2,7-dicyanooctane, 1,9-dicyanononane, 2,8-dicyanononane, 1,10-dicyanodecane, 1 , 6-dicyanodecane, 2,4-dimethylglutaronitrile, etc., and only one of them may be used, or two or more may be used in combination. Among the above-exemplified dinitrile compounds, adiponitrile is more preferable because it has a stronger effect of suppressing elution of transition metal element ions from the positive electrode active material.

電池に使用する非水電解質における分子内にニトリル基を有する化合物の含有量は、これらの化合物の使用による作用をより有効に発揮させる観点から、0.1質量%以上であることが好ましく、0.2質量%以上であることがより好ましい。ただし、分子内にニトリル基を有する化合物の添加量が多すぎると、例えば電池の貯蔵特性がより改善されるものの、充放電サイクル特性の向上効果が小さくなる虞がある。よって、電池に使用する非水電解質における分子内にニトリル基を有する化合物の含有量は、5.0質量%以下であることが好ましく、4.0質量%以下であることがより好ましい。   The content of the compound having a nitrile group in the molecule in the non-aqueous electrolyte used in the battery is preferably 0.1% by mass or more from the viewpoint of more effectively exerting the effect of the use of these compounds. More preferably, it is 2% by mass or more. However, if the amount of the compound having a nitrile group in the molecule is too large, for example, although the storage characteristics of the battery are further improved, the effect of improving the charge / discharge cycle characteristics may be reduced. Therefore, the content of the compound having a nitrile group in the molecule in the non-aqueous electrolyte used for the battery is preferably 5.0% by mass or less, and more preferably 4.0% by mass or less.

また、非水電解質には、下記一般式(1)で表されるホスホノアセテート類化合物を含有するものを使用することが好ましい。   Moreover, it is preferable to use what contains the phosphono acetate compound represented by following General formula (1) as a non-aqueous electrolyte.

Figure 0006253411
Figure 0006253411

前記一般式(1)中、R、RおよびRは、それぞれ独立して、ハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1〜12のアルキル基であり、nは0〜6の整数である。In the general formula (1), R 1 , R 2 and R 3 are each independently an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms which may be substituted with a halogen atom, and n is an integer of 0 to 6 It is.

本発明のリチウム二次電池では、SiOを負極活物質として使用するが、このような電池では、充放電に伴う体積変化に起因して生じるSiO粒子の粉砕によって、高活性なSiが露出し(SiOの構造の詳細については後述する)、これが非水電解質を分解するため、充放電サイクル特性が低下しやすいといった問題がある。In the lithium secondary battery of the present invention, SiO x is used as a negative electrode active material, but in such a battery, highly active Si is exposed by grinding of SiO x particles caused by the volume change accompanying charge / discharge. (Details of the structure of SiO x will be described later), and this decomposes the nonaqueous electrolyte, so that there is a problem that the charge / discharge cycle characteristics are liable to deteriorate.

前記一般式(1)で表されるホスホノアセテート類化合物は、負極表面に被膜を形成する機能があり、充放電に伴う体積変化によってSiOの粒子が粉砕して新生面が生じても、これを良好に被覆する。よって、かかる被膜によって負極活物質と非水電解質との反応を高度に抑制することができる。The phosphonoacetate compound represented by the general formula (1) has a function of forming a film on the surface of the negative electrode. Even if a SiO x particle is pulverized by a volume change associated with charge and discharge, a new surface is generated. Coating well. Therefore, such a coating can highly suppress the reaction between the negative electrode active material and the nonaqueous electrolyte.

また、前記一般式(1)で表されるホスホノアセテート類化合物は、リチウム二次電池の膨れを抑制する作用も有している。よって、前記一般式(1)で表されるホスホノアセテート類化合物も含有する非水電解質を使用した場合には、この作用と、分子内にニトリル基を含有する化合物による作用とが相乗的に機能して、リチウム二次電池の貯蔵特性を更に高めることができる。   The phosphonoacetate compound represented by the general formula (1) also has an action of suppressing swelling of the lithium secondary battery. Therefore, when the non-aqueous electrolyte containing the phosphonoacetate compound represented by the general formula (1) is used, this action and the action of the compound containing a nitrile group in the molecule are synergistic. It functions and can further improve the storage characteristics of the lithium secondary battery.

前記一般式(1)中、R、RおよびRは、それぞれ独立して、ハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基(例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基など)であり、nは0〜6の整数である。すなわち、前記R、RおよびRは、それぞれが異なっていてもよく、2つ以上が同一であってもよい。In the general formula (1), R 1 , R 2 and R 3 each independently represent a hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms which may be substituted with a halogen atom (for example, an alkyl group, an alkenyl group, N is an integer of 0-6. That is, R 1 , R 2 and R 3 may be different from each other, or two or more may be the same.

前記一般式(1)で表わされるホスホノアセテート類化合物の具体例としては、例えば、以下のものが挙げられる。   Specific examples of the phosphonoacetate compound represented by the general formula (1) include the following.

<前記一般式(1)においてn=0である化合物>
トリメチル ホスホノフォルメート、メチル ジエチルホスホノフォルメート、メチル ジプロピルホスホノフォルメート、メチル ジブチルホスホノフォルメート、トリエチル ホスホノフォルメート、エチル ジメチルホスホノフォルメート、エチル ジプロピルホスホノフォルメート、エチル ジブチルホスホノフォルメート、トリプロピル ホスホノフォルメート、プロピル ジメチルホスホノフォルメート、プロピル ジエチルホスホノフォルメート、プロピル ジブチルホスホノフォルメート、トリブチル ホスホノフォルメート、ブチル ジメチルホスホノフォルメート、ブチル ジエチルホスホノフォルメート、ブチル ジプロピルホスホノフォルメート、メチル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノフォルメート、エチル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノフォルメート、プロピル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノフォルメート、ブチル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノフォルメートなど。
<Compound wherein n = 0 in the general formula (1)>
Trimethyl phosphonoformate, methyl diethylphosphonoformate, methyl dipropylphosphonoformate, methyl dibutylphosphonoformate, triethyl phosphonoformate, ethyl dimethylphosphonoformate, ethyl dipropylphosphonoformate, ethyl Dibutyl phosphonoformate, tripropyl phosphonoformate, propyl dimethylphosphonoformate, propyl diethylphosphonoformate, propyl dibutylphosphonoformate, tributyl phosphonoformate, butyl dimethylphosphonoformate, butyl diethylphospho Noformate, butyl dipropylphosphonoformate, methyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphonoformate, ethyl bis (2 2,2-trifluoroethyl) phosphonoacetate formate, propyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphonoacetate formate, and butyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphonoacetate formate.

<前記一般式(1)においてn=1である化合物>
トリメチル ホスホノアセテート、メチル ジエチルホスホノアセテート、メチル ジプロピルホスホノアセテート、メチル ジブチルホスホノアセテート、トリエチル ホスホノアセテート、エチル ジメチルホスホノアセテート、エチル ジプロピルホスホノアセテート、エチル ジブチルホスホノアセテート、トリプロピル ホスホノアセテート、プロピル ジメチルホスホノアセテート、プロピル ジエチルホスホノアセテート、プロピル ジブチルホスホノアセテート、トリブチル ホスホノアセテート、ブチル ジメチルホスホノアセテート、ブチル ジエチルホスホノアセテート、ブチル ジプロピルホスホノアセテート、メチル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノアセテート、エチル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノアセテート、プロピル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノアセテート、ブチル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノアセテート、アリル ジメチルホスホノアセテート、アリル ジエチルホスホノアセテート、2−プロピニル ジメチルホスホノアセテート、2−プロピニル ジエチルホスホノアセテートなど。
<Compound with n = 1 in the general formula (1)>
Trimethyl phosphonoacetate, methyl diethyl phosphonoacetate, methyl dipropyl phosphonoacetate, methyl dibutyl phosphonoacetate, triethyl phosphonoacetate, ethyl dimethylphosphonoacetate, ethyl dipropylphosphonoacetate, ethyl dibutylphosphonoacetate, tripropyl Phosphonoacetate, propyl dimethylphosphonoacetate, propyl diethylphosphonoacetate, propyl dibutylphosphonoacetate, tributyl phosphonoacetate, butyldimethylphosphonoacetate, butyldiethylphosphonoacetate, butyldipropylphosphonoacetate, methylbis (2 , 2,2-trifluoroethyl) phosphonoacetate, ethyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) phos No acetate, propyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphonoacetate, butyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphonoacetate, allyl dimethylphosphonoacetate, allyl diethylphosphonoacetate, 2 -Propynyl dimethylphosphonoacetate, 2-propynyl diethylphosphonoacetate, etc.

<前記一般式(1)においてn=2である化合物>
トリメチル 3−ホスホノプロピオネート、メチル 3−(ジエチルホスホノ)プロピオネート、メチル 3−(ジプロピルホスホノ)プロピオネート、メチル 3−(ジブチルホスホノ)プロピオネート、トリエチル 3−ホスホノプロピオネート、エチル 3−(ジメチルホスホノ)プロピオネート、エチル 3−(ジプロピルホスホノ)プロピオネート、エチル 3−(ジブチルホスホノ)プロピオネート、トリプロピル 3−ホスホノプロピオネート、プロピル 3−(ジメチルホスホノ)プロピオネート、プロピル 3−(ジエチルホスホノ)プロピオネート、プロピル 3−(ジブチルホスホノ)プロピオネート、トリブチル 3−ホスホノプロピオネート、ブチル 3−(ジメチルホスホノ)プロピオネート、ブチル 3−(ジエチルホスホノ)プロピオネート、ブチル 3−(ジプロピルホスホノ)プロピオネート、メチル 3−(ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノ)プロピオネート、エチル 3−(ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノ)プロピオネート、プロピル 3−(ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノ)プロピオネート、ブチル 3−(ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノ)プロピオネートなど。
<Compound wherein n = 2 in the general formula (1)>
Trimethyl 3-phosphonopropionate, methyl 3- (diethylphosphono) propionate, methyl 3- (dipropylphosphono) propionate, methyl 3- (dibutylphosphono) propionate, triethyl 3-phosphonopropionate, ethyl 3- (dimethylphosphono) propionate, ethyl 3- (dipropylphosphono) propionate, ethyl 3- (dibutylphosphono) propionate, tripropyl 3-phosphonopropionate, propyl 3- (dimethylphosphono) propionate, Propyl 3- (diethylphosphono) propionate, propyl 3- (dibutylphosphono) propionate, tributyl 3-phosphonopropionate, butyl 3- (dimethylphosphono) propionate, butyl 3- (diethylphosphono) prop Pionate, butyl 3- (dipropylphosphono) propionate, methyl 3- (bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphono) propionate, ethyl 3- (bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphono ) Propionate, propyl 3- (bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphono) propionate, butyl 3- (bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphono) propionate, and the like.

<前記一般式(1)においてn=3である化合物>
トリメチル 4−ホスホノブチレート、メチル 4−(ジエチルホスホノ)ブチレート、メチル 4−(ジプロピルホスホノ)ブチレート、メチル 4−(ジブチルホスホノ)ブチレート、トリエチル 4−ホスホノブチレート、エチル 4−(ジメチルホスホノ)ブチレート、エチル 4−(ジプロピルホスホノ)ブチレート、エチル 4−(ジブチルホスホノ)ブチレート、トリプロピル 4−ホスホノブチレート、プロピル 4−(ジメチルホスホノ)ブチレート、プロピル 4−(ジエチルホスホノ)ブチレート、プロピル ジブチルホスホノ)ブチレート、トリブチル 4−ホスホノブチレート、ブチル 4−(ジメチルホスホノ)ブチレート、ブチル 4−(ジエチルホスホノ)ブチレート、ブチル 4−(ジプロピルホスホノ)ブチレートなど。
<Compound wherein n = 3 in the general formula (1)>
Trimethyl 4-phosphonobutyrate, methyl 4- (diethylphosphono) butyrate, methyl 4- (dipropylphosphono) butyrate, methyl 4- (dibutylphosphono) butyrate, triethyl 4-phosphonobutyrate, ethyl 4- (Dimethylphosphono) butyrate, ethyl 4- (dipropylphosphono) butyrate, ethyl 4- (dibutylphosphono) butyrate, tripropyl 4-phosphonobutyrate, propyl 4- (dimethylphosphono) butyrate, propyl 4- (Diethylphosphono) butyrate, propyl dibutylphosphono) butyrate, tributyl 4-phosphonobutyrate, butyl 4- (dimethylphosphono) butyrate, butyl 4- (diethylphosphono) butyrate, butyl 4- (dipropylphosphono) ) Butyrate etc.

前記例示のホスホノアセテート類化合物の中でも、2−プロピニル ジエチルホスホノアセテート(PDPA)、エチル ジエチルホスホノアセテート(EDPA)が特に好ましい。   Among the exemplified phosphonoacetate compounds, 2-propynyl diethylphosphonoacetate (PDPA) and ethyl diethylphosphonoacetate (EDPA) are particularly preferable.

リチウム二次電池に使用する非水電解質における前記一般式(1)で表されるホスホノアセテート類化合物の含有量は、その使用による効果をより良好に確保する観点から、0.5質量%以上であることが好ましく、1.0質量%以上であることがより好ましい。ただし、非水電解質中の前記一般式(1)で表されるホスホノアセテート類化合物の含有量が多すぎると、電池の充放電サイクル特性の向上効果が小さくなる虞がある。よって、リチウム二次電池に使用する非水電解質における前記一般式(1)で表されるホスホノアセテート類化合物の含有量は、30質量%以下であることが好ましく、5.0質量%以下であることがより好ましい。   The content of the phosphonoacetate compound represented by the general formula (1) in the non-aqueous electrolyte used for the lithium secondary battery is 0.5% by mass or more from the viewpoint of better ensuring the effect of the use. It is preferable that it is 1.0 mass% or more. However, if the content of the phosphonoacetate compound represented by the general formula (1) in the nonaqueous electrolyte is too large, the effect of improving the charge / discharge cycle characteristics of the battery may be reduced. Therefore, the content of the phosphonoacetate compound represented by the general formula (1) in the nonaqueous electrolyte used for the lithium secondary battery is preferably 30% by mass or less, and 5.0% by mass or less. More preferably.

前記ホスホノアセテート類化合物を表わす前記一般式(1)のR、R、およびRのいずれかが不飽和結合を含む場合、負極表面において、炭素−炭素二重結合または炭素−炭素三重結合が開くことで重合して皮膜を形成するものと推測される。この場合に形成される皮膜は、構成分子(構成ポリマー)が柔軟な炭素−炭素結合を主鎖としていることから、柔軟性が高い。リチウム二次電池を充放電した際には、それに伴って負極活物質が膨張・収縮を起こすため、負極(負極合剤層)全体も体積変化する。しかし、負極(負極合剤層)表面にホスホノアセテート類化合物由来の皮膜が形成されている場合には、この皮膜は前記の通り柔軟性に富むものであるため、電池の充放電に伴う負極の体積変化に追随して、割れや亀裂などが生じ難いことから、電池の充放電を繰り返してもホスホノアセテート類化合物由来の皮膜による前記の効果を良好に持続させることができる。When any of R 1 , R 2 , and R 3 of the general formula (1) representing the phosphonoacetate compound contains an unsaturated bond, a carbon-carbon double bond or a carbon-carbon triple is formed on the negative electrode surface. It is presumed that a film is formed by polymerization by opening the bond. The film formed in this case is highly flexible because the constituent molecule (constituent polymer) has a flexible carbon-carbon bond as the main chain. When the lithium secondary battery is charged / discharged, the negative electrode active material expands and contracts accordingly, so that the entire negative electrode (negative electrode mixture layer) also changes in volume. However, when a film derived from a phosphonoacetate compound is formed on the surface of the negative electrode (negative electrode mixture layer), since this film is rich in flexibility as described above, the volume of the negative electrode accompanying charging / discharging of the battery Following the change, cracks and cracks are less likely to occur, and therefore the above-described effect of the film derived from the phosphonoacetate compound can be maintained satisfactorily even when the battery is repeatedly charged and discharged.

また、非水電解質には、ハロゲン置換された環状カーボネートも含有するものを使用することが好ましい。ハロゲン置換された環状カーボネートは、負極に作用して、負極と非水電解質成分との反応を抑制する作用を有している。よって、ハロゲン置換された環状カーボネートも含有する非水電解質を使用することで、より充放電サイクル特性の良好なリチウム二次電池とすることができる。   In addition, it is preferable to use a non-aqueous electrolyte that also contains a halogen-substituted cyclic carbonate. The halogen-substituted cyclic carbonate acts on the negative electrode and has a function of suppressing the reaction between the negative electrode and the nonaqueous electrolyte component. Therefore, by using a non-aqueous electrolyte that also contains a halogen-substituted cyclic carbonate, a lithium secondary battery with better charge / discharge cycle characteristics can be obtained.

ハロゲン置換された環状カーボネートとしては、下記の一般式(2)で表される化合物を用いることができる。   As the halogen-substituted cyclic carbonate, a compound represented by the following general formula (2) can be used.

Figure 0006253411
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前記一般式(2)中、R、R、RおよびRは、水素、ハロゲン元素または炭素数1〜10のアルキル基を表しており、アルキル基の水素の一部または全部がハロゲン元素で置換されていてもよく、R、R、RおよびRのうちの少なくとも1つはハロゲン元素であり、R、R、RおよびRは、それぞれが異なっていてもよく、2つ以上が同一であってもよい。R、R、RおよびRがアルキル基である場合、その炭素数は少ないほど好ましい。前記ハロゲン元素としては、フッ素が特に好ましい。In the general formula (2), R 4 , R 5 , R 6 and R 7 represent hydrogen, a halogen element or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and a part or all of the hydrogen in the alkyl group is halogen. may be substituted with an element, at least one of R 4, R 5, R 6 and R 7 are halogen, R 4, R 5, R 6 and R 7 have different respective Two or more may be the same. When R 4 , R 5 , R 6 and R 7 are alkyl groups, the smaller the number of carbon atoms, the better. As the halogen element, fluorine is particularly preferable.

このようなハロゲン元素で置換された環状カーボネートの中でも、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)が特に好ましい。   Among the cyclic carbonates substituted with such a halogen element, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC) is particularly preferable.

リチウム二次電池に使用する非水電解質におけるハロゲン置換された環状カーボネートの含有量は、その使用による効果をより良好に確保する観点から、0.1質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることがより好ましい。ただし、非水電解質中のハロゲン置換された環状カーボネートの含有量が多すぎると、貯蔵特性の向上効果が小さくなる虞がある。よって、リチウム二次電池に使用する非水電解質におけるハロゲン置換された環状カーボネートの含有量は、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。   The content of the halogen-substituted cyclic carbonate in the non-aqueous electrolyte used for the lithium secondary battery is preferably 0.1% by mass or more from the viewpoint of ensuring better the effect of the use, More preferably, it is at least mass%. However, if the content of the halogen-substituted cyclic carbonate in the non-aqueous electrolyte is too large, the effect of improving storage characteristics may be reduced. Therefore, the content of the halogen-substituted cyclic carbonate in the nonaqueous electrolyte used for the lithium secondary battery is preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less.

更に、非水電解質には、ビニレンカーボネート(VC)も含有するものを使用することが好ましい。VCは、負極(特に負極活物質として炭素材料を使用した負極)に作用して、負極と非水電解質成分との反応を抑制する作用を有している。よって、VCも含有する非水電解質を使用することで、より充放電サイクル特性の良好なリチウム二次電池とすることができる。   Further, it is preferable to use a non-aqueous electrolyte that also contains vinylene carbonate (VC). VC acts on a negative electrode (particularly a negative electrode using a carbon material as a negative electrode active material) and has a function of suppressing a reaction between the negative electrode and a nonaqueous electrolyte component. Therefore, by using a nonaqueous electrolyte containing VC, a lithium secondary battery with better charge / discharge cycle characteristics can be obtained.

リチウム二次電池に使用する非水電解質におけるVCの含有量は、その使用による効果をより良好に確保する観点から、0.1質量%以上であることが好ましく、1.0質量%以上であることがより好ましい。ただし、非水電解質中のVCの含有量が多すぎると、貯蔵特性の向上効果が小さくなる虞がある。よって、リチウム二次電池に使用する非水電解質におけるVCの含有量は、10質量%以下であることが好ましく、4.0質量%以下であることがより好ましい。   The content of VC in the non-aqueous electrolyte used for the lithium secondary battery is preferably 0.1% by mass or more, and 1.0% by mass or more from the viewpoint of better ensuring the effect of the use. It is more preferable. However, when there is too much content of VC in a nonaqueous electrolyte, there exists a possibility that the improvement effect of a storage characteristic may become small. Therefore, the content of VC in the non-aqueous electrolyte used for the lithium secondary battery is preferably 10% by mass or less, and more preferably 4.0% by mass or less.

非水電解質に用いるリチウム塩としては、溶媒中で解離してLiイオンを形成し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こしにくいものであれば特に制限はない。例えば、LiClO、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSbFなどの無機リチウム塩、LiCFSO、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO(n≧2)、LiN(RfOSO〔ここでRfはフルオロアルキル基〕などの有機リチウム塩などを用いることができる。The lithium salt used in the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it is dissociated in a solvent to form Li + ions and hardly causes a side reaction such as decomposition in a voltage range used as a battery. For example, LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 and other inorganic lithium salts, LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), LiN (RfOSO 2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group] and the like can be used. .

このリチウム塩の非水電解質中の濃度としては、0.5〜1.5mol/lとすることが好ましく、0.9〜1.25mol/lとすることがより好ましい。   The concentration of the lithium salt in the nonaqueous electrolyte is preferably 0.5 to 1.5 mol / l, and more preferably 0.9 to 1.25 mol / l.

非水電解質に用いる有機溶媒としては、前記のリチウム塩を溶解し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどの環状カーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;プロピオン酸メチルなどの鎖状エステル;γ−ブチロラクトンなどの環状エステル;ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3−ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、テトラグライムなどの鎖状エーテル;ジオキサン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどの環状エーテル;エチレングリコールサルファイトなどの亜硫酸エステル類;などが挙げられ、これらは2種以上混合して用いることもできる。なお、より良好な特性の電池とするためには、エチレンカーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒など、高い導電率を得ることができる組み合わせで用いることが望ましい。   The organic solvent used for the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it dissolves the lithium salt and does not cause a side reaction such as decomposition in a voltage range used as a battery. For example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate; chain esters such as methyl propionate; cyclic esters such as γ-butyrolactone; dimethoxyethane, Chain ethers such as diethyl ether, 1,3-dioxolane, diglyme, triglyme and tetraglyme; cyclic ethers such as dioxane, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; sulfites such as ethylene glycol sulfite; May be used as a mixture of two or more. In order to obtain a battery with better characteristics, it is desirable to use a combination that can obtain high conductivity, such as a mixed solvent of ethylene carbonate and chain carbonate.

また、リチウム二次電池に使用する非水電解質には、充放電サイクル特性の更なる改善や、高温貯蔵性や過充電防止などの安全性を向上させる目的で、無水酸、スルホン酸エステル、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼンなどの添加剤(これらの誘導体も含む)を適宜加えることもできる。   Non-aqueous electrolytes used in lithium secondary batteries include acid anhydrides, sulfonic acid esters, 1 for the purpose of further improving charge / discharge cycle characteristics and improving safety such as high-temperature storage and prevention of overcharge. , 3-propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexyl benzene, biphenyl, fluorobenzene, t-butylbenzene and other additives (including these derivatives) can also be added as appropriate.

更に、リチウム二次電池の非水電解質には、前記の非水電解質(非水電解液)に、ポリマーなどの公知のゲル化剤を添加してゲル化したもの(ゲル状電解質)を用いることもできる。   Further, as the non-aqueous electrolyte of the lithium secondary battery, a gel (gel electrolyte) obtained by adding a known gelling agent such as a polymer to the non-aqueous electrolyte (non-aqueous electrolyte) is used. You can also.

本発明のリチウム二次電池に係る正極には、集電体の片面または両面に、正極活物質、バインダおよび導電助剤などを含有する正極合剤層を有する構造のものを使用する。   The positive electrode according to the lithium secondary battery of the present invention has a structure having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material, a binder, a conductive additive and the like on one side or both sides of a current collector.

正極活物質には、一般組成式Li1+yNi1−a−b−cCoMn (ただし、MはMg、Al、Ti、Fe、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Sn、W、B、PおよびBiよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、−0.15≦y≦0.15、0.05≦a≦0.3、0.05≦b≦0.3、0≦c≦0.03、およびa+b+c≦0.5)で表されるリチウムニッケル複合酸化物(a)を使用する。The positive electrode active material includes a general composition formula Li 1 + y Ni 1-a-b-c Co a Mn b M 1 c O 2 (where M 1 is Mg, Al, Ti, Fe, Cu, Zn, Ga, Ge, It is at least one element selected from the group consisting of Zr, Nb, Mo, Sn, W, B, P and Bi, -0.15 ≦ y ≦ 0.15, 0.05 ≦ a ≦ 0.3 , 0.05 ≦ b ≦ 0.3, 0 ≦ c ≦ 0.03, and a + b + c ≦ 0.5) are used.

リチウムニッケル複合酸化物(a)は、高容量であることに加えて、電池内において非水電解質中への金属イオンの溶出が生じ難く、また、熱安定性も高い。よって、本発明のリチウム二次電池は、リチウムニッケル複合酸化物(a)による作用と、非水電解質に含まれる分子内にニトリル基を有する化合物の作用とが相乗的に機能するため、高容量であり、かつ連続的に充電を継続されるような方法でも安定に使用できる。また、リチウムニッケル複合酸化物(a)の使用によって、電池の充放電サイクル特性や高温貯蔵特性、負荷特性、安全性も高めることができる。   In addition to a high capacity, the lithium nickel composite oxide (a) hardly causes elution of metal ions into the non-aqueous electrolyte in the battery, and has high thermal stability. Therefore, the lithium secondary battery of the present invention functions synergistically with the action of the lithium nickel composite oxide (a) and the action of the compound having a nitrile group in the molecule contained in the non-aqueous electrolyte. In addition, it can be stably used even by a method in which charging is continued continuously. Further, by using the lithium nickel composite oxide (a), the charge / discharge cycle characteristics, high-temperature storage characteristics, load characteristics, and safety of the battery can be improved.

リチウムニッケル複合酸化物(a)において、Niは、リチウムニッケル複合酸化物(b)の容量向上に寄与する成分である。   In the lithium nickel composite oxide (a), Ni is a component that contributes to an increase in the capacity of the lithium nickel composite oxide (b).

リチウムニッケル複合酸化物(a)において、Coは、リチウムニッケル複合酸化物(a)の容量向上に寄与すると共に、正極合剤層におけるリチウムニッケル複合酸化物(a)の充填密度向上に寄与する。また、Coは、電池の充放電でのLiのドープおよび脱ドープに伴うMnの価数変動を抑制し、Mnの平均価数を4価近傍の値に安定させ、充放電の可逆性をより高める作用も有している。よって、Coによる前記の作用を良好に発揮させる観点から、リチウムニッケル複合酸化物(a)を表す前記一般組成式において、Coの量を表すaは、0.05以上であり、0.1以上であることが好ましい。   In the lithium nickel composite oxide (a), Co contributes to an increase in capacity of the lithium nickel composite oxide (a) and also contributes to an improvement in the packing density of the lithium nickel composite oxide (a) in the positive electrode mixture layer. In addition, Co suppresses fluctuations in the valence of Mn associated with Li doping and dedoping during battery charging / discharging, stabilizes the average valence of Mn at a value close to tetravalent, and further improves the reversibility of charging / discharging. It also has an enhancing effect. Therefore, from the viewpoint of satisfactorily exerting the above-described action by Co, in the general composition formula representing the lithium nickel composite oxide (a), a representing the amount of Co is 0.05 or more, 0.1 or more It is preferable that

ただし、リチウムニッケル複合酸化物(a)中のCoの量が多すぎると、他の元素の量が少なくなって、これら他の元素による作用が十分に発揮されない虞がある。よって、リチウムニッケル複合酸化物(a)を表す前記一般組成式において、Coの量を表すaは、0.3以下であり、0.2以下であることが好ましい。   However, if the amount of Co in the lithium nickel composite oxide (a) is too large, the amount of other elements decreases, and the effects of these other elements may not be sufficiently exhibited. Therefore, in the general composition formula representing the lithium nickel composite oxide (a), a representing the amount of Co is 0.3 or less, and preferably 0.2 or less.

リチウムニッケル複合酸化物(a)において、Mnは、リチウムニッケル複合酸化物(a)の熱安定性を高める作用を有している。よって、Mnによる前記の作用を良好に発揮させる観点から、リチウムニッケル複合酸化物(a)を表す前記一般組成式において、Mnの量を表すbは、0.05以上であり、0.1以上であることが好ましい。   In the lithium nickel composite oxide (a), Mn has an effect of increasing the thermal stability of the lithium nickel composite oxide (a). Therefore, in the general composition formula representing the lithium nickel composite oxide (a), b representing the amount of Mn is 0.05 or more, and 0.1 or more from the viewpoint of satisfactorily exerting the above-described action by Mn. It is preferable that

ただし、リチウムニッケル複合酸化物(a)中のMnの量が多すぎると、他の元素の量が少なくなって、これら他の元素による作用が十分に発揮されない虞がある。よって、リチウムニッケル複合酸化物(a)を表す前記組成式において、Mnの量を表すbは、0.3以下であり、0.2以下であることが好ましい。   However, if the amount of Mn in the lithium nickel composite oxide (a) is too large, the amount of other elements decreases, and the action of these other elements may not be sufficiently exhibited. Therefore, in the composition formula representing the lithium nickel composite oxide (a), b representing the amount of Mn is 0.3 or less, and preferably 0.2 or less.

リチウムニッケル複合酸化物(a)は、Li、O、Ni、CoおよびMn以外に、Mg、Al、Ti、Fe、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Sn、W、B、PおよびBiよりなる群から選択される少なくとも1種の元素Mを含有していてもよい。ただし、リチウムニッケル複合酸化物(a)中の元素Mの量が多すぎると、NiやCo、Mnの量が少なくなって、これらによる作用が十分に発揮されない虞がある。よって、リチウムニッケル複合酸化物(a)を表す前記一般組成式において、元素Mの量を表すcは、0.03以下であり、0.01以下であることが好ましい。また、リチウムニッケル複合酸化物(a)は、元素Mを含有していなくてもよく、前記一般組成式において、元素Mの量を表すcは、0以上である。In addition to Li, O, Ni, Co and Mn, the lithium nickel composite oxide (a) includes Mg, Al, Ti, Fe, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Sn, W, B, may contain at least one element M 1 is selected from the group consisting of P and Bi. However, when the amount of the element M 1 in the lithium nickel composite oxide (a) is too large, Ni and Co, with the amount of Mn is low, the action of these there is a possibility that not sufficiently exhibited. Therefore, in the general composition formula representing the lithium nickel composite oxide (a), c representing the amount of the element M 1 is 0.03 or less, and preferably 0.01 or less. Further, the lithium nickel composite oxide (a) may not contain the element M 1, in the general formula, the c representing the amount of the element M 1, is greater than zero.

また、リチウムニッケル複合酸化物(a)を表す前記一般組成式において、Coの量を表すaと、Mnの量を表すbと、元素Mの量を表すcとの合計量「a+b+c」は、多すぎるとNiの量が少なくなって、リチウムニッケル複合酸化物(a)の容量が小さくなる虞がある。よって、前記「a+b+c」は、0.5以下であり、0.3以下であることが好ましい。In the general composition formula representing the lithium nickel composite oxide (a), the total amount “a + b + c” of a representing the amount of Co, b representing the amount of Mn, and c representing the amount of the element M 1 is If the amount is too large, the amount of Ni is decreased, and the capacity of the lithium nickel composite oxide (a) may be decreased. Therefore, the “a + b + c” is 0.5 or less, and preferably 0.3 or less.

すなわち、リチウムニッケル複合酸化物(a)を表す前記一般組成式において、Niの量を表す「1−a−b−c」は、0.5以上であり、0.6以上であることが好ましく、また、Co、Mnなどの添加による効果を良好に確保する観点から、0.9以下であり、0.8以下であることが好ましい。   That is, in the general composition formula representing the lithium-nickel composite oxide (a), “1-abc” representing the amount of Ni is 0.5 or more, and preferably 0.6 or more. In addition, from the viewpoint of satisfactorily ensuring the effect of addition of Co, Mn, etc., it is 0.9 or less, and preferably 0.8 or less.

リチウムニッケル複合酸化物(a)は、特に化学量論比に近い組成にときに、その真密度が大きくなり、より高いエネルギー体積密度を有する材料となるが、具体的には、前記組成式において、−0.15≦y≦0.15とすることが好ましく、yの値をこのように調節することで、真密度および充放電時の可逆性を高めることができる。   The lithium nickel composite oxide (a) has a higher true density and a higher energy volume density, particularly when the composition is close to the stoichiometric ratio. , −0.15 ≦ y ≦ 0.15, and by adjusting the value of y in this way, the true density and reversibility during charge / discharge can be enhanced.

リチウムニッケル複合酸化物(a)は、Li含有化合物(水酸化リチウムなど)、Ni含有化合物(硫酸ニッケルなど)、Co含有化合物(硫酸コバルトなど)、Mn含有化合物(硫酸マンガンなど)、および必要に応じて元素Mを含有する化合物(酸化物、水酸化物、硫酸塩など)を混合し、この原料混合物を焼成するなどして製造することができる。なお、より高い純度でリチウムニッケル複合酸化物(a)を合成するには、Ni、Co、Mnおよび必要に応じて含有させる元素Mのうちの複数の元素を含む複合化合物(水酸化物、酸化物など)と、他の原料化合物(Li含有化合物など)とを混合し、この原料混合物を焼成することが好ましい。Lithium nickel composite oxide (a) includes Li-containing compounds (such as lithium hydroxide), Ni-containing compounds (such as nickel sulfate), Co-containing compounds (such as cobalt sulfate), Mn-containing compounds (such as manganese sulfate), and as required depending compound containing an element M 1 and (oxides, hydroxides, sulfates, etc.) may be mixed and prepared by, for example, firing the raw material mixture. In addition, in order to synthesize lithium nickel composite oxide (a) with higher purity, a composite compound containing a plurality of elements of Ni, Co, Mn, and element M 1 to be contained as required (hydroxide, It is preferable to mix an oxide or the like) with another raw material compound (Li-containing compound or the like), and to fire this raw material mixture.

リチウムニッケル複合酸化物(a)を合成するための原料混合物の焼成条件は、例えば、800〜1050℃で1〜24時間とすることができるが、一旦焼成温度よりも低い温度(例えば、250〜850℃)まで加熱し、その温度で保持することにより予備加熱を行い、その後に焼成温度まで昇温して反応を進行させることが好ましい。予備加熱の時間については特に制限はないが、通常、0.5〜30時間程度とすればよい。また、焼成時の雰囲気は、酸素を含む雰囲気(すなわち、大気中)、不活性ガス(アルゴン、ヘリウム、窒素など)と酸素ガスとの混合雰囲気、酸素ガス雰囲気などとすることができるが、その際の酸素濃度(体積基準)は、15%以上であることが好ましく、18%以上であることが好ましい。   The firing conditions of the raw material mixture for synthesizing the lithium nickel composite oxide (a) can be, for example, 800 to 1050 ° C. for 1 to 24 hours, but once lower than the firing temperature (for example, 250 to It is preferable to carry out preliminary heating by heating to 850 ° C. and holding at that temperature, and then proceed to the reaction by raising the temperature to the firing temperature. Although there is no restriction | limiting in particular about the time of preheating, Usually, what is necessary is just to be about 0.5 to 30 hours. The atmosphere during firing can be an atmosphere containing oxygen (that is, in the air), a mixed atmosphere of an inert gas (such as argon, helium, or nitrogen) and oxygen gas, or an oxygen gas atmosphere. The oxygen concentration (volume basis) is preferably 15% or more, and more preferably 18% or more.

正極活物質には、リチウムニッケル複合酸化物(a)以外にも、LiCoOなどのリチウムコバルト酸化物;LiMnO、LiMnOなどのリチウムマンガン酸化物;LiNiOなどのリチウムニッケル酸化物;LiCo1−xNiOなどの層状構造のリチウム含有複合酸化物;LiMn、Li4/3Ti5/3などのスピネル構造のリチウム含有複合酸化物;LiFePOなどのオリビン構造のリチウム含有複合酸化物;前記の酸化物を基本組成とし各種元素で置換した酸化物〔ただし、リチウムニッケル複合酸化物(a)以外のもの〕;などを、リチウムニッケル複合酸化物(a)と共に使用することができる。In addition to the lithium nickel composite oxide (a), the positive electrode active material includes lithium cobalt oxide such as LiCoO 2 ; lithium manganese oxide such as LiMnO 2 and Li 2 MnO 3 ; lithium nickel oxide such as LiNiO 2 ; Lithium-containing composite oxide having a layered structure such as LiCo 1-x NiO 2 ; Lithium-containing composite oxide having a spinel structure such as LiMn 2 O 4 and Li 4/3 Ti 5/3 O 4 ; Olivine structure such as LiFePO 4 Lithium-containing composite oxides; oxides having the above-mentioned oxide as a basic composition and substituted with various elements (however, other than lithium-nickel composite oxides (a)); and the like are used together with lithium-nickel composite oxides (a) can do.

また、一般組成式Li1+oCo1−p−qMg (ただし、MはAl、Ti、Fe、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Sn、Sr、W、B、PおよびBiよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、−0.3≦o≦0.3、0.001≦p≦0.1、および0≦q≦0.1)で表されるリチウムコバルト複合酸化物(b)も、リチウムニッケル複合酸化物(a)と共に使用することができる。リチウムコバルト複合酸化物(b)は、Mgを含有しており、その作用によって、例えば、リチウム二次電池の正極活物質として汎用されているLiCoOに比べて、高電圧領域での安定性が高く電池内において非水電解質中への金属(主にCo)イオンの溶出が生じ難く、また、熱安定性も高い。よって、リチウムコバルト複合酸化物(b)をリチウムニッケル複合酸化物(a)と併用した場合にも、高電圧で充電しても安定性が高く、充放電サイクル特性や、高温貯蔵特性、負荷特性、安全性がより良好なリチウム二次電池とすることができる。Further, the general composition formula Li 1 + o Co 1-p -q Mg p M 2 q O 2 ( however, M 2 is Al, Ti, Fe, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Sn, Sr, At least one element selected from the group consisting of W, B, P and Bi, -0.3 ≦ o ≦ 0.3, 0.001 ≦ p ≦ 0.1, and 0 ≦ q ≦ 0. The lithium cobalt composite oxide (b) represented by 1) can also be used together with the lithium nickel composite oxide (a). Lithium cobalt composite oxide (b) contains Mg, and, due to its action, for example, stability in a high voltage region is higher than LiCoO 2 which is widely used as a positive electrode active material of a lithium secondary battery. The elution of metal (mainly Co) ions into the non-aqueous electrolyte hardly occurs in the battery, and the thermal stability is also high. Therefore, even when the lithium cobalt composite oxide (b) is used in combination with the lithium nickel composite oxide (a), it is highly stable even when charged at a high voltage, charge / discharge cycle characteristics, high temperature storage characteristics, load characteristics. Thus, a lithium secondary battery with better safety can be obtained.

リチウムコバルト複合酸化物(b)において、Coは、リチウムコバルト複合酸化物(b)の容量向上に寄与する成分である。リチウムコバルト複合酸化物(b)は、前記一般組成式で示すように、Li、OおよびCo以外に、Mgおよび元素Mを含有しており(元素Mは含有していなくてもよい)、Coの量は、Mgの量pおよび元素Mの量qを用いて「1−p−q」で表される。リチウムコバルト複合酸化物(b)におけるCoの量「1−p−q」は、具体的には、その容量を高める観点から、0.9以上であることが好ましく、0.95以上であることがより好ましく、また、Mgなどの添加による効果を良好に確保する観点から、0.999以下であることが好ましく、0.05以下であることがより好ましい。In the lithium cobalt composite oxide (b), Co is a component that contributes to an increase in capacity of the lithium cobalt composite oxide (b). The lithium cobalt composite oxide (b) contains Mg and element M 2 in addition to Li, O and Co as shown in the general composition formula (the element M 2 may not be contained). The amount of Co is represented by “1-pq” using the amount p of Mg and the amount q of element M 2 . Specifically, the amount of Co “1-pq” in the lithium cobalt composite oxide (b) is preferably 0.9 or more and 0.95 or more from the viewpoint of increasing the capacity thereof. Further, from the viewpoint of ensuring a good effect by adding Mg or the like, it is preferably 0.999 or less, and more preferably 0.05 or less.

リチウムコバルト複合酸化物(b)において、Mgは、リチウムコバルト複合酸化物(b)の高電圧領域での安定性を高め、金属イオンの溶出を抑制する作用を有しており、また、リチウムコバルト複合酸化物(b)の熱安定性を高める作用も有している。よって、Mgによる前記の作用を良好に発揮させる観点から、リチウムコバルト複合酸化物(b)を表す前記一般組成式において、Mgの量を表すpは、0.001以上であることが好ましく、0.002以上であることがより好ましい。   In the lithium cobalt composite oxide (b), Mg has an effect of improving the stability of the lithium cobalt composite oxide (b) in the high voltage region and suppressing the elution of metal ions. It also has the effect of increasing the thermal stability of the composite oxide (b). Therefore, from the viewpoint of satisfactorily exerting the above-described action by Mg, in the general composition formula representing the lithium cobalt composite oxide (b), p representing the amount of Mg is preferably 0.001 or more, 0 More preferably, it is 0.002 or more.

ただし、Mgは、リチウムコバルト複合酸化物(b)の容量向上に寄与し得ないため、リチウムコバルト複合酸化物(b)中のMg量が多すぎると、例えばCoの量が減ることになって、容量が低下する虞がある。よって、リチウムコバルト複合酸化物(b)を表す前記一般組成式において、Mgの量を表すpは、0.1以下であることが好ましく、0.05以下であることがより好ましい。   However, since Mg cannot contribute to the capacity improvement of the lithium cobalt composite oxide (b), if the amount of Mg in the lithium cobalt composite oxide (b) is too large, for example, the amount of Co is reduced. There is a risk that the capacity will decrease. Therefore, in the general composition formula representing the lithium cobalt composite oxide (b), p representing the amount of Mg is preferably 0.1 or less, and more preferably 0.05 or less.

リチウムコバルト複合酸化物(b)は、Li、O、CoおよびMg以外に、Al、Ti、Fe、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Sn、Sr、W、B、PおよびBiよりなる群から選択される少なくとも1種の元素Mを含有していてもよい。ただし、リチウムコバルト複合酸化物(b)中の元素Mの量が多すぎると、CoやMgの量が少なくなって、これらによる作用が十分に発揮されない虞がある。よって、リチウムコバルト複合酸化物(b)を表す前記一般組成式において、元素Mの量を表すqは、0.1以下であることが好ましく、0.05以下であることがより好ましい。また、リチウムコバルト複合酸化物(b)は、前記の通り、元素Mを含有していなくてもよく、前記一般組成式において、元素Mの量を表すqは、0以上である。In addition to Li, O, Co and Mg, the lithium cobalt composite oxide (b) includes Al, Ti, Fe, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Sn, Sr, W, B, P and it may contain at least one element M 2 selected from the group consisting of Bi. However, if the amount of the element M 2 in the lithium cobalt composite oxide (b) is too large, the amounts of Co and Mg are decreased, and the effects of these may not be sufficiently exhibited. Therefore, in the general composition formula representing the lithium cobalt composite oxide (b), q representing the amount of the element M 2 is preferably 0.1 or less, and more preferably 0.05 or less. Further, lithium-cobalt composite oxide (b) is, as described above, may not contain the element M 2, in the general formula, the q indicating the amount of elemental M 2, is greater than zero.

リチウムコバルト複合酸化物(b)は、特に化学量論比に近い組成にときに、その真密度が大きくなり、より高いエネルギー体積密度を有する材料となるが、具体的には、前記組成式において、−0.3≦o≦0.3とすることが好ましく、oの値をこのように調節することで、真密度および充放電時の可逆性を高めることができる。   The lithium cobalt composite oxide (b) has a higher true density and a higher energy volume density, particularly when the composition is close to the stoichiometric ratio. , −0.3 ≦ o ≦ 0.3, and by adjusting the value of o in this way, the true density and reversibility during charge / discharge can be enhanced.

リチウムコバルト複合酸化物(b)は、Li含有化合物(水酸化リチウムなど)、Co含有化合物(硫酸コバルトなど)、Mg含有化合物(硫酸マグネシウムなど)、および必要に応じて元素Mを含有する化合物(酸化物、水酸化物、硫酸塩など)を混合し、この原料混合物を焼成するなどして合成することができる。なお、より高い純度でリチウムコバルト複合酸化物(b)を合成するには、CoおよびMg、更には必要に応じて元素Mを含む複合化合物(水酸化物、酸化物など)とLi含有化合物などとを混合し、この原料混合物を焼成することが好ましい。The lithium-cobalt composite oxide (b) is composed of a Li-containing compound (such as lithium hydroxide), a Co-containing compound (such as cobalt sulfate), a Mg-containing compound (such as magnesium sulfate), and an element M 2 as necessary. It can be synthesized by mixing (oxide, hydroxide, sulfate, etc.) and firing this raw material mixture. In order to synthesize lithium cobalt composite oxide (b) with higher purity, a composite compound (hydroxide, oxide, etc.) containing Co and Mg, and further element M 2 as required, and a Li-containing compound It is preferable to sinter the raw material mixture.

リチウムコバルト複合酸化物(b)を合成するための原料混合物の焼成条件も、リチウムニッケル複合酸化物(a)の場合と同様に、例えば、800〜1050℃で1〜24時間とすることができるが、一旦焼成温度よりも低い温度(例えば、250〜850℃)まで加熱し、その温度で保持することにより予備加熱を行い、その後に焼成温度まで昇温して反応を進行させることが好ましい。予備加熱の時間については特に制限はないが、通常、0.5〜30時間程度とすればよい。また、焼成時の雰囲気は、酸素を含む雰囲気(すなわち、大気中)、不活性ガス(アルゴン、ヘリウム、窒素など)と酸素ガスとの混合雰囲気、酸素ガス雰囲気などとすることができるが、その際の酸素濃度(体積基準)は、15%以上であることが好ましく、18%以上であることが好ましい。   The firing conditions of the raw material mixture for synthesizing the lithium cobalt composite oxide (b) can be set to, for example, 800 to 1050 ° C. for 1 to 24 hours, as in the case of the lithium nickel composite oxide (a). However, it is preferable that the temperature is once lowered to a temperature lower than the firing temperature (for example, 250 to 850 ° C.), preheated by holding at that temperature, and then heated to the firing temperature to advance the reaction. Although there is no restriction | limiting in particular about the time of preheating, Usually, what is necessary is just to be about 0.5 to 30 hours. The atmosphere during firing can be an atmosphere containing oxygen (that is, in the air), a mixed atmosphere of an inert gas (such as argon, helium, or nitrogen) and oxygen gas, or an oxygen gas atmosphere. The oxygen concentration (volume basis) is preferably 15% or more, and more preferably 18% or more.

正極活物質に、リチウムニッケル複合酸化物(a)と他の正極活物質とを併用する場合の他の正極活物質には、リチウムコバルト複合酸化物(b)を使用することがより好ましい。   It is more preferable to use the lithium cobalt composite oxide (b) for the other positive electrode active material when the lithium nickel composite oxide (a) and another positive electrode active material are used in combination for the positive electrode active material.

正極活物質に、リチウムニッケル複合酸化物(a)と他の正極活物質〔例えば、リチウムコバルト複合酸化物(b)〕とを併用する場合、リチウムニッケル複合酸化物(a)の使用による効果をより良好に確保する観点から、正極活物質全量中のリチウムニッケル複合酸化物(a)の含有量を10質量%以上とすることが好ましい。   When the lithium nickel composite oxide (a) and another positive electrode active material [for example, lithium cobalt composite oxide (b)] are used in combination with the positive electrode active material, the effect of using the lithium nickel composite oxide (a) From the viewpoint of ensuring better, the content of the lithium nickel composite oxide (a) in the total amount of the positive electrode active material is preferably 10% by mass or more.

また、正極活物質に、リチウムニッケル複合酸化物(a)と、リチウムコバルト複合酸化物(b)とを併用する場合には、正極活物質全量中のリチウムニッケル複合酸化物(a)の含有量を80質量%以下〔すなわち、正極活物質全量中のリチウムコバルト複合酸化物(b)の含有量を20質量%以上〕とすることが好ましい。   Further, when the lithium nickel composite oxide (a) and the lithium cobalt composite oxide (b) are used in combination with the positive electrode active material, the content of the lithium nickel composite oxide (a) in the total amount of the positive electrode active material Is 80 mass% or less [that is, the content of the lithium cobalt composite oxide (b) in the total amount of the positive electrode active material is 20 mass% or more].

正極合剤層に係るバインダには、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)などが好適に用いられる。また、正極合剤層に係る導電助剤としては、例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛など)、人造黒鉛などの黒鉛(黒鉛質炭素材料);アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカ−ボンブラック;炭素繊維;などの炭素材料などが挙げられる。   For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), or the like is preferably used for the binder related to the positive electrode mixture layer. In addition, as the conductive auxiliary agent related to the positive electrode mixture layer, for example, graphite (graphite carbon material) such as natural graphite (flaky graphite), artificial graphite; acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, Carbon materials such as carbon black such as lamp black and thermal black; carbon fiber;

正極は、例えば、正極活物質、バインダおよび導電助剤などを、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの溶剤に分散させたペースト状やスラリー状の正極合剤含有組成物を調製し(ただし、バインダは溶剤に溶解していてもよい)、これを集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてカレンダー処理を施す工程を経て製造される。ただし、正極は、前記の製造方法で製造されたものに限定される訳ではなく、他の方法で製造したものであってもよい。   For the positive electrode, for example, a paste-like or slurry-like positive electrode mixture-containing composition in which a positive electrode active material, a binder, a conductive auxiliary agent, and the like are dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is prepared ( However, the binder may be dissolved in a solvent), and this is applied to one or both sides of the current collector, dried, and then subjected to a calendering process as necessary. However, the positive electrode is not limited to those manufactured by the above manufacturing method, and may be manufactured by other methods.

また、正極には、必要に応じて、リチウム二次電池内の他の部材と電気的に接続するためのリード体を、常法に従って形成してもよい。   Moreover, you may form the lead body for electrically connecting with the other member in a lithium secondary battery according to a conventional method to a positive electrode as needed.

正極合剤層の厚みは、例えば、集電体の片面あたり10〜100μmであることが好ましい。   The thickness of the positive electrode mixture layer is preferably, for example, 10 to 100 μm per one side of the current collector.

また、正極合剤層の組成としては、例えば、正極活物質の量が60〜95質量%であることが好ましく、バインダの量が1〜15質量%であることが好ましく、導電助剤の量が3〜20質量%であることが好ましい。   Moreover, as a composition of a positive mix layer, it is preferable that the quantity of a positive electrode active material is 60-95 mass%, for example, it is preferable that the quantity of a binder is 1-15 mass%, and the quantity of a conductive support agent. Is preferably 3 to 20% by mass.

正極の集電体は、従来から知られているリチウム二次電池の正極に使用されているものと同様のものが使用でき、例えば、厚みが10〜30μmのアルミニウム箔が好ましい。   The positive electrode current collector can be the same as that used for the positive electrode of a conventionally known lithium secondary battery. For example, an aluminum foil having a thickness of 10 to 30 μm is preferable.

本発明のリチウム二次電池に係る負極には、例えば、負極活物質やバインダなどを含有する負極合剤層を、集電体の片面または両面に有する構造のものを使用する。そして、負極に係る負極活物質には、SiOを使用する。For the negative electrode according to the lithium secondary battery of the present invention, for example, a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material or a binder is used on one side or both sides of the current collector. Then, the negative active material according to the negative electrode, using the SiO x.

SiOは、Siの微結晶または非晶質相を含んでいてもよく、この場合、SiとOの原子比は、Siの微結晶または非晶質相のSiを含めた比率となる。すなわち、SiOには、非晶質のSiOマトリックス中に、Si(例えば、微結晶Si)が分散した構造のものが含まれ、この非晶質のSiOと、その中に分散しているSiを合わせて、前記の原子比xが0.5≦x≦1.5を満足していればよい。例えば、非晶質のSiOマトリックス中に、Siが分散した構造で、SiOとSiのモル比が1:1の材料の場合、x=1であるので、構造式としてはSiOで表記される。このような構造の材料の場合、例えば、X線回折分析では、Si(微結晶Si)の存在に起因するピークが観察されない場合もあるが、透過型電子顕微鏡で観察すると、微細なSiの存在が確認できる。The SiO x may contain Si microcrystal or amorphous phase. In this case, the atomic ratio of Si and O is a ratio including Si microcrystal or amorphous phase Si. That is, SiO x includes a structure in which Si (for example, microcrystalline Si) is dispersed in an amorphous SiO 2 matrix, and this amorphous SiO 2 is dispersed in the SiO 2 matrix. It is sufficient that the atomic ratio x satisfies 0.5 ≦ x ≦ 1.5 in combination with Si. For example, in the case of a material in which Si is dispersed in an amorphous SiO 2 matrix and the material has a molar ratio of SiO 2 to Si of 1: 1, x = 1, so that the structural formula is represented by SiO. The In the case of a material having such a structure, for example, in X-ray diffraction analysis, a peak due to the presence of Si (microcrystalline Si) may not be observed, but when observed with a transmission electron microscope, the presence of fine Si Can be confirmed.

そして、SiOは、炭素材料と複合化した複合体であることが好ましく、例えば、SiOの表面が炭素材料で被覆されていることが望ましい。前記の通り、SiOは導電性が乏しいため、これを負極活物質として用いる際には、良好な電池特性確保の観点から、導電性材料(導電助剤)を使用し、負極内におけるSiOと導電性材料との混合・分散を良好にして、優れた導電ネットワークを形成する必要がある。SiOを炭素材料と複合化した複合体であれば、例えば、単にSiOと炭素材料などの導電性材料とを混合して得られた材料を用いた場合よりも、負極における導電ネットワークが良好に形成される。Then, SiO x is preferably a complex complexed with carbon materials, for example, it is desirable that the surface of the SiO x is coated with a carbon material. As described above, since SiO x has poor conductivity, when using it as a negative electrode active material, from the viewpoint of securing good battery characteristics, a conductive material (conductive aid) is used, and SiO x in the negative electrode is used. It is necessary to form an excellent conductive network by mixing and dispersing the material and the conductive material well. If complexes complexed with carbon material SiO x, for example, simply than with a material obtained by mixing a conductive material such as SiO x and the carbon material, good conductive network in the negative electrode Formed.

SiOと炭素材料との複合体としては、前記のように、SiOの表面を炭素材料で被覆したものの他、SiOと炭素材料との造粒体などが挙げられる。The complex of the SiO x and the carbon material, as described above, other although the surface of the SiO x coated with carbon material, such as granules of SiO x and the carbon material can be cited.

また、前記の、SiOの表面を炭素材料で被覆した複合体を、更に導電性材料(炭素材料など)と複合化して用いることで、負極において更に良好な導電ネットワークの形成が可能となるため、より高容量で、より電池特性(例えば、充放電サイクル特性)に優れたリチウム二次電池の実現が可能となる。炭素材料で被覆されたSiOと炭素材料との複合体としては、例えば、炭素材料で被覆されたSiOと炭素材料との混合物を更に造粒した造粒体などが挙げられる。In addition, since the composite in which the surface of SiO x is coated with a carbon material is further combined with a conductive material (carbon material or the like), a better conductive network can be formed in the negative electrode. Therefore, it is possible to realize a lithium secondary battery with higher capacity and more excellent battery characteristics (for example, charge / discharge cycle characteristics). The complex of the SiO x and the carbon material coated with a carbon material, for example, like granules the mixture was further granulated with SiO x and the carbon material coated with a carbon material.

また、表面が炭素材料で被覆されたSiOとしては、SiOとそれよりも比抵抗値が小さい炭素材料との複合体(例えば造粒体)の表面が、更に炭素材料で被覆されてなるものも、好ましく用いることができる。前記造粒体内部でSiOと炭素材料とが分散した状態であると、より良好な導電ネットワークを形成できるため、SiOを負極活物質として含有する負極を有するリチウム二次電池において、重負荷放電特性などの電池特性を更に向上させることができる。Further, as SiO x whose surface is coated with a carbon material, the surface of a composite (for example, a granulated body) of SiO x and a carbon material having a smaller specific resistance value is further coated with a carbon material. Those can also be preferably used. In a state where SiO x and the carbon material are dispersed inside the granulated body, a better conductive network can be formed. Therefore, in a lithium secondary battery having a negative electrode containing SiO x as a negative electrode active material, a heavy load Battery characteristics such as discharge characteristics can be further improved.

SiOとの複合体の形成に用い得る前記炭素材料としては、例えば、低結晶性炭素、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維などの炭素材料が好ましいものとして挙げられる。Preferred examples of the carbon material that can be used to form a composite with SiO x include carbon materials such as low crystalline carbon, carbon nanotubes, and vapor grown carbon fibers.

前記炭素材料の詳細としては、繊維状またはコイル状の炭素材料、カーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラックを含む)、人造黒鉛、易黒鉛化炭素および難黒鉛化炭素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の材料が好ましい。繊維状またはコイル状の炭素材料は、導電ネットワークを形成し易く、かつ表面積の大きい点において好ましい。カーボンブラック(アセチレンブラック,ケッチェンブラックを含む)、易黒鉛化炭素および難黒鉛化炭素は、高い電気伝導性、高い保液性を有しており、さらに、SiO粒子が膨張収縮しても、その粒子との接触を保持し易い性質を有している点において好ましい。The details of the carbon material include at least one selected from the group consisting of fibrous or coiled carbon materials, carbon black (including acetylene black and ketjen black), artificial graphite, graphitizable carbon, and non-graphitizable carbon. A seed material is preferred. Fibrous or coil-like carbon materials are preferable in that they easily form a conductive network and have a large surface area. Carbon black (including acetylene black and ketjen black), graphitizable carbon, and non-graphitizable carbon have high electrical conductivity and high liquid retention, and even if SiO x particles expand and contract. This is preferable in that it has a property of easily maintaining contact with the particles.

また、詳しくは後述するように、本発明においては、黒鉛質炭素材料を負極活物質としてSiOと共に使用することが好ましいが、この黒鉛質炭素材料をSiOと炭素材料との複合体に係る炭素材料として使用することもできる。黒鉛質炭素材料も、カーボンブラックなどと同様に、高い電気伝導性、高い保液性を有しており、さらに、SiO粒子が膨張収縮しても、その粒子との接触を保持し易い性質を有しているため、SiOとの複合体形成に好ましく使用することができる。Further, as will be described in detail later, in the present invention, it is preferable to use a graphitic carbon material as a negative electrode active material together with SiO x , but this graphitic carbon material is related to a composite of SiO x and a carbon material. It can also be used as a carbon material. Graphite carbon material, like carbon black, has high electrical conductivity and high liquid retention, and even when SiO x particles expand and contract, they easily maintain contact with the particles. Therefore, it can be preferably used for forming a complex with SiO x .

前記例示の炭素材料の中でも、SiOとの複合体が造粒体である場合に用いるものとしては、繊維状の炭素材料が特に好ましい。繊維状の炭素材料は、その形状が細い糸状であり柔軟性が高いために電池の充放電に伴うSiOの膨張収縮に追従でき、また、嵩密度が大きいために、SiO粒子と多くの接合点を持つことができるからである。繊維状の炭素としては、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブなどが挙げられ、これらの何れを用いてもよい。Among the carbon materials exemplified above, a fibrous carbon material is particularly preferable for use when the composite with SiO x is a granulated body. Fibrous carbon material can follow the expansion and contraction of SiO x with the charging and discharging of the battery due to the high shape is thin threadlike flexibility, also because bulk density is large, many and SiO x particles It is because it can have a junction. Examples of the fibrous carbon include polyacrylonitrile (PAN) -based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, vapor-grown carbon fiber, and carbon nanotube, and any of these may be used.

なお、繊維状の炭素材料は、例えば、気相法にてSiO粒子の表面に形成することもできる。The fibrous carbon material can also be formed on the surface of the SiO x particles by, for example, a vapor phase method.

SiOの比抵抗値が、通常、10〜10kΩcmであるのに対して、前記例示の炭素材料の比抵抗値は、通常、10−5〜10kΩcmである。The specific resistance value of SiO x is usually 10 3 to 10 7 kΩcm, while the specific resistance value of the carbon material exemplified above is usually 10 −5 to 10 kΩcm.

また、SiOと炭素材料との複合体は、粒子表面の炭素材料被覆層を覆う材料層(難黒鉛化炭素を含む材料層)を更に有していてもよい。The composite of SiO x and the carbon material may further have a material layer (a material layer containing non-graphitizable carbon) that covers the carbon material coating layer on the particle surface.

負極にSiOと炭素材料との複合体を使用する場合、SiOと炭素材料との比率は、炭素材料との複合化による作用を良好に発揮させる観点から、SiO:100質量部に対して、炭素材料が、5質量部以上であることが好ましく、10質量部以上であることがより好ましい。また、前記複合体において、SiOと複合化する炭素材料の比率が多すぎると、負極合剤層中のSiO量の低下に繋がり、高容量化の効果が小さくなる虞があることから、SiO:100質量部に対して、炭素材料は、50質量部以下であることが好ましく、40質量部以下であることがより好ましい。When a composite of SiO x and a carbon material is used for the negative electrode, the ratio of SiO x and the carbon material is based on SiO x : 100 parts by mass from the viewpoint of satisfactorily exerting the effect of the composite with the carbon material. The carbon material is preferably 5 parts by mass or more, and more preferably 10 parts by mass or more. Further, in the composite, if the ratio of the carbon material to be combined with SiO x is too large, it may lead to a decrease in the amount of SiO x in the negative electrode mixture layer, and the effect of increasing the capacity may be reduced. SiO x: relative to 100 parts by weight, the carbon material, and more preferably preferably not more than 50 parts by weight, more than 40 parts by weight.

前記のSiOと炭素材料との複合体は、例えば下記の方法によって得ることができる。The composite of the SiO x and the carbon material can be obtained, for example, by the following method.

まず、SiOを複合化する場合の作製方法について説明する。SiOが分散媒に分散した分散液を用意し、それを噴霧し乾燥して、複数の粒子を含む複合粒子を作製する。分散媒としては、例えば、エタノールなどを用いることができる。分散液の噴霧は、通常、50〜300℃の雰囲気内で行うことが適当である。前記の方法以外にも、振動型や遊星型のボールミルやロッドミルなどを用いた機械的な方法による造粒方法においても、同様の複合粒子を作製することができる。First, a manufacturing method in the case of combining SiO x will be described. A dispersion liquid in which SiO x is dispersed in a dispersion medium is prepared, and sprayed and dried to produce composite particles including a plurality of particles. For example, ethanol or the like can be used as the dispersion medium. It is appropriate to spray the dispersion in an atmosphere of 50 to 300 ° C. In addition to the above method, similar composite particles can be produced also by a granulation method by a mechanical method using a vibration type or planetary type ball mill or rod mill.

なお、SiOと、SiOよりも比抵抗値の小さい炭素材料との造粒体を作製する場合には、SiOが分散媒に分散した分散液中に前記炭素材料を添加し、この分散液を用いて、SiOを複合化する場合と同様の手法によって複合粒子(造粒体)とすればよい。また、前記と同様の機械的な方法による造粒方法によっても、SiOと炭素材料との造粒体を作製することができる。Incidentally, the SiO x, in the case of manufacturing a granulated body with small carbon material resistivity value than SiO x is adding the carbon material in the dispersion liquid of SiO x are dispersed in a dispersion medium, the dispersion by using a liquid, by a similar method to the case of composite of SiO x may be a composite particle (granule). Further, by granulation process according to the similar mechanical method, it is possible to produce a granular material of the SiO x and the carbon material.

次に、SiO粒子(SiO複合粒子、またはSiOと炭素材料との造粒体)の表面を炭素材料で被覆して複合体とする場合には、例えば、SiO粒子と炭化水素系ガスとを気相中にて加熱して、炭化水素系ガスの熱分解により生じた炭素を、粒子の表面上に堆積させる。このように、気相成長(CVD)法によれば、炭化水素系ガスが複合粒子の隅々にまで行き渡り、粒子の表面や表面の空孔内に、導電性を有する炭素材料を含む薄くて均一な皮膜(炭素材料被覆層)を形成できることから、少量の炭素材料によってSiO粒子に均一性よく導電性を付与できる。Next, when the surface of SiO x particles (SiO x composite particles or a granulated body of SiO x and a carbon material) is coated with a carbon material to form a composite, for example, the SiO x particles and the hydrocarbon-based material The gas is heated in the gas phase, and carbon generated by pyrolysis of the hydrocarbon-based gas is deposited on the surface of the particles. As described above, according to the vapor deposition (CVD) method, the hydrocarbon-based gas spreads to every corner of the composite particle, and the surface of the particle and the pores in the surface are thin and contain a conductive carbon material. Since a uniform film (carbon material coating layer) can be formed, the SiO x particles can be imparted with good conductivity with a small amount of carbon material.

炭素材料で被覆されたSiOの製造において、気相成長(CVD)法の処理温度(雰囲気温度)については、炭化水素系ガスの種類によっても異なるが、通常、600〜1200℃が適当であり、中でも、700℃以上であることが好ましく、800℃以上であることが更に好ましい。処理温度が高い方が不純物の残存が少なく、かつ導電性の高い炭素を含む被覆層を形成できるからである。In the production of SiO x coated with a carbon material, the processing temperature (atmosphere temperature) of the vapor deposition (CVD) method varies depending on the type of hydrocarbon gas, but usually 600 to 1200 ° C. is appropriate. Among these, the temperature is preferably 700 ° C. or higher, and more preferably 800 ° C. or higher. This is because the higher the treatment temperature, the less the remaining impurities, and the formation of a coating layer containing carbon having high conductivity.

炭化水素系ガスの液体ソースとしては、トルエン、ベンゼン、キシレン、メシチレンなどを用いることができるが、取り扱い易いトルエンが特に好ましい。これらを気化させる(例えば、窒素ガスでバブリングする)ことにより炭化水素系ガスを得ることができる。また、メタンガスやアセチレンガスなどを用いることもできる。   As the liquid source of the hydrocarbon-based gas, toluene, benzene, xylene, mesitylene and the like can be used, but toluene that is easy to handle is particularly preferable. A hydrocarbon-based gas can be obtained by vaporizing them (for example, bubbling with nitrogen gas). Moreover, methane gas, acetylene gas, etc. can also be used.

また、気相成長(CVD)法にてSiO粒子(SiO複合粒子、またはSiOと炭素材料との造粒体)の表面を炭素材料で覆った後に、石油系ピッチ、石炭系のピッチ、熱硬化性樹脂、およびナフタレンスルホン酸塩とアルデヒド類との縮合物よりなる群から選択される少なくとも1種の有機化合物を、炭素材料を含む被覆層に付着させた後、前記有機化合物が付着した粒子を焼成してもよい。In addition, after the surface of SiO x particles (SiO x composite particles or a granulated body of SiO x and a carbon material) is covered with a carbon material by a vapor deposition (CVD) method, a petroleum-based pitch or a coal-based pitch is used. At least one organic compound selected from the group consisting of a thermosetting resin and a condensate of naphthalene sulfonate and aldehydes is attached to a coating layer containing a carbon material, and then the organic compound is attached. The obtained particles may be fired.

具体的には、炭素材料で被覆されたSiO粒子(SiO複合粒子、またはSiOと炭素材料との造粒体)と、前記有機化合物とが分散媒に分散した分散液を用意し、この分散液を噴霧し乾燥して、有機化合物によって被覆された粒子を形成し、その有機化合物によって被覆された粒子を焼成する。Specifically, a dispersion liquid in which a SiO x particle (SiO x composite particle or a granulated body of SiO x and a carbon material) coated with a carbon material and the organic compound are dispersed in a dispersion medium is prepared, The dispersion is sprayed and dried to form particles coated with the organic compound, and the particles coated with the organic compound are fired.

前記ピッチとしては等方性ピッチを、熱硬化性樹脂としてはフェノール樹脂、フラン樹脂、フルフラール樹脂などを用いることができる。ナフタレンスルホン酸塩とアルデヒド類との縮合物としては、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物を用いることができる。   An isotropic pitch can be used as the pitch, and a phenol resin, a furan resin, a furfural resin, or the like can be used as the thermosetting resin. As the condensate of naphthalene sulfonate and aldehydes, naphthalene sulfonic acid formaldehyde condensate can be used.

炭素材料で被覆されたSiO粒子と前記有機化合物とを分散させるための分散媒としては、例えば、水、アルコール類(エタノールなど)を用いることができる。分散液の噴霧は、通常、50〜300℃の雰囲気内で行うことが適当である。焼成温度は、通常、600〜1200℃が適当であるが、中でも700℃以上が好ましく、800℃以上であることが更に好ましい。処理温度が高い方が不純物の残存が少なく、かつ導電性の高い良質な炭素材料を含む被覆層を形成できるからである。ただし、処理温度はSiOの融点以下であることを要する。As a dispersion medium for dispersing the SiO x particles coated with the carbon material and the organic compound, for example, water or alcohols (ethanol or the like) can be used. It is appropriate to spray the dispersion in an atmosphere of 50 to 300 ° C. The firing temperature is usually 600 to 1200 ° C., preferably 700 ° C. or higher, and more preferably 800 ° C. or higher. This is because the higher the processing temperature, the less the remaining impurities, and the formation of a coating layer containing a high-quality carbon material with high conductivity. However, the processing temperature needs to be lower than the melting point of SiO x .

本発明のリチウム二次電池に係る負極活物質には、SiOと共に黒鉛質炭素材料を使用することが好ましい。黒鉛質炭素材料を使用して負極活物質中のSiOの比率を下げることで、SiOの減量による高容量化効果の低下を可及的に抑制しつつ、電池の充放電に伴う負極(負極合剤層)の体積変化を抑えて、かかる体積変化によって生じ得る電池特性の低下を抑制することが可能となる。It is preferable to use a graphitic carbon material together with SiO x for the negative electrode active material according to the lithium secondary battery of the present invention. By reducing the ratio of SiO x in the negative electrode active material using a graphitic carbon material, while suppressing the decrease in the effect of increasing the capacity due to the reduction in SiO x as much as possible, the negative electrode accompanying charging / discharging of the battery ( It is possible to suppress a change in volume of the negative electrode mixture layer) and suppress a decrease in battery characteristics that may be caused by the volume change.

SiOと共に負極活物質として使用する黒鉛質炭素材料としては、例えば、鱗片状黒鉛などの天然黒鉛;熱分解炭素類、メソフェーズカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの易黒鉛化炭素を2800℃以上で黒鉛化処理した人造黒鉛;などが挙げられる。Examples of the graphitic carbon material used as the negative electrode active material together with SiO x include natural graphite such as scaly graphite; pyrolytic carbons, mesophase carbon microbeads (MCMB), carbon fiber and other graphitizable carbon at 2800 ° C. Examples thereof include artificial graphite graphitized as described above.

なお、本発明に係る負極においては、SiOを使用することによる高容量化の効果を良好に確保する観点から、負極活物質中におけるSiOの含有量は、0.01質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましい。また、充放電に伴う負極の体積変化による問題をより良好に回避する観点から、負極活物質中におけるSiOの含有量は、30質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましい。In the negative electrode according to the present invention, from the viewpoint of satisfactorily ensuring the effect of the high capacity by using a SiO x, the content of SiO x in the anode active material is 0.01 wt% or more It is preferably 3% by mass or more. Further, from the viewpoint of better avoiding the problem due to the volume change of the negative electrode due to charge / discharge, the content of SiO x in the negative electrode active material is preferably 30% by mass or less, and 20% by mass or less. Is more preferable.

負極合剤層に係るバインダには、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)などが好適に用いられる。更に、負極合剤層には、導電助剤として、アセチレンブラックなどの各種カーボンブラックやカーボンナノチューブ、炭素繊維などを添加してもよい。   For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), or the like is preferably used for the binder related to the negative electrode mixture layer. Furthermore, you may add various carbon blacks, such as acetylene black, a carbon nanotube, carbon fiber, etc. as a conductive support agent to a negative mix layer.

負極は、例えば、負極活物質およびバインダ、更には必要に応じて導電助剤を、NMPや水などの溶剤に分散させた負極合剤含有組成物を調製し(ただし、バインダは溶剤に溶解していてもよい)、これを集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてカレンダー処理を施す工程を経て製造される。ただし、負極は、前記の製造方法により製造されたものに限定される訳ではなく、他の製造方法により製造したものであってもてもよい。   The negative electrode is prepared, for example, by preparing a negative electrode mixture-containing composition in which a negative electrode active material and a binder and, if necessary, a conductive additive are dispersed in a solvent such as NMP or water (however, the binder is dissolved in the solvent). It may be applied to one or both sides of the current collector, dried, and then subjected to a calendaring process as necessary. However, the negative electrode is not limited to those manufactured by the above manufacturing method, and may be manufactured by other manufacturing methods.

負極合剤層の厚みは、集電体の片面あたり、集電体の片面あたり10〜100μmであることが好ましく、負極合剤層の密度(集電体に積層した単位面積あたりの負極合剤層の質量と、厚みから算出される)は、1.0〜1.9g/cmであることが好ましい。また、負極合剤層の組成としては、例えば、負極活物質の量が80〜95質量%であることが好ましく、バインダの量が1〜20質量%であることが好ましく、導電助剤を使用する場合には、その量が1〜10質量%であることが好ましい。The thickness of the negative electrode mixture layer is preferably 10 to 100 μm per one side of the current collector, and the density of the negative electrode mixture layer (the negative electrode mixture per unit area laminated on the current collector) (Calculated from the mass and thickness of the layer) is preferably 1.0 to 1.9 g / cm 3 . Moreover, as a composition of a negative mix layer, it is preferable that the quantity of a negative electrode active material is 80-95 mass%, for example, it is preferable that the quantity of a binder is 1-20 mass%, and uses a conductive support agent. When it does, it is preferable that the quantity is 1-10 mass%.

負極の集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、銅箔が用いられる。この負極集電体は、高エネルギー密度の電池を得るために負極全体の厚みを薄くする場合、厚みの上限は30μmであることが好ましく、機械的強度を確保するために下限は5μmであることが望ましい。   As the current collector for the negative electrode, a foil made of copper or nickel, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used, but a copper foil is usually used. In the negative electrode current collector, when the thickness of the entire negative electrode is reduced in order to obtain a battery having a high energy density, the upper limit of the thickness is preferably 30 μm, and the lower limit is 5 μm in order to ensure mechanical strength. Is desirable.

本発明のリチウム二次電池に係るセパレータには、80℃以上(より好ましくは100℃以上)170℃以下(より好ましくは150℃以下)において、その孔が閉塞する性質(すなわちシャットダウン機能)を有していることが好ましく、通常のリチウム二次電池などで使用されているセパレータ、例えば、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン製の微多孔膜を用いることができる。セパレータを構成する微多孔膜は、例えば、PEのみを使用したものやPPのみを使用したものであってもよく、また、PE製の微多孔膜とPP製の微多孔膜との積層体であってもよい。   The separator according to the lithium secondary battery of the present invention has a property that the pores are closed at 80 ° C. or higher (more preferably 100 ° C. or higher) and 170 ° C. or lower (more preferably 150 ° C. or lower) (that is, shutdown function). It is preferable that a separator used in a normal lithium secondary battery, for example, a microporous film made of polyolefin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP) can be used. The microporous film constituting the separator may be, for example, one using only PE or one using PP, or a laminate of a PE microporous film and a PP microporous film. There may be.

なお、本発明のリチウム二次電池に係るセパレータには、融点が140℃以下の樹脂を主体とした多孔質層(I)と、150℃以下の温度で溶融しない樹脂または耐熱温度が150℃以上の無機フィラーを主体として含む多孔質層(II)とを有する積層型のセパレータを使用することが好ましい。ここで、「融点」とはJIS K 7121の規定に準じて、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度を意味している。また、「150℃以下の温度で溶融しない」とは、JIS K 7121の規定に準じて、DSCを用いて測定される融解温度が150℃を超えているなど、前記融解温度測定時に150℃以下の温度で融解挙動を示さないことを意味している。更に、「耐熱温度が150℃以上」とは、少なくとも150℃において軟化などの変形が見られないことを意味している。   The separator according to the lithium secondary battery of the present invention includes a porous layer (I) mainly composed of a resin having a melting point of 140 ° C. or lower, a resin that does not melt at a temperature of 150 ° C. or lower, or a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher. It is preferable to use a laminated separator having a porous layer (II) mainly containing the inorganic filler. Here, the “melting point” means a melting temperature measured using a differential scanning calorimeter (DSC) in accordance with JIS K 7121. In addition, “does not melt at a temperature of 150 ° C. or lower” means that the melting temperature measured using DSC exceeds 150 ° C. according to the provisions of JIS K 7121. This means that the melting behavior is not exhibited at the temperature. Furthermore, “the heat resistant temperature is 150 ° C. or higher” means that deformation such as softening is not observed at least at 150 ° C.

前記積層型のセパレータに係る多孔質層(I)は、主にシャットダウン機能を確保するためのものであり、リチウム二次電池が多孔質層(I)の主体となる成分である樹脂の融点以上に達したときには、多孔質層(I)に係る樹脂が溶融してセパレータの空孔を塞ぎ、電気化学反応の進行を抑制するシャットダウンを生じる。   The porous layer (I) according to the multilayer separator is mainly for ensuring a shutdown function, and the melting point of the resin, which is a component in which the lithium secondary battery is the main component of the porous layer (I) When the temperature reaches the value, the resin related to the porous layer (I) melts to close the pores of the separator, thereby causing a shutdown that suppresses the progress of the electrochemical reaction.

多孔質層(I)の主体となる融点が140℃以下の樹脂としては、例えばPEが挙げられ、その形態としては、前述のリチウム二次電池に用いられる微多孔膜や、不織布などの基材にPEの粒子を含む分散液を塗布し、乾燥するなどして得られるものが挙げられる。ここで、多孔質層(I)の全構成成分中において、主体となる融点が140℃以下の樹脂の体積は、50体積%以上であり、70体積%以上であることがより好ましい。なお、例えば多孔質層(I)を前記PEの微多孔膜で形成する場合は、融点が140℃以下の樹脂の体積が100体積%となる。   Examples of the resin having a melting point of 140 ° C. or lower, which is the main component of the porous layer (I), include PE, and the form thereof is a substrate such as a microporous film used in the above-described lithium secondary battery or a nonwoven fabric. And a dispersion obtained by applying a dispersion containing PE particles and drying. Here, in all the constituent components of the porous layer (I), the volume of the resin having a main melting point of 140 ° C. or less is 50% by volume or more, and more preferably 70% by volume or more. For example, when the porous layer (I) is formed of the microporous film of PE, the volume of the resin having a melting point of 140 ° C. or lower is 100% by volume.

前記積層型のセパレータに係る多孔質層(II)は、リチウム二次電池の内部温度が上昇した際にも正極と負極との直接の接触による短絡を防止する機能を備えたものであり、150℃以下の温度で溶融しない樹脂または耐熱温度が150℃以上の無機フィラーによって、その機能を確保している。すなわち、電池が高温となった場合には、喩え多孔質層(I)が収縮しても、収縮し難い多孔質層(II)によって、セパレータが熱収縮した場合に発生し得る正負極の直接の接触による短絡を防止することがでる。また、この耐熱性の多孔質層(II)がセパレータの骨格として作用するため、多孔質層(I)の熱収縮、すなわちセパレータ全体の熱収縮自体も抑制できる。   The porous layer (II) according to the multilayer separator has a function of preventing a short circuit due to direct contact between the positive electrode and the negative electrode even when the internal temperature of the lithium secondary battery is increased. The function is secured by a resin that does not melt at a temperature of ℃ or less or an inorganic filler with a heat resistant temperature of 150 ℃ or more. That is, when the battery becomes hot, even if the porous layer (I) shrinks, the porous layer (II) that does not easily shrink can cause the positive and negative electrodes directly when the separator is thermally contracted. It is possible to prevent a short circuit due to the contact of. Moreover, since this heat-resistant porous layer (II) acts as a skeleton of the separator, the thermal contraction of the porous layer (I), that is, the thermal contraction of the entire separator itself can be suppressed.

多孔質層(II)を融点が150℃以上の樹脂を主体として形成する場合、例えば、150℃以下の温度で溶融しない樹脂で形成された微多孔膜(例えば前述のPP製の電池用微多孔膜)を多孔質層(I)に積層させる形態、150℃以下の温度で溶融しない樹脂の粒子などを含む分散液を多孔質層(I)に塗布し、乾燥して多孔質層(I)の表面に多孔質層(II)を形成する塗布積層型の形態が挙げられる。   When the porous layer (II) is mainly composed of a resin having a melting point of 150 ° C. or higher, for example, a microporous film formed of a resin that does not melt at a temperature of 150 ° C. or lower (for example, the above-mentioned PP microporous for battery The film is laminated on the porous layer (I), and a dispersion containing resin particles that do not melt at a temperature of 150 ° C. or less is applied to the porous layer (I) and dried to form the porous layer (I). An application lamination type form in which the porous layer (II) is formed on the surface of the substrate is mentioned.

150℃以下の温度で溶融しない樹脂としては、PP;架橋ポリメタクリル酸メチル、架橋ポリスチレン、架橋ポリジビニルベンゼン、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体架橋物、ポリイミド、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド縮合物などの各種架橋高分子微粒子;ポリスルフォン;ポリエーテルスルフォン;ポリフェニレンスルフィド;ポリテトラフルオロエチレン;ポリアクリロニトリル;アラミド;ポリアセタールなどが挙げられる。   Examples of resins that do not melt at a temperature of 150 ° C. or less include PP; crosslinked polymethyl methacrylate, crosslinked polystyrene, crosslinked polydivinylbenzene, styrene-divinylbenzene copolymer crosslinked product, polyimide, melamine resin, phenol resin, benzoguanamine-formaldehyde condensation And various crosslinked polymer fine particles; polysulfone; polyether sulfone; polyphenylene sulfide; polytetrafluoroethylene; polyacrylonitrile; aramid; polyacetal and the like.

150℃以下の温度で溶融しない樹脂の粒子を使用する場合、その粒径は、平均粒子径で、例えば、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましく、また、10μm以下であることが好ましく、2μm以下であることがより好ましい。なお、本明細書でいう各種粒子の平均粒子径は、例えば、レーザー散乱粒度分布計(例えば、堀場製作所製「LA−920」)を用い、樹脂を溶解しない媒体に、これら微粒子を分散させて測定した平均粒子径D50%である。   When using resin particles that do not melt at a temperature of 150 ° C. or lower, the average particle size is, for example, preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, It is preferably 10 μm or less, and more preferably 2 μm or less. In addition, the average particle diameter of the various particles referred to in the present specification is determined by, for example, using a laser scattering particle size distribution meter (for example, “LA-920” manufactured by HORIBA, Ltd.) and dispersing these fine particles in a medium that does not dissolve the resin. The measured average particle diameter D is 50%.

多孔質層(II)を耐熱温度が150℃以上の無機フィラーを主体として形成する場合、例えば、耐熱温度が150℃以上の無機フィラーなどを含む分散液を、多孔質層(I)に塗布し、乾燥して多孔質層(II)を形成する塗布積層型の形態が挙げられる。   When the porous layer (II) is formed mainly of an inorganic filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher, for example, a dispersion containing an inorganic filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher is applied to the porous layer (I). Examples of the coating laminated type in which the porous layer (II) is formed by drying.

多孔質層(II)に係る無機フィラーは、耐熱温度が150℃以上で、電池の有する非水電解質に対して安定であり、更に電池の作動電圧範囲において酸化還元されにくい電気化学的に安定なものであればよいが、分散などの点から微粒子であることが好ましく、また、アルミナ、シリカ、ベーマイトが好ましい。アルミナ、シリカ、ベーマイトは、耐酸化性が高く、粒径や形状を所望の数値などに調整することが可能であるため、多孔質層(II)の空孔率を精度よく制御することが容易となる。なお、耐熱温度が150℃以上の無機フィラーは、例えば前記例示のものを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、耐熱温度が150℃の無機フィラーを、前述の150℃以下の温度で溶融しない樹脂と併用しても差し支えない。   The inorganic filler related to the porous layer (II) has a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, is stable with respect to the nonaqueous electrolyte of the battery, and is electrochemically stable that is not easily oxidized or reduced in the battery operating voltage range. However, fine particles are preferable from the viewpoint of dispersion, and alumina, silica, and boehmite are preferable. Alumina, silica, and boehmite have high oxidation resistance, and the particle size and shape can be adjusted to the desired numerical values, making it easy to accurately control the porosity of the porous layer (II). It becomes. In addition, as for the inorganic filler whose heat-resistant temperature is 150 degreeC or more, the thing of the said illustration may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together, for example. In addition, an inorganic filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. may be used in combination with a resin that does not melt at a temperature of 150 ° C. or lower.

多孔質層(II)に係る耐熱温度が150℃以上の無機フィラーの形状については特に制限はなく、略球状(真球状を含む)、略楕円体状(楕円体状を含む)、板状などの各種形状のものを使用できる。   The shape of the inorganic filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher related to the porous layer (II) is not particularly limited, and is substantially spherical (including true spherical), substantially elliptical (including elliptical), plate-like, etc. Various shapes can be used.

また、多孔質層(II)に係る耐熱温度が150℃以上の無機フィラーの平均粒子径は、小さすぎるとイオンの透過性が低下することから、0.3μm以上であることが好ましく、0.5μm以上であることがより好ましい。また、耐熱温度が150℃以上の無機フィラーが大きすぎると、電気特性が劣化しやすくなることから、その平均粒子径は、5μm以下であることが好ましく、2μm以下であることがより好ましい。   Further, the average particle diameter of the inorganic filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher related to the porous layer (II) is preferably 0.3 μm or more because the ion permeability is lowered if it is too small. More preferably, it is 5 μm or more. In addition, if the inorganic filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher is too large, the electrical characteristics are likely to be deteriorated. Therefore, the average particle diameter is preferably 5 μm or less, and more preferably 2 μm or less.

多孔質層(II)において、150℃以下の温度で溶融しない樹脂および耐熱温度が150℃以上の無機フィラーは、多孔質層(II)に主体として含まれるものであるため、これらの多孔質層(II)における量[多孔質層(II)が150℃以下の温度で溶融しない樹脂および耐熱温度が150℃以上の無機フィラーのうちのいずれか一方のみを含有する場合は、その量であり、両者を含有する場合は、それらの合計量。150℃以下の温度で溶融しない樹脂および耐熱温度が150℃以上の無機フィラーの多孔質層(II)における量について、以下同じ。]は、多孔質層(II)の構成成分の全体積中、50体積%以上であり、70体積%以上であることが好ましく、80体積%以上であることがより好ましく、90体積%以上であることが更に好ましい。多孔質層(II)中の無機フィラーを前記のように高含有量とすることで、リチウム二次電池が高温となった際にも、セパレータ全体の熱収縮を良好に抑制することができ、正極と負極との直接の接触による短絡の発生をより良好に抑制することができる。   In the porous layer (II), the resin that does not melt at a temperature of 150 ° C. or lower and the inorganic filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher are mainly contained in the porous layer (II). The amount in (II) [when the porous layer (II) contains only one of a resin that does not melt at a temperature of 150 ° C. or less and an inorganic filler that has a heat resistant temperature of 150 ° C. or more, is the amount, If both are included, the total amount. The same applies to the amount of the resin that does not melt at a temperature of 150 ° C. or less and the amount of the inorganic filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or more in the porous layer (II). ] Is 50% by volume or more in the total volume of the constituent components of the porous layer (II), preferably 70% by volume or more, more preferably 80% by volume or more, and 90% by volume or more. More preferably it is. By making the inorganic filler in the porous layer (II) high as described above, even when the lithium secondary battery becomes high temperature, the thermal contraction of the entire separator can be satisfactorily suppressed, Generation | occurrence | production of the short circuit by the direct contact of a positive electrode and a negative electrode can be suppressed more favorably.

なお、後述するように、多孔質層(II)には有機バインダも含有させることが好ましいため、150℃以下の温度で溶融しない樹脂および耐熱温度が150℃以上の無機フィラーの多孔質層(II)における量は、多孔質層(II)の構成成分の全体積中、99.5体積%以下であることが好ましい。   As will be described later, since it is preferable that the porous layer (II) also contains an organic binder, a porous layer (II) of a resin that does not melt at a temperature of 150 ° C. or lower and an inorganic filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher. ) In the total volume of the constituent components of the porous layer (II) is preferably 99.5% by volume or less.

多孔質層(II)には、150℃以下の温度で溶融しない樹脂または耐熱温度が150℃以上の無機フィラー同士を結着したり、多孔質層(II)と多孔質層(I)との一体化などのために、有機バインダを含有させることが好ましい。有機バインダとしては、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA、酢酸ビニル由来の構造単位が20〜35モル%のもの)、エチレン−エチルアクリレート共重合体などのエチレン−アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、SBR、CMC、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン(PVP)、架橋アクリル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられるが、特に、150℃以上の耐熱温度を有する耐熱性のバインダが好ましく用いられる。有機バインダは、前記例示のものを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   In the porous layer (II), a resin that does not melt at a temperature of 150 ° C. or less, or an inorganic filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or more is bound, or the porous layer (II) and the porous layer (I) For integration or the like, it is preferable to contain an organic binder. Examples of organic binders include ethylene-vinyl acetate copolymers (EVA, those having a structural unit derived from vinyl acetate of 20 to 35 mol%), ethylene-acrylic acid copolymers such as ethylene-ethyl acrylate copolymers, and fluorine-based binders. Examples include rubber, SBR, CMC, hydroxyethyl cellulose (HEC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl pyrrolidone (PVP), cross-linked acrylic resin, polyurethane, and epoxy resin. A heat-resistant binder having a heat-resistant temperature is preferably used. As the organic binder, those exemplified above may be used singly or in combination of two or more.

前記例示の有機バインダの中でも、EVA、エチレン−アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、SBRなどの柔軟性の高いバインダが好ましい。このような柔軟性の高い有機バインダの具体例としては、三井デュポンポリケミカル社の「エバフレックスシリーズ(EVA)」、日本ユニカー社のEVA、三井デュポンポリケミカル社の「エバフレックス−EEAシリーズ(エチレン−アクリル酸共重合体)」、日本ユニカー社のEEA、ダイキン工業社の「ダイエルラテックスシリーズ(フッ素ゴム)」、JSR社の「TRD−2001(SBR)」、日本ゼオン社の「BM−400B(SBR)」などがある。   Among the organic binders exemplified above, highly flexible binders such as EVA, ethylene-acrylic acid copolymer, fluorine-based rubber, and SBR are preferable. Specific examples of such highly flexible organic binders include Mitsui DuPont Polychemical's “Evaflex Series (EVA)”, Nihon Unicar's EVA, Mitsui DuPont Polychemical's “Evaflex-EAA Series (Ethylene). -Acrylic acid copolymer) ", Nippon Unicar EEA, Daikin Industries" DAI-EL Latex Series (Fluororubber) ", JSR" TRD-2001 (SBR) ", Nippon Zeon" BM-400B " (SBR) ".

なお、前記の有機バインダを多孔質層(II)に使用する場合には、後述する多孔質層(II)形成用の組成物の溶媒に溶解させるか、または分散させたエマルジョンの形態で用いればよい。   When the organic binder is used for the porous layer (II), it can be used in the form of an emulsion dissolved or dispersed in the solvent for the composition for forming the porous layer (II) described later. Good.

前記塗布積層型のセパレータは、例えば、150℃以下の温度で溶融しない樹脂の粒子や耐熱温度が150℃以上の無機フィラーなどを含有する多孔質層(II)形成用組成物(スラリーなどの液状組成物など)を、多孔質層(I)を構成するための微多孔膜の表面に塗布し、所定の温度に乾燥して多孔質層(II)を形成することにより製造することができる。   The coating laminate type separator is, for example, a composition for forming a porous layer (II) containing a resin particle that does not melt at a temperature of 150 ° C. or lower, an inorganic filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher (liquid such as slurry). The composition etc.) can be applied to the surface of the microporous membrane for constituting the porous layer (I) and dried at a predetermined temperature to form the porous layer (II).

多孔質層(II)形成用組成物は、150℃以下の温度で溶融しない樹脂の粒子および/または耐熱温度が150℃以上の無機フィラーの他、必要に応じて有機バインダなどを含有し、これらを溶媒(分散媒を含む。以下同じ。)に分散させたものである。なお、有機バインダについては溶媒に溶解させることもできる。多孔質層(II)形成用組成物に用いられる溶媒は、150℃以下の温度で溶融しない樹脂の粒子や無機フィラーなどを均一に分散でき、また、有機バインダを均一に溶解または分散できるものであればよいが、例えば、トルエンなどの芳香族炭化水素、テトラヒドロフランなどのフラン類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類など、一般的な有機溶媒が好適に用いられる。なお、これらの溶媒に、界面張力を制御する目的で、アルコール(エチレングリコール、プロピレングリコールなど)、または、モノメチルアセテートなどの各種プロピレンオキサイド系グリコールエーテルなどを適宜添加してもよい。また、有機バインダが水溶性である場合、エマルジョンとして使用する場合などでは、水を溶媒としてもよく、この際にもアルコール類(メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)を適宜加えて界面張力を制御することもできる。   The composition for forming the porous layer (II) contains resin particles that do not melt at a temperature of 150 ° C. or lower and / or an inorganic filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher, and an organic binder as necessary. Is dispersed in a solvent (including a dispersion medium; the same shall apply hereinafter). The organic binder can be dissolved in a solvent. The solvent used in the composition for forming the porous layer (II) can uniformly disperse resin particles and inorganic filler that do not melt at a temperature of 150 ° C. or lower, and can dissolve or disperse the organic binder uniformly. For example, general organic solvents such as aromatic hydrocarbons such as toluene, furans such as tetrahydrofuran, ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone are preferably used. In addition, for the purpose of controlling the interfacial tension, alcohols (ethylene glycol, propylene glycol, etc.) or various propylene oxide glycol ethers such as monomethyl acetate may be appropriately added to these solvents. In addition, when the organic binder is water-soluble or used as an emulsion, water may be used as a solvent. In this case, alcohols (methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, etc.) are appropriately added. It is also possible to control the interfacial tension.

多孔質層(II)形成用組成物は、150℃以下の温度で溶融しない樹脂の粒子および/または耐熱温度が150℃以上の無機フィラー、更には有機バインダなどを含む固形分含量を、例えば10〜80質量%とすることが好ましい。   The composition for forming the porous layer (II) has a solid content containing, for example, a resin particle that does not melt at a temperature of 150 ° C. or lower and / or an inorganic filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher, and an organic binder. It is preferable to set it as -80 mass%.

なお、前記積層型のセパレータにおいて、多孔質層(I)と多孔質層(II)とは、それ
ぞれ1層ずつである必要はなく、複数の層がセパレータ中にあってもよい。例えば、多孔質層(II)の両面に多孔質層(I)を配置した構成としたり、多孔質層(I)の両面に多孔質層(II)を配置した構成としてもよい。ただし、層数を増やすことで、セパレータの厚みを増やして電池の内部抵抗の増加やエネルギー密度の低下を招く虞があるので、層数を多くしすぎるのは好ましくなく、前記積層型のセパレータ中の多孔質層(I)と多孔質層(II)との合計層数は5層以下であることが好ましい。
In the laminated separator, the porous layer (I) and the porous layer (II) do not have to be one each, and a plurality of layers may be present in the separator. For example, a configuration in which the porous layer (I) is disposed on both sides of the porous layer (II) or a configuration in which the porous layer (II) is disposed on both sides of the porous layer (I) may be employed. However, increasing the number of layers may increase the thickness of the separator and increase the internal resistance of the battery or decrease the energy density. Therefore, it is not preferable to increase the number of layers. The total number of the porous layers (I) and (II) is preferably 5 or less.

本発明のリチウム二次電池に係るセパレータ(ポリオレフィン製の微多孔膜からなるセパレータや、前記積層型のセパレータ)の厚みは、例えば、10〜30μmであることが好ましい。   The thickness of the separator (a separator made of a microporous membrane made of polyolefin or the laminated separator) according to the lithium secondary battery of the present invention is preferably 10 to 30 μm, for example.

また、前記積層型のセパレータにおいては、多孔質層(II)の厚み[セパレータが多孔質層(II)を複数有する場合は、その総厚み]は、多孔質層(II)による前記の各作用をより有効に発揮させる観点から、3μm以上であることが好ましい。ただし、多孔質層(II)が厚すぎると、電池のエネルギー密度の低下を引き起こすなどの虞があることから、多孔質層(II)の厚みは、8μm以下であることが好ましい。   In the laminated separator, the thickness of the porous layer (II) [when the separator has a plurality of porous layers (II), the total thickness] is determined by each of the functions of the porous layer (II). From the viewpoint of exhibiting more effectively, it is preferably 3 μm or more. However, if the porous layer (II) is too thick, the energy density of the battery may be lowered. Therefore, the thickness of the porous layer (II) is preferably 8 μm or less.

更に、前記積層型のセパレータにおいては、多孔質層(I)の厚み[セパレータが多孔質層(I)を複数有する場合は、その総厚み。以下同じ。]は、多孔質層(I)の使用による前記作用(特にシャットダウン作用)をより有効に発揮させる観点から、6μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましい。ただし、多孔質層(I)が厚すぎると、電池のエネルギー密度の低下を引き起こす虞があることに加えて、多孔質層(I)が熱収縮しようとする力が大きくなり、セパレータ全体の熱収縮を抑える作用が小さくなる虞がある。そのため、多孔質層(I)の厚みは、25μm以下であることが好ましく、20μm以下であることがより好ましく、14μm以下であることが更に好ましい。   Further, in the laminated separator, the thickness of the porous layer (I) [when the separator has a plurality of porous layers (I), the total thickness thereof. same as below. ] Is preferably 6 μm or more, and more preferably 10 μm or more, from the viewpoint of more effectively exerting the above-described action (particularly shutdown action) by using the porous layer (I). However, if the porous layer (I) is too thick, there is a possibility that the energy density of the battery may be lowered. In addition, the force that the porous layer (I) tends to shrink is increased, and the heat of the entire separator is increased. There is a possibility that the action of suppressing the shrinkage becomes small. Therefore, the thickness of the porous layer (I) is preferably 25 μm or less, more preferably 20 μm or less, and further preferably 14 μm or less.

セパレータ全体の空孔率としては、電解液の保液量を確保してイオン透過性を良好にするために、乾燥した状態で、30%以上であることが好ましい。一方、セパレータ強度の確保と内部短絡の防止の観点から、セパレータの空孔率は、乾燥した状態で、70%以下であることが好ましい。なお、セパレータの空孔率:P(%)は、セパレータの厚み、面積あたりの質量、構成成分の密度から、下記(3)式を用いて各成分iについての総和を求めることにより計算できる。
P ={1−(m/t)/(Σa・ρ)}×100 (3)
ここで、前記(3)式中、a:全体の質量を1としたときの成分iの比率、ρ:成分iの密度(g/cm)、m:セパレータの単位面積あたりの質量(g/cm)、t:セパレータの厚み(cm)である。
The porosity of the separator as a whole is preferably 30% or more in a dried state in order to secure the amount of electrolyte solution retained and to improve ion permeability. On the other hand, from the viewpoint of securing separator strength and preventing internal short circuit, the separator porosity is preferably 70% or less in a dry state. The porosity of the separator: P (%) can be calculated by obtaining the sum for each component i using the following equation (3) from the thickness of the separator, the mass per area, and the density of the constituent components.
P = {1- (m / t) / (Σa i · ρ i )} × 100 (3)
Here, in the formula (3), a i : ratio of component i when the total mass is 1, ρ i : density of component i (g / cm 3 ), m: mass per unit area of the separator (G / cm 2 ), t: thickness (cm) of the separator.

また、前記積層型のセパレータの場合、前記(3)式において、mを多孔質層(I)の単位面積あたりの質量(g/cm)とし、tを多孔質層(I)の厚み(cm)とすることで、前記(3)式を用いて多孔質層(I)の空孔率:P(%)を求めることもできる。この方法により求められる多孔質層(I)の空孔率は、30〜70%であることが好ましい。In the case of the multilayer separator, in the above formula (3), m is the mass per unit area (g / cm 2 ) of the porous layer (I), and t is the thickness of the porous layer (I) ( cm), the porosity: P (%) of the porous layer (I) can also be obtained using the formula (3). The porosity of the porous layer (I) determined by this method is preferably 30 to 70%.

更に、前記積層型のセパレータの場合、前記(3)式において、mを多孔質層(II)の単位面積あたりの質量(g/cm)とし、tを多孔質層(II)の厚み(cm)とすることで、前記(3)式を用いて多孔質層(II)の空孔率:P(%)を求めることもできる。この方法により求められる多孔質層(II)の空孔率は、20〜60%であることが好ましい。Further, in the case of the laminated separator, in the formula (3), m is the mass per unit area (g / cm 2 ) of the porous layer (II), and t is the thickness of the porous layer (II) ( cm), the porosity: P (%) of the porous layer (II) can also be obtained using the formula (3). The porosity of the porous layer (II) obtained by this method is preferably 20 to 60%.

前記セパレータとしては、機械的な強度の高いものが好ましく、例えば突き刺し強度が3N以上であることが好ましい。例えば、SiやSnの合金や酸化物などは、容量の大きな負極活物質として電池の高容量化に寄与する一方で、充放電に伴う体積変化が大きい。よって、このような負極活物質を使用した場合、充放電を繰り返すことで、負極全体の伸縮によって、対面させたセパレータにも機械的なダメージが加わることになる。セパレータの突き刺し強度が3N以上であれば、良好な機械的強度が確保され、セパレータの受ける機械的ダメージを緩和することができる。   The separator preferably has high mechanical strength. For example, the puncture strength is preferably 3N or more. For example, Si and Sn alloys and oxides contribute to an increase in capacity of a battery as a negative electrode active material having a large capacity, but have a large volume change due to charge and discharge. Therefore, when such a negative electrode active material is used, mechanical damage is also applied to the facing separator due to expansion and contraction of the entire negative electrode by repeating charge and discharge. If the piercing strength of the separator is 3N or more, good mechanical strength is ensured, and mechanical damage to the separator can be reduced.

突き刺し強度が3N以上のセパレータとしては、前述した積層型のセパレータが挙げられ、特に、融点が140℃以下の樹脂を主体とした多孔質層(I)に、耐熱温度が150℃以上の無機フィラーを主体として含む多孔質層(II)を積層したセパレータが好適である。それは、前記無機フィラーの機械的強度が高いため、多孔質層(I)の機械的強度を補って、セパレータ全体の機械的強度を高めることができるからであると考えられる。   Examples of the separator having a puncture strength of 3N or more include the above-described laminated separator, and in particular, an inorganic filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher in the porous layer (I) mainly composed of a resin having a melting point of 140 ° C. or lower. A separator in which a porous layer (II) containing as a main component is laminated is preferable. This is probably because the mechanical strength of the inorganic filler is high, so that the mechanical strength of the entire separator can be increased by supplementing the mechanical strength of the porous layer (I).

前記突き刺し強度は以下の方法で測定できる。直径2インチの穴があいた板上にセパレータをしわやたわみのないように固定し、先端の直径が1.0mmの半円球状の金属ピンを、120mm/minの速度で測定試料に降下させて、セパレータに穴があく時の力を5回測定する。そして、前記5回の測定値のうち最大値と最小値とを除く3回の測定について平均値を求め、これをセパレータの突き刺し強度とする。   The puncture strength can be measured by the following method. A separator is fixed on a plate having a hole with a diameter of 2 inches so as not to be wrinkled or bent, and a semispherical metal pin having a tip diameter of 1.0 mm is lowered onto a measurement sample at a speed of 120 mm / min. Measure the force when making a hole in the separator 5 times. And an average value is calculated | required about the measurement of 3 times except the maximum value and the minimum value among the said measurement values of 5 times, and this is made into the piercing strength of a separator.

前記の正極と前記の負極と前記のセパレータとは、正極と負極との間にセパレータを介在させて重ねた積層電極体や、更にこれを渦巻状に巻回した巻回電極体の形態で本発明のリチウム二次電池に使用することができる。   The positive electrode, the negative electrode, and the separator are formed in the form of a laminated electrode body in which a separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode, or a wound electrode body in which the separator is wound in a spiral shape. It can be used for the lithium secondary battery of the invention.

前記の積層電極体や巻回電極体においては、前記積層型のセパレータ、特に融点が140℃以下の樹脂を主体とした多孔質層(I)に、耐熱温度が150℃以上の無機フィラーを主体として含む多孔質層(II)を積層したセパレータを使用する場合、多孔質層(II)が少なくとも正極と面するように配置することが好ましい。なお、この場合、耐熱温度が150℃以上の無機フィラーを主体として含み、より耐酸化性に優れる多孔質層(II)が正極と面することで、正極によるセパレータの酸化をより良好に抑制できるため、電池の高温時の保存特性や充放電サイクル特性を高めることもできる。また、VCやシクロヘキシルベンゼンなどの添加剤を非水電解質中に加えた場合、正極側で皮膜形成してセパレータの細孔を詰まらせ、電池特性の低下を引き起こす虞もある。そこで比較的ポーラスな多孔質層(II)を正極に対面させることで、細孔の目詰まりを抑制する効果も期待できる。   In the laminated electrode body and the wound electrode body, the laminated separator, particularly the porous layer (I) mainly composed of a resin having a melting point of 140 ° C. or less, mainly comprises an inorganic filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or more. In the case of using a separator in which the porous layer (II) contained as a laminate is used, it is preferable that the porous layer (II) is disposed so as to face at least the positive electrode. In this case, the porous layer (II), which mainly contains an inorganic filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or more, and more excellent in oxidation resistance, faces the positive electrode, so that the oxidation of the separator by the positive electrode can be suppressed more favorably. Therefore, the storage characteristics and charge / discharge cycle characteristics of the battery at a high temperature can be improved. Further, when an additive such as VC or cyclohexylbenzene is added to the non-aqueous electrolyte, there is a possibility that a film is formed on the positive electrode side to clog the pores of the separator, resulting in deterioration of battery characteristics. Therefore, an effect of suppressing pore clogging can be expected by making the relatively porous porous layer (II) face the positive electrode.

他方、前記積層型セパレータの一方の表面が多孔質層(I)である場合には、多孔質層(I)が負極に面するようにすることが好ましく、これにより、例えば、シャットダウン時に多孔質層(I)から溶融した熱可塑性樹脂が電極の合剤層に吸収されることを抑制して、効率よくセパレータの空孔の閉塞に利用することができるようになる。   On the other hand, when one surface of the multilayer separator is the porous layer (I), it is preferable that the porous layer (I) faces the negative electrode. The thermoplastic resin melted from the layer (I) is suppressed from being absorbed by the electrode mixture layer, and can be efficiently used to close the pores of the separator.

本発明のリチウム二次電池の形態としては、スチール缶やアルミニウム缶などを外装缶として使用した筒形(角筒形や円筒形など)などが挙げられる。また、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体としたソフトパッケージ電池とすることもできる。   Examples of the form of the lithium secondary battery of the present invention include a cylindrical shape (such as a rectangular tube shape or a cylindrical shape) using a steel can or an aluminum can as an outer can. Moreover, it can also be set as the soft package battery which used the laminated film which vapor-deposited the metal as an exterior body.

本発明のリチウム二次電池は、使用前の充電時における上限電圧を、通常のリチウム二次電池で採用されている4.2Vと程度としてもよいが、4.3V以上と高電圧で充電する方法であっても、安定に使用することができる。   In the lithium secondary battery of the present invention, the upper limit voltage at the time of charging before use may be about 4.2 V, which is adopted in a normal lithium secondary battery, but is charged at a high voltage of 4.3 V or more. Even the method can be used stably.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

実施例1
<正極の作製>
Li1.0Ni0.5Co0.2Mn0.3〔リチウムニッケル複合酸化物(a)〕とLi1.036Co0.991Al0.004Mg0.002Sr0.001Ti0.002Zr0.001〔リチウムコバルト複合酸化物(b)〕とを3:7の割合(質量比)で混合した正極活物質100質量部と、結着剤であるPVDFを10質量%の濃度で含むNMP溶液20質量部と、導電助剤である人造黒鉛1質量部およびケッチェンブラック1質量部とを、二軸混練機を用いて混練し、更にNMPを加えて粘度を調節して、正極合剤含有ペーストを調製した。
Example 1
<Preparation of positive electrode>
Li 1.0 Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 [lithium nickel composite oxide (a)] and Li 1.036 Co 0.991 Al 0.004 Mg 0.002 Sr 0.001 Ti 100 parts by mass of a positive electrode active material obtained by mixing 0.002 Zr 0.001 O 2 [lithium cobalt composite oxide (b)] at a ratio (mass ratio) of 3: 7, and 10 parts by mass of PVDF as a binder. 20 parts by weight of NMP solution contained at a concentration of 1%, 1 part by weight of artificial graphite and 1 part by weight of ketjen black, which are conductive assistants, are kneaded using a biaxial kneader, and NMP is added to adjust the viscosity. Thus, a positive electrode mixture-containing paste was prepared.

前記正極合剤含有ペーストを、厚みが15μmのアルミニウム箔(正極集電体)の両面に塗布した後、120℃で12時間の真空乾燥を行って、アルミニウム箔の両面に正極合剤層を形成した。その後、プレス処理を行って、正極合剤層の厚さおよび密度を調節し、アルミニウム箔の露出部にニッケル製のリード体を溶接して、長さ375mm、幅43mmの帯状の正極を作製した。得られた正極における正極合剤層は、片面あたりの厚みが55μmであった。   After coating the positive electrode mixture-containing paste on both surfaces of an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 15 μm, vacuum drying is performed at 120 ° C. for 12 hours to form a positive electrode mixture layer on both surfaces of the aluminum foil. did. Thereafter, press treatment was performed to adjust the thickness and density of the positive electrode mixture layer, and a nickel lead body was welded to the exposed portion of the aluminum foil to produce a strip-like positive electrode having a length of 375 mm and a width of 43 mm. . The positive electrode mixture layer in the obtained positive electrode had a thickness of 55 μm per one side.

<負極の作製>
負極活物質である平均粒子径D50%が8μmであるSiO表面を炭素材料で被覆した複合体(複合体における炭素材料の量が10質量%)と、平均粒子径D50%が16μmである黒鉛とを、SiO表面を炭素材料で被覆した複合体の量が3.75質量%となる量で混合した混合物:97.5質量部と、結着剤であるSBR:1.5質量部と、増粘剤であるCMC:1質量部とに、水を加えて混合し、負極合剤含有ペーストを調製した。
<Production of negative electrode>
A composite in which the surface of SiO having an average particle diameter D50% of 8 μm, which is a negative electrode active material, is coated with a carbon material (the amount of the carbon material in the composite is 10% by mass), and graphite having an average particle diameter D50% of 16 μm A mixture in which the amount of the composite having the SiO surface coated with the carbon material is 3.75% by mass: 97.5 parts by mass, SBR as a binder: 1.5 parts by mass, CMC as a viscous agent was mixed with 1 part by mass of water to prepare a negative electrode mixture-containing paste.

前記負極合剤含有ペーストを、厚みが8μmの銅箔(負極集電体)の両面に塗布した後、120℃で12時間の真空乾燥を行って、銅箔の両面に負極合剤層を形成した。その後、プレス処理を行って、負極合剤層の厚さおよび密度を調節し、銅箔の露出部にニッケル製のリード体を溶接して、長さ380mm、幅44mmの帯状の負極を作製した。得られた負極における負極合剤層は、片面あたりの厚みが65μmであった。   After applying the negative electrode mixture-containing paste to both sides of a copper foil (negative electrode current collector) having a thickness of 8 μm, vacuum drying is performed at 120 ° C. for 12 hours to form a negative electrode mixture layer on both sides of the copper foil. did. Thereafter, press treatment was performed to adjust the thickness and density of the negative electrode mixture layer, and a nickel lead body was welded to the exposed portion of the copper foil to produce a strip-shaped negative electrode having a length of 380 mm and a width of 44 mm. . The negative electrode mixture layer in the obtained negative electrode had a thickness of 65 μm per one surface.

<非水電解質の調製>
エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との容積比3:7の混合溶媒に、LiPFを1.1mol/Lの濃度で溶解させて、更にアジポニトリルを0.1質量%となる量、EDPAを1.25質量%となる量、FECを2.0質量%となる量、およびVCを2.0質量%となる量で、それぞれ添加して、非水電解質を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
In a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 3: 7, LiPF 6 is dissolved at a concentration of 1.1 mol / L, and an amount of adiponitrile is 0.1% by mass, A nonaqueous electrolyte was prepared by adding EDPA in an amount of 1.25% by mass, FEC in an amount of 2.0% by mass, and VC in an amount of 2.0% by mass.

<電池の組み立て>
前記帯状の正極を、厚みが16μmの以下に示すセパレータを介して前記帯状の負極に重ね、渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状巻回構造の電極巻回体とし、この電極巻回体をポリプロピレン製の絶縁テープで固定した。次に、外寸が厚み4.0mm、幅34mm、高さ50mmのアルミニウム合金製の角形の電池ケースに前記電極巻回体を挿入し、リード体の溶接を行うとともに、アルミニウム合金製の蓋板を電池ケースの開口端部に溶接した。その後、蓋板に設けた注入口から前記非水電解質を注入し、1時間静置した後注入口を封止して、図1に示す構造で、図2に示す外観のリチウム二次電池を得た。
<Battery assembly>
The belt-like positive electrode is stacked on the belt-like negative electrode through a separator having a thickness of 16 μm or less, wound in a spiral shape, and then pressed so as to be flattened so that the electrode is wound in a flat winding structure. The electrode winding body was fixed with a polypropylene insulating tape. Next, the electrode winding body is inserted into a prismatic battery case made of aluminum alloy having an outer dimension of thickness 4.0 mm, width 34 mm, and height 50 mm, and the lead body is welded. Was welded to the open end of the battery case. Thereafter, the non-aqueous electrolyte is injected from the inlet provided in the cover plate, and left for 1 hour, and then the inlet is sealed. The lithium secondary battery having the structure shown in FIG. Obtained.

<セパレータの作製>
平均粒子径D50%が1μmのベーマイト5kgに、イオン交換水5kgと、分散剤(水系ポリカルボン酸アンモニウム塩、固形分濃度40質量%)0.5kgとを加え、内容積20L、転回数40回/分のボールミルで10時間解砕処理をして分散液を調製した。処理後の分散液を120℃で真空乾燥し、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したところ、ベーマイトの形状はほぼ板状であった。
<Preparation of separator>
Add 5 kg of ion-exchanged water and 0.5 kg of a dispersant (aqueous polycarboxylic acid ammonium salt, solid content concentration 40 mass%) to 5 kg of boehmite with an average particle diameter D50% of 1 μm, and have an internal volume of 20 L and 40 turns. A dispersion was prepared by pulverizing with a ball mill for 10 hours per minute. The treated dispersion was vacuum-dried at 120 ° C. and observed with a scanning electron microscope (SEM). As a result, the boehmite was almost plate-shaped.

前記分散液500gに、増粘剤としてキサンタンガムを0.5g、バインダとして樹脂バインダーディスパージョン(変性ポリブチルアクリレート、固形分含量45質量%)を17g加え、スリーワンモーターで3時間攪拌して均一なスラリー〔多孔質層(II)形成用スラリー、固形分比率50質量%〕を調製した。   To 500 g of the above dispersion, 0.5 g of xanthan gum as a thickener and 17 g of a resin binder dispersion (modified polybutyl acrylate, solid content 45% by mass) as a binder are added and stirred with a three-one motor for 3 hours to form a uniform slurry. [Slurry for forming porous layer (II), solid content ratio: 50% by mass] was prepared.

リチウム二次電池用PE製微多孔質セパレータ〔多孔質層(I):厚み12μm、空孔率40%、平均孔径0.08μm、PEの融点135℃〕の片面にコロナ放電処理(放電量40W・min/m)を施し、この処理面に多孔質層(II)形成用スラリーをマイクログラビアコーターによって塗布し、乾燥して厚みが4μmの多孔質層(II)を形成して、積層型のセパレータを得た。このセパレータにおける多孔質層(II)の単位面積あたりの質量は5.5g/mで、ベーマイトの体積含有率は95体積%であり、空孔率は45%であった。PE microporous separator for a lithium secondary battery (porous layer (I): thickness 12 μm, porosity 40%, average pore diameter 0.08 μm, PE melting point 135 ° C.) on one side corona discharge treatment (discharge amount 40 W)・ Min / m 2 ), a porous layer (II) forming slurry is applied to the treated surface by a micro gravure coater, and dried to form a porous layer (II) having a thickness of 4 μm. A separator was obtained. The mass per unit area of the porous layer (II) in this separator was 5.5 g / m 2 , the boehmite volume content was 95% by volume, and the porosity was 45%.

ここで図1および図2に示す電池について説明すると、図1の(a)は平面図、(b)はその部分断面図であって、図1(b)に示すように、正極1と負極2はセパレータ3を介して渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状の電極巻回体6として、角形(角筒形)の電池ケース4に非水電解質と共に収容されている。ただし、図1では、煩雑化を避けるため、正極1や負極2の作製にあたって使用した集電体としての金属箔や非水電解質などは図示していない。   Here, the battery shown in FIGS. 1 and 2 will be described. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a partial cross-sectional view thereof. As shown in FIG. 2 is spirally wound through the separator 3 and then pressed so as to be flat, and accommodated in a rectangular (rectangular tube) battery case 4 together with a nonaqueous electrolyte as a flat electrode winding body 6. Has been. However, in FIG. 1, in order to avoid complication, a metal foil, a non-aqueous electrolyte, and the like as a current collector used for manufacturing the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are not illustrated.

電池ケース4はアルミニウム合金製で電池の外装体を構成するものであり、この電池ケース4は正極端子を兼ねている。そして、電池ケース4の底部にはPEシートからなる絶縁体5が配置され、正極1、負極2およびセパレータ3からなる扁平状電極巻回体6からは、正極1および負極2のそれぞれ一端に接続された正極リード体7と負極リード体8が引き出されている。また、電池ケース4の開口部を封口するアルミニウム合金製の封口用蓋板9にはポリプロピレン製の絶縁パッキング10を介してステンレス鋼製の端子11が取り付けられ、この端子11には絶縁体12を介してステンレス鋼製のリード板13が取り付けられている。   The battery case 4 is made of an aluminum alloy and constitutes an outer package of the battery. The battery case 4 also serves as a positive electrode terminal. An insulator 5 made of a PE sheet is disposed at the bottom of the battery case 4, and is connected to one end of each of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 from the flat electrode winding body 6 made of the positive electrode 1, the negative electrode 2, and the separator 3. The positive electrode lead body 7 and the negative electrode lead body 8 thus drawn are drawn out. A stainless steel terminal 11 is attached to a sealing lid plate 9 made of aluminum alloy for sealing the opening of the battery case 4 via a polypropylene insulating packing 10, and an insulator 12 is attached to the terminal 11. A stainless steel lead plate 13 is attached.

そして、この蓋板9は電池ケース4の開口部に挿入され、両者の接合部を溶接することによって、電池ケース4の開口部が封口され、電池内部が密閉されている。また、図1の電池では、蓋板9に非水電解質注入口14が設けられており、この非水電解質注入口14には、封止部材が挿入された状態で、例えばレーザー溶接などにより溶接封止されて、電池の密閉性が確保されている(従って、図1および図2の電池では、実際には、非水電解質注入口14は、非水電解質注入口と封止部材であるが、説明を容易にするために、非水電解質注入口14として示している)。更に、蓋板9には、電池の温度が上昇した際に内部のガスを外部に排出する機構として、開裂ベント15が設けられている。   And this cover plate 9 is inserted in the opening part of the battery case 4, and the opening part of the battery case 4 is sealed by welding the joint part of both, and the inside of the battery is sealed. Further, in the battery of FIG. 1, a non-aqueous electrolyte inlet 14 is provided in the lid plate 9, and the non-aqueous electrolyte inlet 14 is welded by, for example, laser welding with a sealing member inserted. The battery is sealed to ensure the hermeticity of the battery (therefore, in the battery of FIGS. 1 and 2, the nonaqueous electrolyte inlet 14 is actually a nonaqueous electrolyte inlet and a sealing member. , For ease of explanation, shown as non-aqueous electrolyte inlet 14). Further, the lid plate 9 is provided with a cleavage vent 15 as a mechanism for discharging the internal gas to the outside when the temperature of the battery rises.

この実施例1の電池では、正極リード体7を蓋板9に直接溶接することによって外装缶5と蓋板9とが正極端子として機能し、負極リード体8をリード板13に溶接し、そのリード板13を介して負極リード体8と端子11とを導通させることによって端子11が負極端子として機能するようになっているが、電池ケース4の材質などによっては、その正負が逆になる場合もある。   In the battery of this Example 1, the outer can 5 and the cover plate 9 function as a positive electrode terminal by directly welding the positive electrode lead body 7 to the lid plate 9, and the negative electrode lead body 8 is welded to the lead plate 13, The terminal 11 functions as a negative electrode terminal by conducting the negative electrode lead body 8 and the terminal 11 through the lead plate 13, but depending on the material of the battery case 4, the sign may be reversed. There is also.

図2は前記図1に示す電池の外観を模式的に示す斜視図であり、この図2は前記電池が角形電池であることを示すことを目的として図示されたものであって、この図1では電池を概略的に示しており、電池の構成部材のうち特定のものしか図示していない。また、図1においても、電極体の内周側の部分は断面にしていない。   FIG. 2 is a perspective view schematically showing the external appearance of the battery shown in FIG. 1. FIG. 2 is shown for the purpose of showing that the battery is a square battery. FIG. 1 schematically shows a battery, and only specific members of the battery are shown. Also in FIG. 1, the inner peripheral portion of the electrode body is not cross-sectional.

実施例2
アジポニトリルの添加量を0.25質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして非水電解質を調製し、この非水電解質を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 2
A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that the addition amount of adiponitrile was changed to 0.25% by mass. A lithium secondary secondary was prepared in the same manner as in Example 1 except that this non-aqueous electrolyte was used. A battery was produced.

実施例3
アジポニトリルの添加量を0.5質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして非水電解質を調製し、この非水電解質を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 3
A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of adiponitrile added was changed to 0.5% by mass. A lithium secondary secondary was prepared in the same manner as in Example 1 except that this non-aqueous electrolyte was used. A battery was produced.

実施例4
アジポニトリルの添加量を1.0質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして非水電解質を調製し、この非水電解質を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 4
A nonaqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that the addition amount of adiponitrile was changed to 1.0% by mass, and the lithium secondary secondary was prepared in the same manner as in Example 1 except that this nonaqueous electrolyte was used. A battery was produced.

実施例5
アジポニトリルの添加量を2.5質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして非水電解質を調製し、この非水電解質を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 5
A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of adiponitrile added was changed to 2.5% by mass. A lithium secondary secondary was prepared in the same manner as in Example 1 except that this non-aqueous electrolyte was used. A battery was produced.

実施例6
アジポニトリルの添加量を5.0質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして非水電解質を調製し、この非水電解質を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 6
A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that the addition amount of adiponitrile was changed to 5.0% by mass. A lithium secondary secondary was prepared in the same manner as in Example 1 except that this non-aqueous electrolyte was used. A battery was produced.

実施例7
アジポニトリルの添加量を0.5質量%に変更し、EPDAを添加しなかった以外は、実施例1と同様にして非水電解質を調製し、この非水電解質を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 7
A nonaqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of adiponitrile added was changed to 0.5% by mass and EPDA was not added, and Example 1 except that this nonaqueous electrolyte was used. In the same manner, a lithium secondary battery was produced.

実施例8
アジポニトリルの添加量を7.5質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして非水電解質を調製し、この非水電解質を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 8
A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that the addition amount of adiponitrile was changed to 7.5% by mass, and a lithium secondary secondary was prepared in the same manner as in Example 1 except that this non-aqueous electrolyte was used. A battery was produced.

実施例9
アジポニトリルをスクシノニトリルに変更した以外は、実施例4と同様にして非水電解質を調製し、この非水電解質を用いた以外は実施例4と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Example 9
A nonaqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 4 except that adiponitrile was changed to succinonitrile, and a lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 4 except that this nonaqueous electrolyte was used.

実施例10
EDPAをPDPAに変更した以外は、実施例4と同様にして非水電解質を調製し、この非水電解質を用いた以外は実施例4と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Example 10
A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 4 except that EDPA was changed to PDPA, and a lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 4 except that this non-aqueous electrolyte was used.

比較例1
アジポニトリルを添加しなかった以外は、実施例1と同様にして非水電解質を調製し、この非水電解質を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Comparative Example 1
A non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that adiponitrile was not added, and a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this non-aqueous electrolyte was used.

<50℃・DOD5%試験>
実施例および比較例の電池について、1.0Cの電流値で4.35Vまで定電流充電を行い、続いて4.35Vの電圧で定電圧充電を行った。なお、定電流充電と定電圧充電の総充電時間は2.5時間とした。その後、0.2Cの電流値で3.0Vまで放電を行い、初期容量を測定した。
<50 ° C / DOD 5% test>
About the battery of an Example and a comparative example, the constant current charge was performed to 4.35V with the electric current value of 1.0C, and the constant voltage charge was subsequently performed with the voltage of 4.35V. The total charging time for constant current charging and constant voltage charging was 2.5 hours. Thereafter, the battery was discharged to 3.0 V at a current value of 0.2 C, and the initial capacity was measured.

続いて、初期容量測定後の各電池を、初期容量測定と同じ条件で充電して満充電状態とした。そして、満充電状態の各電池について、50℃で、1.0Cの電流値で定格容量の5%(DOD5%)だけ放電を行い、再度1.0Cの電流値で満充電状態にまで充電する一連の操作を1サイクルとして、800サイクルの充放電を繰り返した。その後の各電池について、初期容量測定と同じ条件で充放電を行って、800サイクル経過後の各電池の容量を測定し、これを初期容量で除した値を百分率で表して、容量維持率を求めた。   Subsequently, each battery after the initial capacity measurement was charged under the same conditions as the initial capacity measurement to obtain a fully charged state. Then, each battery in a fully charged state is discharged by 5% of the rated capacity (DOD 5%) at a current value of 1.0 C at 50 ° C., and charged to a fully charged state again at a current value of 1.0 C. A series of operations was taken as one cycle, and 800 cycles of charge / discharge were repeated. For each subsequent battery, charge / discharge was performed under the same conditions as the initial capacity measurement, and the capacity of each battery after 800 cycles was measured. The value obtained by dividing this by the initial capacity was expressed as a percentage, and the capacity maintenance rate was Asked.

この50℃・DOD5%試験は、満充電状態の電池について、容量のごく一部のみの放電と、満充電状態までの充電とを繰り返す試験であり、連続的に充電を継続する使用方法を想定したものである。よって、この試験における容量維持率が高いほど、連続的に充電を継続する方法で電池を使用しても安定性が高いことを意味している。   This 50 ° C / DOD 5% test is a test in which only a small part of the capacity is discharged and the battery is fully charged until the battery is fully charged. It is a thing. Therefore, it means that the higher the capacity maintenance rate in this test, the higher the stability even when the battery is used in a method of continuously charging.

<連続充電後の短絡試験>
実施例および比較例の各電池(50℃・DOD5%試験を行ったものとは別の電池)について、45℃で、1.0Cの電流値で4.4Vまで充電する定電流充電と、続いて4.4Vの電圧で定電圧充電を行う定電流−定電圧充電を継続し、500時間後の各電池の短絡の有無を調べた。
<Short-circuit test after continuous charging>
For each of the batteries of Examples and Comparative Examples (batteries different from those subjected to the 50 ° C./DOD 5% test), constant current charging at 45 ° C. and a current value of 1.0 C up to 4.4 V, followed by Then, constant current-constant voltage charging in which constant voltage charging was performed at a voltage of 4.4 V was continued, and the presence or absence of a short circuit of each battery after 500 hours was examined.

この試験も、連続的に充電を継続する使用方法を想定したものであり、この試験後に短絡が認められなかった電池は、連続的に充電を継続する方法で使用しても安定性が高いことを意味している。   This test also assumes a method of continuous charging, and batteries that have not been short-circuited after this test are highly stable even when used continuously. Means.

<充放電サイクル特性>
実施例および比較例の各電池(前記の各評価を行ったものとは別の電池)について、50℃・DOD5%試験の初期容量測定と同じ条件で充放電を行って、初期容量を測定した。
<Charge / discharge cycle characteristics>
About each battery of an Example and a comparative example (battery different from what performed each said evaluation), it charged / discharged on the same conditions as the initial capacity measurement of a 50 degreeC and DOD5% test, and measured the initial capacity. .

次に、初期容量測定後の各電池について、1Cの電流値で4.35Vまで定電流充電を行い、続いて4.35Vの電圧で定電圧充電を行う充電(定電流充電と定電圧充電の総充電時間は2.5時間)と、その後に1Cの電流値で3.0Vまでの放電とを行う一連の操作を1サイクルとして、500サイクルの充放電を繰り返した。その後の各電池について、初期容量測定時と同じ条件で充電および放電を行って、500サイクル経過後の各電池の放電容量を測定し、これを初期容量で除した値を百分率で表して、容量維持率を求めた。この容量維持率が高いほど、電池の充放電サイクル特性が優れているといえる。   Next, for each battery after the initial capacity measurement, a constant current charge is performed up to 4.35V at a current value of 1C, and then a constant voltage charge is performed at a voltage of 4.35V (constant current charge and constant voltage charge The total charge time was 2.5 hours), and then a series of operations for discharging to 3.0 V at a current value of 1 C was taken as one cycle, and 500 cycles of charge and discharge were repeated. For each subsequent battery, charge and discharge were performed under the same conditions as the initial capacity measurement, and the discharge capacity of each battery after 500 cycles was measured. The value obtained by dividing this by the initial capacity was expressed as a percentage. The maintenance rate was determined. It can be said that the higher the capacity retention rate, the better the charge / discharge cycle characteristics of the battery.

<貯蔵試験>
実施例および比較例の電池(前記の各評価を行ったものとは別の電池)について、50℃・DOD5%試験の初期容量測定と同じ条件で充電を行った。充電後の各電池を恒温槽に入れ、槽内温度を85℃にして24時間放置した。その後、恒温槽から各電池を取り出し、室温になるまで放冷してから厚みを測定し、初期厚み(4.0mm)との差を算出して、貯蔵試験後の電池の膨れ量を求めた。
<Storage test>
About the battery of an Example and a comparative example (battery different from what performed said each evaluation), it charged on the same conditions as the initial stage capacity | capacitance measurement of a 50 degreeC * DOD5% test. Each battery after charging was placed in a thermostatic bath, and the bath temperature was set to 85 ° C. and left for 24 hours. Then, each battery was taken out from the thermostat, allowed to cool to room temperature, measured for thickness, and calculated the difference from the initial thickness (4.0 mm) to determine the amount of swelling of the battery after the storage test. .

<負荷特性>
実施例および比較例の電池(前記の各評価を行ったものとは別の電池)について、50℃・DOD5%試験の初期容量測定と同じ条件で充放電を行って放電容量(0.2C 放電容量)を測定した。また、0.2C放電容量測定後の各電池について、0.2C放電容量測定時と同じ条件で充電を行い、1.5Cの電流値で3.0Vまで放電を行って、放電容量(1.5C放電容量)を測定した。そして、各電池について、1.5C放電容量を0.2C放電容量で除した値を百分率で表して、容量維持率を求めた。この容量維持率が高いほど、電池の負荷特性が優れているといえる。
<Load characteristics>
The batteries of the examples and comparative examples (batteries different from those evaluated above) were charged and discharged under the same conditions as in the initial capacity measurement of the 50 ° C./DOD 5% test, and the discharge capacity (0.2 C discharge) Capacity). In addition, each battery after measuring the 0.2C discharge capacity is charged under the same conditions as those at the time of measuring the 0.2C discharge capacity, and discharged to 3.0V at a current value of 1.5C to obtain a discharge capacity (1. 5C discharge capacity) was measured. And about each battery, the value which remove | divided 1.5C discharge capacity by 0.2C discharge capacity was represented by the percentage, and the capacity | capacitance maintenance factor was calculated | required. It can be said that the higher the capacity retention rate, the better the load characteristics of the battery.

実施例および比較例のリチウム二次電池に使用した非水電解質中の各添加剤の含有量を表1に示し、前記の各評価結果を表2に示す。   Table 1 shows the content of each additive in the nonaqueous electrolyte used in the lithium secondary batteries of Examples and Comparative Examples, and Table 2 shows the evaluation results.

Figure 0006253411
Figure 0006253411

Figure 0006253411
Figure 0006253411

表1および表2に示す通り、リチウムニッケル複合酸化物(a)を正極活物質に使用し、SiOを負極活物質に使用し、かつ分子内にニトリル基を有する化合物を含有する非水電解質を使用した実施例1〜10のリチウム二次電池は、分子内にニトリル基を有する化合物を含有していない非水電解質を使用した比較例1の電池に比べて、50℃・DOD5%試験における容量維持率が高く、また、連続充電後に短絡も生じていない。よって、実施例1〜10のリチウム二次電池は、4.3V以上の高電圧で連続的に充電が継続されるような方法であっても、安定に使用できる。更に、実施例1〜10のリチウム二次電池は、負荷特性も良好である。   As shown in Table 1 and Table 2, a non-aqueous electrolyte containing a compound using lithium nickel composite oxide (a) as a positive electrode active material, SiO as a negative electrode active material, and having a nitrile group in the molecule The used lithium secondary batteries of Examples 1 to 10 have a capacity in a 50 ° C./DOD 5% test as compared with the battery of Comparative Example 1 using a nonaqueous electrolyte containing no compound having a nitrile group in the molecule. The maintenance rate is high, and no short circuit occurs after continuous charging. Therefore, the lithium secondary batteries of Examples 1 to 10 can be used stably even if the method is such that the charging is continuously continued at a high voltage of 4.3 V or higher. Furthermore, the lithium secondary batteries of Examples 1 to 10 have good load characteristics.

なお、前記一般式(1)で表されるホスホノアセテート類化合物も含有する非水電解質を用いた実施例1〜6、8、9、10のリチウム二次電池は、これを含有しない非水電解質を用いた実施例7の電池に比べて、貯蔵試験後の膨れ量が小さく、貯蔵特性も優れている。   In addition, the lithium secondary batteries of Examples 1 to 6, 8, 9, and 10 using the non-aqueous electrolyte that also contains the phosphonoacetate compound represented by the general formula (1) are non-aqueous. Compared to the battery of Example 7 using an electrolyte, the amount of swelling after the storage test is small, and the storage characteristics are also excellent.

また、分子内にニトリル基を有する化合物の含有量が好適な非水電解質を用いた実施例1〜7、9、10のリチウム二次電池は、この含有量が非常に多い非水電解質を用いた実施例8のリチウム二次電池に比べて、充放電サイクル特性評価時の容量維持率が高く、充放電サイクル特性も優れている。   In addition, the lithium secondary batteries of Examples 1 to 7, 9, and 10 using the nonaqueous electrolyte in which the content of the compound having a nitrile group in the molecule is suitable use the nonaqueous electrolyte having a very high content. Compared to the lithium secondary battery of Example 8, the capacity retention rate at the time of charge / discharge cycle characteristics evaluation is high, and the charge / discharge cycle characteristics are also excellent.

本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、前記以外の形態としても実施が可能である。本出願に開示された実施形態は一例であって、本発明は、これらの実施形態には限定されない。本発明の範囲は、前記の明細書の記載よりも、添付されている請求の範囲の記載を優先して解釈され、請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更は、請求の範囲に含まれる。   The present invention can be implemented in other forms without departing from the spirit of the present invention. The embodiments disclosed in the present application are examples, and the present invention is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is construed in preference to the description of the appended claims rather than the description of the above specification, and all modifications within the scope equivalent to the claims are construed in the scope of the claims. included.

本発明のリチウム二次電池は、連続的に充電が継続されても安定に使用し得ることから、こうした方法で使用される可能性が高い携帯型電子機器の電源用途に好適に用い得る他、従来から知られているリチウム二次電池が適用されている各種用途と同じ用途に用いることができる。   Since the lithium secondary battery of the present invention can be used stably even if it is continuously charged, it can be suitably used for a power source application of a portable electronic device that is likely to be used in such a method. It can be used for the same applications as various applications to which conventionally known lithium secondary batteries are applied.

1 正極
2 負極
3 セパレータ
1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator

Claims (10)

集電体の片面または両面に正極活物質を含有する正極合剤層を有する正極、集電体の片面または両面に負極活物質を含有する負極合剤層を有する負極、非水電解質およびセパレータを備えたリチウム二次電池であって、
前記正極の正極合剤層は、一般組成式Li1+yNi1−a−b−cCoMn 〔ただし、MはMg、Al、Ti、Fe、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Sn、W、B、PおよびBiよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、−0.15≦y≦0.15、0.05≦a≦0.3、0.05≦b≦0.3、0≦c≦0.03、およびa+b+c≦0.5である〕で表されるリチウムニッケル複合酸化物を、正極活物質として含有しており、
前記負極の負極合剤層は、SiとOとを構成元素に含む材料(ただし、Siに対するOの原子比xは、0.5≦x≦1.5である)を負極活物質として含有しており、
前記非水電解質は、分子内にニトリル基を1つまたは2つ有する化合物を含有していることを特徴とするリチウム二次電池。
A positive electrode having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material on one side or both sides of a current collector, a negative electrode having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material on one side or both sides of a current collector, a non-aqueous electrolyte, and a separator. A lithium secondary battery provided,
The positive electrode mixture layer of the positive electrode has a general composition formula Li 1 + y Ni 1-a-b-c Co a Mn b M 1 c O 2 [where M 1 is Mg, Al, Ti, Fe, Cu, Zn, Ga , Ge, Zr, Nb, Mo, Sn, W, B, P and Bi, at least one element selected from the group consisting of -0.15 ≦ y ≦ 0.15, 0.05 ≦ a ≦ 0.3, 0.05 ≦ b ≦ 0.3, 0 ≦ c ≦ 0.03, and a + b + c ≦ 0.5], as a positive electrode active material. ,
The negative electrode mixture layer of the negative electrode contains a material containing Si and O as constituent elements (however, the atomic ratio x of O to Si is 0.5 ≦ x ≦ 1.5) as a negative electrode active material. And
The non-aqueous electrolyte contains a compound having one or two nitrile groups in the molecule.
下記一般式(1)で表されるホスホノアセテート類化合物を、0.5〜30質量%含有する非水電解質を使用した請求項1に記載のリチウム二次電池。
Figure 0006253411
〔前記一般式(1)中、R、RおよびRは、それぞれ独立して、ハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基であり、nは0〜6の整数である。〕
The lithium secondary battery according to claim 1, wherein a nonaqueous electrolyte containing 0.5 to 30% by mass of a phosphonoacetate compound represented by the following general formula (1) is used.
Figure 0006253411
In [Formula (1), R 1, R 2 and R 3 are each independently a hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms which may be substituted with a halogen atom, n represents 0-6 Is an integer. ]
分子内にニトリル基を1つまたは2つ有する化合物の含有量が、0.1〜5.0質量%の非水電解質を使用した請求項1または2に記載のリチウム二次電池。 The lithium secondary battery according to claim 1 or 2, wherein a non-aqueous electrolyte having a content of a compound having one or two nitrile groups in the molecule is 0.1 to 5.0% by mass. 分子内にニトリル基を1つまたは2つ有する化合物は、分子内にニトリル基を2有している請求項1〜3のいずれかに記載のリチウム二次電池。 One or more compounds having two nitrile groups in the molecule, a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3 having two nitrile groups in the molecule. 分子内にニトリル基を1つまたは2つ有する化合物が、アジポニトリルである請求項1〜4のいずれかに記載のリチウム二次電池。 The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the compound having one or two nitrile groups in the molecule is adiponitrile. 負極の負極合剤層は、SiとOとを構成元素に含む材料と炭素材料との複合体を含有している請求項1〜5のいずれかに記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode mixture layer of the negative electrode contains a composite of a material containing Si and O as constituent elements and a carbon material. 負極の負極合剤層は、負極活物質として黒鉛質炭素材料を更に含有している請求項1〜6のいずれかに記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode mixture layer of the negative electrode further contains a graphitic carbon material as a negative electrode active material. ハロゲン置換された環状カーボネートを更に含有する非水電解質を使用した請求項1〜7のいずれかに記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 7, wherein a non-aqueous electrolyte further containing a halogen-substituted cyclic carbonate is used. ビニレンカーボネートを更に含有する非水電解質を使用した請求項1〜8のいずれかに記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 8, wherein a non-aqueous electrolyte further containing vinylene carbonate is used. 充電の上限電圧を4.3V以上に設定したものである請求項1〜9のいずれかに記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 9, wherein an upper limit voltage of charging is set to 4.3 V or more.
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