JPH10189052A - Nonaqueous electrolytic secondary battery - Google Patents

Nonaqueous electrolytic secondary battery

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JPH10189052A
JPH10189052A JP8343403A JP34340396A JPH10189052A JP H10189052 A JPH10189052 A JP H10189052A JP 8343403 A JP8343403 A JP 8343403A JP 34340396 A JP34340396 A JP 34340396A JP H10189052 A JPH10189052 A JP H10189052A
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JP
Japan
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lithium
secondary battery
negative electrode
composite oxide
group
Prior art date
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Application number
JP8343403A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Abe
浩史 阿部
Koji Murai
剛次 村井
Takashi Osaki
孝 大崎
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Nikkiso Co Ltd
Original Assignee
Nikkiso Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nikkiso Co Ltd filed Critical Nikkiso Co Ltd
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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolytic secondary battery having the high level of safety, a load characteristic and a cycle characteristic by forming the battery out of a pressure molded negative electrode having the specific density of graphitized vapor phase growth carbon fiber, a positive electrode of a composite oxide containing lithium, and an electrolyte formed out of lithium salt dissolved in a cyclic and chain carbonate mixed solvent. SOLUTION: A nonaqueous electrolytic secondary battery is made of a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte formed out of lithium salt dissolved in a cyclic and chain carbonate mixed solvent. Furthermore, the negative electrode has a compact obtainable from the pressure molding of graphitized vapor phase growth carbon fiber having specific surface area equal to or less than 5m<2> /g and a mean aspect ratio between 2 and 30 to bulk density between 1.2 and 2.0g/cm<3> . The positive electrode has a composite oxide containing lithium, preferably a composite oxide containing 3B, 6A, 7A and 8A groups of metal, and lithium, particularly a lithium composite oxide expressed as LiNi1- XMXO2 , where M stands for Al, Mn, Cr, Co and Fe, and X is a value between 0 and 1, or LiMn2 O4 .

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、非水電解液系二
次電池に関し、さらに詳しくは、安全性と負荷特性の改
善された非水電解液系二次電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly, to a non-aqueous electrolyte secondary battery having improved safety and load characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】気相成長炭素繊維は、超微粒子状の鉄や
ニッケルなどの金属を触媒として炭素化合物を800〜
1,300℃に加熱することによりこれを熱分解して製
造することができる。この気相成長炭素繊維は熱処理す
ることにより容易に黒鉛構造に転化する特長を有してい
る。例えば2,800℃以上で加熱処理した黒鉛化気相
成長炭素繊維は、結晶欠陥が少なく、炭素六角格子の網
面が繊維軸の周りにチューブ状に発達しており、前記炭
素六角格子の網面の外側には、年輪のように、同様の網
面層が同心円状に発達している。それ故にこの黒鉛化気
相成長炭素繊維は、高強度かつ高弾性であり、しかも高
い熱伝導性や電気導電性を有している。
2. Description of the Related Art A vapor-grown carbon fiber is prepared by using a metal such as iron or nickel in the form of ultra-fine particles as a catalyst to form a carbon compound in an amount of 800 to 800 nm.
By heating to 1,300 ° C., it can be produced by thermal decomposition. This vapor grown carbon fiber has a feature that it can be easily converted to a graphite structure by heat treatment. For example, the graphitized vapor-grown carbon fiber heat-treated at 2,800 ° C. or more has few crystal defects, and has a carbon hexagonal lattice network developed in a tube shape around the fiber axis. On the outside of the surface, a similar reticular layer develops concentrically like an annual ring. Therefore, the graphitized vapor-grown carbon fiber has high strength and high elasticity, and has high thermal conductivity and high electrical conductivity.

【0003】この黒鉛化気相成長炭素繊維の特性を利用
した応用例として、黒鉛化気相成長炭素繊維を電極活物
質として用いた非水電解液系二次電池が挙げられる。
As an application example utilizing the characteristics of the graphitized vapor grown carbon fiber, there is a nonaqueous electrolyte secondary battery using the graphitized vapor grown carbon fiber as an electrode active material.

【0004】通常、この非水電解液系二次電池は、負
極、セパレータ、正極および電解液を有してなる。
Generally, this non-aqueous electrolyte secondary battery has a negative electrode, a separator, a positive electrode, and an electrolyte.

【0005】負極に用いられる物質としては、炭素質材
料たとえば、天然黒鉛、人造黒鉛、ハードカーボンとも
呼ばれる難黒鉛性炭素、メソカーボンマイクロビーズ、
ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維などを挙げること
ができる。
[0005] Materials used for the negative electrode include carbonaceous materials such as natural graphite, artificial graphite, hard-to-graphite carbon also called hard carbon, mesocarbon microbeads, and the like.
Pitch-based carbon fibers, vapor-grown carbon fibers, and the like can be given.

【0006】正極に用いられる物質としては、リチウム
含有複合酸化物たとえば、コバルト酸リチウム(LiC
oO2 )、マンガン酸リチウム(LiMn24 、Li
MnO2 )、ニッケル酸リチウム(LiNiO2 )など
を挙げることができる。
[0006] Materials used for the positive electrode include lithium-containing composite oxides such as lithium cobalt oxide (LiC).
oO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 , Li
MnO 2 ) and lithium nickelate (LiNiO 2 ).

【0007】電解液に用いられる物質としては、リチウ
ム塩と有機溶媒とを混合した非水電解液を挙げることが
できる。前記リチウム塩としてはLiClO4 、LiP
6、LiBF4 、LiAsF6 、LiCF3 SO3
どを挙げることができる。前記有機溶媒としてはエチレ
ンカーボネート(以下、ECと示す場合がある)、プロ
ピレンカーボネート(以下、PCと示す場合がある)、
ジメチルカーボネート(以下、DMCと示す場合があ
る)、ジエチルカーボネート(以下、DECと示す場合
がある)、メチルエチルカーボネート(以下、MECと
示す場合がある)などを挙げることができる。
[0007] Examples of the substance used for the electrolyte include a non-aqueous electrolyte obtained by mixing a lithium salt and an organic solvent. As the lithium salt, LiClO 4 , LiP
Examples include F 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , and LiCF 3 SO 3 . As the organic solvent, ethylene carbonate (hereinafter, sometimes referred to as EC), propylene carbonate (hereinafter, sometimes referred to as PC),
Examples thereof include dimethyl carbonate (hereinafter, sometimes referred to as DMC), diethyl carbonate (hereinafter, sometimes referred to as DEC), and methylethyl carbonate (hereinafter, sometimes referred to as MEC).

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】近年、電気自動車用電
池、家庭用電力貯蔵システム等の大型電池として、エネ
ルギー密度が高く、サイクル特性の優れた非水電解液系
二次電池が注目されている。
In recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries having high energy density and excellent cycle characteristics have attracted attention as large batteries such as batteries for electric vehicles and home power storage systems. .

【0009】ところで、一般にリチウムイオン二次電池
は、過充電をした場合、あるいは充電電流を高くした場
合等において、負極表面にリチウムが針状に析出して、
正極と負極との間に介装されているセパレータを突き破
ることがあるのでショートしやすくなる、その結果とし
て、リチウムイオン二次電池が爆発して発火することも
ある。また、過充電により電解液が分解してしまった場
合、リチウムイオン二次電池のサイクル寿命が低下す
る。逆に過放電をすると、電極活物質が被覆されている
集電体が溶解し、その結果として、リチウムイオン二次
電池のサイクル寿命が著しく低下する。このような諸問
題を回避するために、リチウムイオン二次電池には、過
充電または過放電を防止するための安全装置が付属され
ている。
In general, in a lithium ion secondary battery, when overcharging or when a charging current is increased, lithium is needle-likely deposited on the surface of the negative electrode,
Since the separator interposed between the positive electrode and the negative electrode may be pierced, a short circuit is likely to occur. As a result, the lithium ion secondary battery may explode and ignite. Also, when the electrolyte is decomposed due to overcharging, the cycle life of the lithium ion secondary battery decreases. Conversely, when overdischarge occurs, the current collector coated with the electrode active material dissolves, and as a result, the cycle life of the lithium ion secondary battery is significantly reduced. In order to avoid such problems, the lithium ion secondary battery is provided with a safety device for preventing overcharge or overdischarge.

【0010】また、従来からリチウムイオン二次電池の
低温特性やサイクル特性を高めることを目的として、粘
度の低い鎖状カーボネートを有してなる有機溶媒が前記
有機溶媒として採用されており、例えばエチレンカーボ
ネートと、プロピレンカーボネート等の環状カーボネー
トと、鎖状カーボネートとの混合溶媒が採用されていた
が、安全性の問題があった。前記安全性の問題とは、例
えば、上述したショートを起こした場合、あるいは釘刺
し試験のような短絡を起こした場合等において、大電流
が流れてリチウムイオン二次電池の温度が高くなり、前
記溶媒が分解してガスを発生して、電池が破裂し、さら
には発火するという問題である。前記問題の原因として
は、鎖状カーボネートの沸点が低いこと、鎖状カーボネ
ートの蒸気圧が高いこと、黒鉛を有する前記負極におけ
る黒鉛結晶の断層が露出している部分(断層活性反応
部)が前記溶媒の分解反応、特にプロピレンカーボネー
トのガス発生電気分解反応を促進すること、すなわち前
記断層活性反応部が前記溶媒の分解反応に対して触媒作
用を有すること、負極の設計容量が不足していると負極
側にリチウムが析出すること等の要因を挙げることがで
きる。
Conventionally, an organic solvent having a low-viscosity chain carbonate has been employed as the organic solvent for the purpose of enhancing low-temperature characteristics and cycle characteristics of a lithium ion secondary battery. Although a mixed solvent of a carbonate, a cyclic carbonate such as propylene carbonate, and a chain carbonate is employed, there is a problem of safety. The problem of safety is, for example, when the above-described short circuit occurs, or when a short circuit such as a nail penetration test occurs, a large current flows and the temperature of the lithium ion secondary battery increases, There is a problem that the solvent is decomposed to generate gas, and the battery is ruptured and further ignites. The cause of the problem is that the boiling point of the chain carbonate is low, the vapor pressure of the chain carbonate is high, and the part where the fault of the graphite crystal in the negative electrode having graphite is exposed (the fault active reaction part) To promote the decomposition reaction of the solvent, especially the gas generation electrolysis reaction of propylene carbonate, that is, that the fault active reaction section has a catalytic action on the decomposition reaction of the solvent, and that the design capacity of the negative electrode is insufficient. Factors such as deposition of lithium on the negative electrode side can be cited.

【0011】さらに、従来のリチウムイオン二次電池
は、サイクル特性だけでなく、電極の導電性も十分満足
するものとは言えず、サイクル特性に優れ、かつ、より
高い負荷に対する安定性が良好な二次電池すなわち高い
電流値での充放電においても高い容量を示す二次電池が
望まれている。
Furthermore, the conventional lithium ion secondary battery does not fully satisfy not only the cycle characteristics but also the conductivity of the electrode, and has excellent cycle characteristics and good stability against a higher load. There is a demand for a secondary battery, that is, a secondary battery that exhibits high capacity even when charged and discharged at a high current value.

【0012】前記電極、特に負極の導電性を改善するた
めには、従来、電極にアセチレンブラック等の導電補助
材料を少量添加していたが、導電補助材料の添加は電極
中の活物質比率を下げるので、容量低下を起こしてしま
う。しかも、本願発明者の見い出したところによると、
電極に導電補助材料を添加すること自体が、電池の不安
全性を高めていた。その理由としては、導電補助材料の
比表面積が気相成長炭素繊維の比表面積に比べて非常に
大きいということを挙げることができる。それ故に導電
補助材料の添加が極少量であっても、電極における活物
質の平均比表面積を増大させてしまうのである。
In order to improve the conductivity of the electrode, particularly the negative electrode, a small amount of a conductive auxiliary material such as acetylene black has conventionally been added to the electrode. However, the addition of the conductive auxiliary material reduces the active material ratio in the electrode. Because of this, the capacity is reduced. Moreover, according to the findings of the present inventor,
The addition of a conductive auxiliary material to the electrode itself has increased the unsafety of the battery. The reason is that the specific surface area of the conductive auxiliary material is much larger than the specific surface area of the vapor grown carbon fiber. Therefore, even if the addition of the conductive auxiliary material is extremely small, the average specific surface area of the active material in the electrode is increased.

【0013】本発明の目的は、前記混合溶媒として、低
沸点のジメチルカーボネート(略号;DMC)、ジエチ
ルカーボネート(略号l;DEC)等の鎖状カーボネー
トを採用した場合に生じるであろう安全性の問題を解決
し、優れた安全性と負荷特性を有する非水電解液系二次
電池を提供することにある。
[0013] An object of the present invention is to provide a safety which would occur when a chain carbonate such as dimethyl carbonate (abbreviation; DMC) or diethyl carbonate (abbreviation 1; DEC) having a low boiling point is used as the mixed solvent. It is an object of the present invention to solve the problem and to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent safety and load characteristics.

【0014】本発明の他の目的は、寿命の長い非水電解
液系二次電池を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having a long life.

【0015】本発明の目的は、溶媒の分解反応を抑制す
ることによって、安全性の高い非水電解液系二次電池を
提供することにある。
An object of the present invention is to provide a highly safe non-aqueous electrolyte secondary battery by suppressing the decomposition reaction of a solvent.

【0016】本発明の目的は、電池が破裂して発火する
という危険がない、安全性の高い非水電解液系二次電池
を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a highly safe non-aqueous electrolyte secondary battery which does not have a risk of rupture and ignition of the battery.

【0017】本発明の目的は、電極自体の導電性が高
く、サイクル特性に優れ、かつ、より高い負荷に対する
安定性が良好な非水電解液系二次電池すなわち高い電流
値での充放電においても高い容量を示す非水電解液系二
次電池を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having high conductivity of electrodes, excellent cycle characteristics, and good stability against a higher load, that is, charging and discharging at a high current value. Another object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery exhibiting a high capacity.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決すること
を目的とする非水電解液系二次電池は、(1) 比表面
積が大きくとも5m2 /gであり、かつ平均アスペクト
比が2〜30である黒鉛化気相成長炭素繊維を加圧成形
して得られ、且つ充填密度が1.2〜2.0g/cm3
であるように加圧成形された加圧成形体を有する負極
と、リチウム含有複合酸化物を有してなる正極と、環状
カーボネートおよび鎖状カーボネートの混合溶媒にリチ
ウム塩を溶解してなる電解液とを有することを特徴とす
る非水電解液系二次電池、(2) 前記(1)に記載の
リチウム含有複合酸化物が、第3B族金属、第6A族金
属、第7A族金属、および第8族金属よりなる群から選
択される少なくとも1種の金属と、リチウムとを有する
複合酸化物である前記(1)に記載の非水電解液系二次
電池、(3) 前記(1)に記載のリチウム含有複合酸
化物が、下記一般式(I)で表されるリチウム複合酸化
物およびLiMn24 よりなる群から選択される少な
くとも1種である前記(1)に記載の非水電解液系二次
電池、 LiNi1-XX2 ・・・(I) (但し、前記式中、Mは、アルミニウム、マンガン、ク
ロム、コバルト、および鉄を示し、Xは0、1、および
0〜1の間の任意の数を示す。) (4) 比表面積が大きくとも5m2 /gであり、かつ
平均アスペクト比が2〜30である黒鉛化気相成長炭素
繊維により形成された負極と、リチウム含有複合酸化物
を有してなる正極と、環状カーボネートおよび鎖状カー
ボネートの混合溶媒にリチウム塩を溶解してなる電解液
とを備え、前記負極の設計容量が、前記正極の設計容量
よりも大きいことを特徴とする非水電解液系二次電池、
(5) 前記(4)に記載の正極の設計容量に対する前
記負極の設計容量が1を超え、かつ1.6以下である前
記(4)に記載の非水電解液系二次電池、(6) 前記
(4)に記載のリチウム含有複合酸化物が、第3B族金
属、第6A族金属、第7A族金属、および第8族金属よ
りなる群から選択される少なくとも1種の金属と、リチ
ウムとを有する複合酸化物である前記(4)に記載の非
水電解液系二次電池、および(7) 前記(4)に記載
のリチウム含有複合酸化物が、下記一般式(I)で表さ
れるリチウム複合酸化物およびLiMn24 よりなる
群から選択される少なくとも1種である前記(4)に記
載の非水電解液系二次電池である。
Means for Solving the Problems A non-aqueous electrolyte secondary battery intended to solve the above-mentioned problems is: (1) The specific surface area is at most 5 m 2 / g and the average aspect ratio is 2 Obtained by press-molding graphitized vapor-grown carbon fibers having a packing density of 1.2 to 2.0 g / cm 3.
A negative electrode having a press-formed body formed by pressing, a positive electrode having a lithium-containing composite oxide, and an electrolytic solution obtained by dissolving a lithium salt in a mixed solvent of a cyclic carbonate and a chain carbonate (2) The lithium-containing composite oxide according to (1), wherein the lithium-containing composite oxide includes a Group 3B metal, a Group 6A metal, a Group 7A metal, and The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the above (1), which is a composite oxide having at least one metal selected from the group consisting of Group 8 metals and lithium, (3) the (1) Wherein the lithium-containing composite oxide described in (1) is at least one selected from the group consisting of a lithium composite oxide represented by the following general formula (I) and LiMn 2 O 4. electrolyte secondary battery, LiNi 1-X M X O 2 ... (I) (wherein, M represents aluminum, manganese, chromium, cobalt, and iron, and X represents any number between 0, 1, and 0 to 1). (4) A negative electrode formed of graphitized vapor-grown carbon fiber having a specific surface area of at most 5 m 2 / g and an average aspect ratio of 2 to 30; and a lithium-containing composite oxide. A non-aqueous electrolyte comprising: a positive electrode; and an electrolytic solution obtained by dissolving a lithium salt in a mixed solvent of a cyclic carbonate and a chain carbonate, wherein the designed capacity of the negative electrode is larger than the designed capacity of the positive electrode. Secondary batteries,
(5) The nonaqueous electrolyte secondary battery according to (4), wherein the design capacity of the negative electrode with respect to the design capacity of the positive electrode according to (4) is more than 1 and 1.6 or less. The lithium-containing composite oxide according to (4), wherein at least one metal selected from the group consisting of a Group 3B metal, a Group 6A metal, a Group 7A metal, and a Group 8 metal; The non-aqueous electrolyte secondary battery according to (4), which is a composite oxide having: and (7) the lithium-containing composite oxide according to (4), represented by the following general formula (I): The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the above (4), which is at least one selected from the group consisting of a lithium composite oxide and LiMn 2 O 4 .

【0019】LiNi1-XX2 ・・・(I) (但し、前記式中、Mは、アルミニウム、マンガン、ク
ロム、コバルト、および鉄を示し、Xは0、1、および
0〜1の間の任意の数を示す。)
The LiNi 1-X M X O 2 ··· (I) ( where, in the formula, M is aluminum, showed manganese, chromium, cobalt, and iron, X is 0, 1, and 0 to 1 Indicates any number between.)

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(1)負極 本発明に係る非水電解液系二次電池における好ましい負
極は、黒鉛化気相成長炭素繊維を用いて形成された加圧
成形体を有する。
(1) Negative Electrode A preferable negative electrode in the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has a press-formed body formed using graphitized vapor-grown carbon fiber.

【0021】本発明に係る非水電解液系二次電池におけ
る負極は、黒鉛化気相成長炭素繊維を有してなる。好ま
しい負極は、集電体の表面に活物質を被覆してなる加圧
成形体から得られ、前記活物質は集電体の表面に積層さ
れて活物質層を形成する。前記活物質はバインダーによ
って互いに接合された黒鉛化気相成長炭素繊維を有して
なる。
The negative electrode in the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has graphitized vapor grown carbon fibers. A preferable negative electrode is obtained from a press-molded body in which the surface of a current collector is coated with an active material, and the active material is laminated on the surface of the current collector to form an active material layer. The active material comprises graphitized vapor grown carbon fibers joined together by a binder.

【0022】(1-1) 黒鉛化気相成長炭素繊維 この発明の非水電解液系二次電池の負極に用いる黒鉛化
気相成長炭素繊維は、その比表面積が大きくとも5m2
/gであり、好ましくは大きくとも3m2 /gであり、
更に好ましくは大きくとも2m2 /gである。前記黒鉛
化気相成長炭素繊維はその比表面積が5m2 /gを越え
ると、この発明の目的を達成することができなくなり、
充放電効率が実用に適さない程に低下し、サイクル寿命
も短くなる。換言すると、黒鉛化気相成長炭素繊維は、
その比表面積が上記値よりも小さいと、次の理由により
板状黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ等の球状黒鉛お
よびメソカーボン炭素繊維に比べて、有利である。すな
わち、黒鉛化気相成長炭素繊維は炭素六角格子のチュー
ブ状網面が繊維軸を中心として年輪状に積層されている
ので、アスペクト比が2〜30に切断された黒鉛化気相
成長炭素繊維では、黒鉛結晶断面の露出部分はその両端
切断面のみであり、それが溶媒の電気分解の触媒作用を
低下させる原因になる。これに対し、板状黒鉛では、そ
の全側面、他の黒鉛ではその表面のほとんどが露出面に
なるから、安全性に劣る。
(1-1) Graphitized vapor-grown carbon fiber The graphitized vapor-grown carbon fiber used for the negative electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a specific surface area of at most 5 m 2.
/ G, preferably at most 3 m 2 / g,
More preferably, it is at most 2 m 2 / g. When the specific surface area of the graphitized vapor-grown carbon fiber exceeds 5 m 2 / g, the object of the present invention cannot be achieved,
The charge / discharge efficiency is reduced to a level not suitable for practical use, and the cycle life is shortened. In other words, the graphitized vapor grown carbon fiber is
When the specific surface area is smaller than the above value, it is advantageous as compared with spherical graphite such as plate graphite, mesocarbon microbeads and mesocarbon carbon fiber for the following reasons. That is, since the graphitized vapor-grown carbon fiber has a tubular mesh surface of a carbon hexagonal lattice laminated in an annual ring shape around the fiber axis, the graphitized vapor-grown carbon fiber cut to an aspect ratio of 2 to 30 is used. In this case, the exposed portion of the graphite crystal cross section is only the cut surfaces at both ends thereof, which causes a reduction in the catalytic action of the electrolysis of the solvent. On the other hand, in the case of plate graphite, the entire surface is exposed, and in the case of other graphites, most of its surface is exposed, so that the safety is poor.

【0023】更に言うと、前記黒鉛化気相成長炭素繊維
の比表面積が大きくとも5m2 /gであると、前記負極
における黒鉛結晶の断層が露出している部分(断層活性
反応部)による前記溶媒の分解反応の促進、すなわち前
記断層活性反応部による前記溶媒の分解反応に対する触
媒作用を著しく抑制することができる。
More specifically, when the specific surface area of the graphitized vapor-grown carbon fiber is at most 5 m 2 / g, the portion of the negative electrode where the fault of the graphite crystal is exposed (fault-active reaction portion). Acceleration of the decomposition reaction of the solvent, that is, the catalytic action on the decomposition reaction of the solvent by the tomographically active reaction section can be significantly suppressed.

【0024】前記比表面積が5m2 /gを越えると、電
池の両極が短絡された場合(外部短絡時)には、電池か
ら多量の白煙が噴出し、電池の正極キャップが破裂して
しまうほどの発煙を伴うこともある。
If the specific surface area exceeds 5 m 2 / g, when both electrodes of the battery are short-circuited (at the time of external short-circuit), a large amount of white smoke gushes from the battery and the positive electrode cap of the battery is ruptured. May be accompanied by moderate smoke.

【0025】逆に、前記比表面積が大きくとも5m2
gであると、前記発煙の量を著しく抑制することがで
き、前記破裂を防止することができる。このように特定
の比表面積を有する黒鉛化気相成長炭素繊維で形成され
た電極を用いると、非水電解液系二次電池は、電池の安
全性を著しく向上させることができる。
Conversely, the specific surface area is at most 5 m 2 /
When the value is g, the amount of the smoke can be significantly suppressed, and the burst can be prevented. When the electrode formed of the graphitized vapor-grown carbon fiber having a specific specific surface area is used as described above, the safety of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be significantly improved.

【0026】比表面積の下限は、繊維の形により決定さ
れる。繊維が理想的な円筒状であるとして、その平均の
直径・長さ・密度から理論値が計算できる。直径・長さ
のいずれか一方はアスペクト比に変更されても計算可能
である。繊維に凹凸や孔が存在したり、繊維が粉砕され
た破片や微粉末が混じっているとこの理論比表面積より
大きい値となる。この比表面積をこの理論比表面積より
小さくすることは理論的には不可能であることは、容易
に理解され得ることである。
The lower limit of the specific surface area is determined by the shape of the fiber. Assuming that the fiber has an ideal cylindrical shape, a theoretical value can be calculated from its average diameter, length, and density. Any one of the diameter and the length can be calculated even if the aspect ratio is changed. If the fibers have irregularities or holes, or if the fibers are mixed with crushed fragments or fine powder, the value will be larger than the theoretical specific surface area. It can be easily understood that it is theoretically impossible to make the specific surface area smaller than the theoretical specific surface area.

【0027】さらに黒鉛化気相成長炭素繊維を使用する
と、特定の充填密度において負極の電導度あるいは導電
性が高くなり、比表面積の著しく高い高導電性カーボン
ブラック例えばアセチレンブラック等の導電補助材料を
負極に添加する必要がなくなるので電池の安全性を著し
く向上させることができる。
Further, when the graphitized vapor-grown carbon fiber is used, the conductivity or conductivity of the negative electrode is increased at a specific packing density, and a conductive auxiliary material such as acetylene black having a very high specific surface area is used. Since it is not necessary to add it to the negative electrode, the safety of the battery can be significantly improved.

【0028】なお、前記比表面積は、BET法により測
定することができる。
The specific surface area can be measured by the BET method.

【0029】この発明の黒鉛化気相成長炭素繊維は、そ
の平均アスペクト比が2〜30であり、好ましくは3〜
20、さらに好ましくは5〜15である。前記黒鉛化気
相成長炭素繊維の平均アスペクト比が2〜30であると
この発明の目的を良く達成することができ、換言する
と、平均アスペクト比が30を越えるとシート状の電極
に成形することができないという不都合を生じ、負極の
充填密度が低くなってしまい、負荷特性および安全性に
問題が生じる。また平均アスペクト比が2未満であると
比表面積が5m2 /gより大きくなるという不都合を生
じる。
The graphitized vapor grown carbon fiber of the present invention has an average aspect ratio of 2 to 30, preferably 3 to 3.
20, more preferably 5 to 15. When the average aspect ratio of the graphitized vapor-grown carbon fiber is 2 to 30, the object of the present invention can be achieved well. In other words, when the average aspect ratio exceeds 30, it is possible to form a sheet-like electrode. And the packing density of the negative electrode is lowered, which causes problems in load characteristics and safety. Further, when the average aspect ratio is less than 2, there arises a disadvantage that the specific surface area becomes larger than 5 m 2 / g.

【0030】前記平均アスペクト比が2〜30である
と、前記黒鉛化気相成長炭素繊維同士の接触が良好に行
なわれ、電極自体の導電性が高くなる。前記導電性が高
くなると、負荷が大きいことにより大電流が流れても、
電極の集電体と電極表面との電位差が大きくならず、す
なわち電極の芯部から電極の表面まで均一に充放電可能
になり、充放電容量が増加する。よって高い電流値での
充放電においても高い容量を示す非水電解液系二次電池
を提供することができる。
When the average aspect ratio is from 2 to 30, the graphitized vapor-grown carbon fibers are in good contact with each other, and the conductivity of the electrode itself is increased. When the conductivity increases, even if a large current flows due to a large load,
The potential difference between the current collector of the electrode and the electrode surface does not increase, that is, charging and discharging can be performed uniformly from the core of the electrode to the surface of the electrode, and the charge and discharge capacity increases. Therefore, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that exhibits high capacity even when charged and discharged at a high current value.

【0031】前記平均アスペクト比が2未満であると、
接触抵抗が大きくなって導電性は下がる。また前記平均
アスペクト比が30を越えると電極内の充填密度が低下
して導電性は下がる。前記平均アスペクト比が2未満あ
るいは30を越える場合には導電性が下がるので、電池
性能が低下してしまう。従来、導電性を高くするには前
記導電補助材料を添加しなければならなかったが、前記
平均アスペクト比が2〜30であると電極自体の導電性
が高くなるので、前記導電補助材料を添加する必要がな
く、しかもより安全な非水電解液系二次電池を提供する
ことができる。
When the average aspect ratio is less than 2,
The contact resistance increases and the conductivity decreases. On the other hand, if the average aspect ratio exceeds 30, the packing density in the electrode decreases and the conductivity decreases. When the average aspect ratio is less than 2 or more than 30, the conductivity is reduced, and the battery performance is reduced. Conventionally, in order to increase the conductivity, the conductive auxiliary material had to be added. However, if the average aspect ratio is 2 to 30, the conductivity of the electrode itself increases, so the conductive auxiliary material is added. Thus, a safer non-aqueous electrolyte secondary battery can be provided.

【0032】黒鉛化気相成長炭素繊維は、通常、その平
均直径が1〜10μm、好ましくは2〜5μmである。
黒鉛化気相成長炭素繊維の平均直径が、1〜10μmで
あると、負極を形成するために黒鉛化気相成長炭素繊維
をバインダーとともに有機溶媒に分散する際、その分散
が容易に実現され、繊維同士の接触も容易になる。前記
繊維同士の接触が容易になることによって、特定の充填
密度で形成された前記負極の導電性ないし電導度は高く
なり、カーボンブラック例えばアセチレンブラック等の
導電補助材料を添加する必要がないばかりか、他の黒鉛
材料に導電補助材を添加したものより導電性が高くな
り、しかも導電補助剤添加による比表面積の増加もな
く、それらの両方の効果により、より安全な非水電解液
系二次電池を提供することができる。
The average diameter of the graphitized vapor-grown carbon fiber is usually 1 to 10 μm, preferably 2 to 5 μm.
When the average diameter of the graphitized vapor-grown carbon fiber is 1 to 10 μm, when the graphitized vapor-grown carbon fiber is dispersed in an organic solvent together with a binder to form a negative electrode, the dispersion is easily realized, The contact between the fibers is also facilitated. By facilitating the contact between the fibers, the conductivity or conductivity of the negative electrode formed at a specific packing density increases, and it is not only necessary to add a conductive auxiliary material such as carbon black, for example, acetylene black. The conductivity is higher than those obtained by adding a conductive auxiliary to other graphite materials, and the specific surface area is not increased by the addition of the conductive auxiliary. A battery can be provided.

【0033】なお、前記黒鉛化気相成長炭素繊維の平均
アスペクト比は、前記黒鉛化気相成長炭素繊維を電子顕
微鏡写真に撮り、電子顕微鏡写真を観察し、電子顕微鏡
写真に写された前記黒鉛化気相成長炭素繊維から1,0
00のサンプルを無作為に選択し、選択した前記黒鉛化
気相成長炭素繊維をチューブ状の形態と仮定して、選択
した前記黒鉛化気相成長炭素繊維の長さおよび直径を測
定し、その長さと直径とから各黒鉛化気相成長炭素繊維
のアスペクト比とし、1,000のサンプルについての
アスペクト比を平均することにより、求められ、前記黒
鉛化気相成長炭素繊維の平均直径は、選択した前記黒鉛
化気相成長炭素繊維の直径を測定し、1,000のサン
プルについての直径を平均することにより、求められ
る。
The average aspect ratio of the graphitized vapor-grown carbon fiber is determined by taking an image of the graphitized vapor-grown carbon fiber with an electron microscope, observing the electron micrograph, and comparing the graphite in the electron micrograph. 1,0 from chemical vaporized carbon fiber
00 samples were randomly selected, and the length and diameter of the selected graphitized vapor grown carbon fibers were measured, assuming that the selected graphitized vapor grown carbon fibers were in the form of a tube. The aspect ratio of each graphitized vapor-grown carbon fiber is determined from the length and the diameter, and the average diameter of the graphitized vapor-grown carbon fibers is determined by averaging the aspect ratios of 1,000 samples. It is determined by measuring the diameter of the graphitized vapor grown carbon fiber and averaging the diameters of 1,000 samples.

【0034】この発明の黒鉛化気相成長炭素繊維は、高
度に発達した黒鉛構造を有し、多数の六員環パターンの
黒鉛網面の発達度合いの点から、黒鉛網面間距離(d
oo2 )すなわち隣接する網面間の距離は通常大きくとも
0.338nm、好ましくは、大きくとも0.337n
m、更に好ましくは、0.3355〜0.3365nm
である。
The graphitized vapor-grown carbon fiber of the present invention has a highly developed graphite structure, and the distance between the graphite screens (d) is determined in view of the degree of development of the graphite screens in a number of six-membered ring patterns.
oo2 ), i.e. the distance between adjacent mesh planes is usually at most 0.338 nm, preferably at most 0.337 n
m, more preferably 0.3355 to 0.3365 nm
It is.

【0035】また、この発明の黒鉛化気相成長炭素繊維
は、その黒鉛網面が積層した厚さすなわち黒鉛結晶子の
厚さ(Lc )が通常小さくとも40nm、好ましくは小
さくとも60nm、更に好ましくは小さくとも80nm
である。
The graphitized vapor-grown carbon fiber of the present invention has a thickness in which the graphite net surfaces are laminated, that is, a graphite crystallite thickness (L c ) of usually at least 40 nm, preferably at least 60 nm, and more preferably at least 60 nm. Preferably at least 80 nm
It is.

【0036】X線回折によるLc の測定は、その値が1
00nm以上のものは、測定値に信頼性がないと言われ
ており、また他に常用できる測定方法もないので、上限
値を定めることはできない。しかし、その値が対象の炭
素1個の大きさを越えることがなく、年輪構造の気相成
長炭素繊維の場合は繊維の半径を越えることがあり得な
いことは容易に理解される。
In the measurement of L c by X-ray diffraction, the value was 1
It is said that the measurement value of 00 nm or more is not reliable, and there is no other commonly used measurement method, so that the upper limit cannot be determined. However, it is easily understood that the value does not exceed the size of one carbon of interest, and in the case of a vapor growth carbon fiber having an annual ring structure, it cannot exceed the radius of the fiber.

【0037】前記黒鉛化気相成長炭素繊維の中でも、黒
鉛網面間距離が0.338nmを越え、あるいは黒鉛結
晶子の厚さが40nm未満であると、リチウムイオン二
次電池の場合、リチウムカチオンのインターカーレーシ
ョンが十分に行われず、リチウムイオン二次電池用負極
として使用することが不適当になることがある。
Among the graphitized vapor-grown carbon fibers, if the distance between graphite mesh planes exceeds 0.338 nm or the thickness of graphite crystallites is less than 40 nm, in the case of a lithium ion secondary battery, lithium cation Intercalation is not sufficiently performed, and it may become inappropriate to use it as a negative electrode for a lithium ion secondary battery.

【0038】尚、黒鉛網面間距離および黒鉛結晶子の厚
さは、「炭素技術I」(科学技術社出版、1970年発
行)の第55頁に記載の、日本学術振興会により定めら
れた学振法により測定可能である。
The distance between graphite mesh planes and the thickness of graphite crystallites were determined by the Japan Society for the Promotion of Science, described on page 55 of "Carbon Technology I" (published by Science and Technology Company, published in 1970). It can be measured by Gakushin method.

【0039】この発明の黒鉛化気相成長炭素繊維は、電
子スピン共鳴吸収法により測定したその好ましいスピン
密度が大きくとも8×1018spins/g 、さらに好ましく
は大きくとも7×1018spins/g である。
The graphitized vapor-grown carbon fiber of the present invention has a preferable spin density of at most 8 × 10 18 spins / g, more preferably at most 7 × 10 18 spins / g, as measured by the electron spin resonance absorption method. It is.

【0040】このスピン密度は、電子スピン共鳴吸収法
により測定することができる。
This spin density can be measured by an electron spin resonance absorption method.

【0041】この発明の黒鉛化気相成長炭素繊維は、次
のようにして好適に製造することができる。
The graphitized vapor-grown carbon fiber of the present invention can be suitably produced as follows.

【0042】すなわち、この発明の黒鉛化気相成長炭素
繊維は、所定の形態を有する黒鉛化気相成長炭素繊維
を、ハイブリダイザー等の装置を利用して高衝撃力をも
って繊維を破断すること、あるいは静水圧等方加圧装置
を利用して加圧圧縮すること等により製造されることが
できる。
That is, the graphitized vapor-grown carbon fiber of the present invention is obtained by breaking a graphitized vapor-grown carbon fiber having a predetermined form with a high impact force using a device such as a hybridizer. Alternatively, it can be manufactured by pressurizing and compressing using an isostatic pressing device.

【0043】ここで前記所定の形態を有する黒鉛化気相
成長炭素繊維は、気相成長炭素繊維を黒鉛化処理するこ
とにより得ることができる。
Here, the graphitized vapor grown carbon fiber having the predetermined form can be obtained by graphitizing the vapor grown carbon fiber.

【0044】前記気相成長炭素繊維は、気相成長法によ
り製造することができる。
The vapor grown carbon fiber can be produced by a vapor growth method.

【0045】具体的には、特開昭52−107320
号、特開昭57−117622号、特開昭58−156
512号、特開昭58−180615号、特開昭60−
185818号、特開昭60−224815号、特開昭
60−231821号、特開昭61−132630号、
特開昭61−132600号、特開昭61−13266
3号、特開昭61−225319号、特開昭61−22
5322号、特開昭61−225325号、特開昭61
−225327号、特開昭61−225328号、特開
昭61−275425号、特開昭61−282427
号、特開平5−222619号の各公報に記載の方法に
より、気相成長炭素繊維を製造することができる。
Specifically, Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-107320
JP-A-57-117622, JP-A-58-156
No. 512, JP-A-58-180615 and JP-A-60-180
185818, JP-A-60-224815, JP-A-60-231821, JP-A-61-132630,
JP-A-61-13600, JP-A-61-13266
No. 3, JP-A-61-225319, JP-A-61-22
No. 5322, JP-A-61-225325, JP-A-61-225325
-225327, JP-A-61-225328, JP-A-61-275425, JP-A-61-282427
, A vapor-grown carbon fiber can be produced by the methods described in JP-A-5-222609.

【0046】前記黒鉛化処理は、前記気相成長炭素繊維
を2,000℃以上、好ましくは2,000℃〜3,0
00℃の範囲に加熱処理することにより、行なわれる。
In the graphitizing treatment, the vapor-grown carbon fiber is heated to 2,000 ° C. or more, preferably from 2,000 ° C. to 3.0 ° C.
The heat treatment is performed in the range of 00 ° C.

【0047】ただし、その直径が70nm以下の前記気
相成長炭素繊維は、上記条件で生成した段階で、充分黒
鉛状になっている場合があり、その場合には前記黒鉛化
処理である加熱処理をすることなく、前記気相成長炭素
繊維を黒鉛化気相成長炭素繊維として負極に採用するこ
とができる。
However, the vapor grown carbon fiber having a diameter of 70 nm or less may be sufficiently graphitized at the stage when it is formed under the above conditions. The above-mentioned vapor-grown carbon fiber can be used as a graphitized vapor-grown carbon fiber for the negative electrode without performing the above steps.

【0048】加熱処理の雰囲気としては不活性ガス雰囲
気が通常採用される。加熱処理時間は通常5分以上であ
る。
As an atmosphere for the heat treatment, an inert gas atmosphere is usually employed. The heat treatment time is usually 5 minutes or more.

【0049】(1-2) バインダー 前記バインダーとしては、ポリフッ化ビニリデンおよび
ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素化樹脂、ポリ
エチレンおよびポリプロピレンなどのポリオレフィンま
たはこれらの共重合体などを挙げることができる。
(1-2) Binder Examples of the binder include fluorinated resins such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, and copolymers thereof.

【0050】(1-3) 集電体 前記集電体は、電池用電極の支持体としての機能、耐薬
品性、電気化学的安定性および導電性機能を有する素材
が好ましく、通常、銅、アルミニウム、鉄などの金属で
形成される。集電体として好ましい金属は銅およびアル
ミニウムである。通常、負極の集電体としてより好まし
い金属は銅であり、正極の集電体としてより好ましい金
属はアルミニウムである。集電体の形態は、二次電池の
形態に応じて適宜に決定されるが、通常薄いシートであ
る。
(1-3) Current Collector The current collector is preferably a material having a function as a support for a battery electrode, chemical resistance, electrochemical stability and conductivity. It is formed of a metal such as aluminum and iron. Preferred metals for the current collector are copper and aluminum. Usually, the more preferable metal for the current collector of the negative electrode is copper, and the more preferable metal for the current collector of the positive electrode is aluminum. The form of the current collector is appropriately determined according to the form of the secondary battery, but is usually a thin sheet.

【0051】(1-4) 負極の製造方法 本発明に係る非水電解液系二次電池における負極の製造
方法は、まず、負極活物質としての黒鉛化気相成長炭素
繊維を、前記バインダーとともに溶媒に分散する。そし
て、この分散液を集電体の表面に塗布する。そして、こ
れを乾燥した後、加圧処理する。このようにして、集電
体表面に負極活物質層を形成してなる成形体、すなわち
黒鉛化気相成長炭素繊維を加圧成形して得られた加圧成
形体を負極として用いる。
(1-4) Method for Producing Negative Electrode The method for producing a negative electrode in the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention comprises the steps of: first, graphitized vapor-grown carbon fiber as a negative electrode active material, Disperse in solvent. Then, this dispersion is applied to the surface of the current collector. Then, after drying this, a pressure treatment is performed. In this manner, a compact obtained by forming the negative electrode active material layer on the surface of the current collector, that is, a press-formed body obtained by press-forming the graphitized vapor-grown carbon fiber is used as the negative electrode.

【0052】前記溶媒としては、極性有機溶媒、特に非
水性極性溶媒が好適であり、たとえばN−メチル−2−
ピロリドンが好適である。この溶媒によって、前記分散
液の粘度は20〜70dPa・s、好ましくは25〜6
0dPa・s、更に好ましくは35〜50dPa・sと
なるように調節される。
As the solvent, a polar organic solvent, particularly a non-aqueous polar solvent, is suitable.
Pyrrolidone is preferred. With this solvent, the viscosity of the dispersion is 20 to 70 dPa · s, preferably 25 to 6 dPa · s.
It is adjusted to be 0 dPa · s, more preferably 35 to 50 dPa · s.

【0053】前記集電体に前記分散液を塗布する場合、
活物質層の厚みおよび塗布面積等については、二次電池
の規模に応じて適宜に決定され、分散液の塗布方法とし
ては、刷毛塗り、ディッピング、コータ塗工、吹き付け
塗装等適宜の手段が採用される。
When the dispersion is applied to the current collector,
The thickness and the application area of the active material layer are appropriately determined according to the scale of the secondary battery, and the method for applying the dispersion liquid employs appropriate means such as brush coating, dipping, coater coating, spray coating, and the like. Is done.

【0054】前記集電体に前記分散液を塗布した後、塗
布面を乾燥する。この乾燥に際し、乾燥雰囲気を、酸素
濃度が高くとも100ppm、好ましくは高くとも80
ppm、更に好ましくは高くとも50ppmに調整され
た脱酸素雰囲気にするのが好ましい。上記脱酸素雰囲気
下では、高温度下における乾燥においても集電体の酸化
を抑制することができるという点で好ましい。上記脱酸
素雰囲気下での乾燥時間としては、通常5〜60分であ
り、好ましくは10〜40分である。また、乾燥温度と
しては、通常100〜180℃、好ましくは120〜1
60℃である。
After applying the dispersion to the current collector, the coated surface is dried. At the time of this drying, the drying atmosphere is set to 100 ppm at the highest oxygen concentration, preferably 80 ppm at the highest.
It is preferable that the deoxidized atmosphere is adjusted to be at most 50 ppm, more preferably at most 50 ppm. The above deoxidized atmosphere is preferable in that the oxidation of the current collector can be suppressed even in drying at a high temperature. The drying time under the above deoxidized atmosphere is usually 5 to 60 minutes, preferably 10 to 40 minutes. The drying temperature is usually 100 to 180 ° C, preferably 120 to 1 ° C.
60 ° C.

【0055】前記分散液を塗布、乾燥した集電体は、更
に加圧処理される。加圧処理装置としては、たとえばプ
レス機、ロールプレス機などの装置が利用される。加圧
処理装置としてロールプレス機を用いる場合は、集電体
の表面に形成された負極活物質層の厚さに対して40〜
60%減のクリアランスでもってプレスするのが良い。
The current collector coated with the dispersion and dried is further subjected to a pressure treatment. As the pressure processing device, for example, a device such as a press machine or a roll press machine is used. When a roll press machine is used as the pressure treatment device, the thickness of the negative electrode active material layer formed on the surface of the current collector is 40 to
It is better to press with a 60% reduction in clearance.

【0056】前記加圧成形体の充填密度は、1.2〜
2.0g/cm3 であり、好ましい充填密度は1.4〜
2.0g/cm3 であり、更に好ましくは1.5〜1.
8g/cm3 である。前記加圧成形体の充填密度が1.
2g/cm3 を下回ると、電極の導電性が低下し、本発
明の二次電池における負荷特性及び安全性の効果を十分
に奏することができない。一方、1.2〜2.0g/c
3 であると、この発明の目的を良く達成することがで
きる。
The packing density of the pressed body is 1.2 to
2.0 g / cm 3 , with a preferred packing density of 1.4 to
2.0 g / cm 3 , more preferably 1.5 to 1.
8 g / cm 3 . The packing density of the pressed body is 1.
When the amount is less than 2 g / cm 3 , the conductivity of the electrode is reduced, and the load characteristics and safety effects of the secondary battery of the present invention cannot be sufficiently exhibited. On the other hand, 1.2 to 2.0 g / c
With m 3 , the object of the present invention can be achieved well.

【0057】本発明における負極活物質層は、前記バイ
ンダーによって互いに接合された前記黒鉛化気相成長炭
素繊維を含有する。そして負極活物質層中の黒鉛化気相
成長炭素繊維の含有割合は、負極活物質層の全体重量を
100として、通常85〜97重量%、好ましくは87
〜95重量%である。
The negative electrode active material layer in the present invention contains the graphitized vapor grown carbon fibers bonded to each other by the binder. The content ratio of the graphitized vapor-grown carbon fibers in the negative electrode active material layer is generally 85 to 97% by weight, preferably 87%, with the total weight of the negative electrode active material layer being 100.
~ 95% by weight.

【0058】(2)正極 本発明に係る非水電解液系二次電池における正極は、リ
チウム含有複合酸化物を有してなる。好ましい正極は、
リチウム含有複合酸化物および導電性無機物質をバイン
ダーに分散してなる活物質層を、集電体の表面に被覆し
て形成される。
(2) Positive Electrode The positive electrode in the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has a lithium-containing composite oxide. Preferred positive electrodes are
An active material layer formed by dispersing a lithium-containing composite oxide and a conductive inorganic substance in a binder is formed by covering the surface of the current collector.

【0059】前記リチウム含有複合酸化物としては、第
3B族金属、第6A族金属、第7A族金属及び第8族金
属よりなる群から選択される少なくとも一種の金属と、
リチウムとを有するリチウム含有複合酸化物を挙げるこ
とができる。好適なリチウム含有複合酸化物としては、
下記一般式で表されるリチウム複合酸化物及びLiMn
24 よりなる群から選択される少なくとも一種を挙げ
ることができる。
The lithium-containing composite oxide includes at least one metal selected from the group consisting of a Group 3B metal, a Group 6A metal, a Group 7A metal and a Group 8 metal;
And a lithium-containing composite oxide having lithium. Suitable lithium-containing composite oxides include:
Lithium composite oxide and LiMn represented by the following general formula
At least one selected from the group consisting of 2 O 4 can be mentioned.

【0060】LiNi1-xx2 (ただし、前記式中、Mはアルミニウム、マンガン、ク
ロム、コバルト及び鉄を示し、Xは0、1及び0〜1の
間の任意の値を示す。) 更に好ましいリチウム含有複合酸化物としては、例え
ば、コバルト酸リチウム(LiCoO2 )、マンガン酸
リチウム(LiMn24 )、ニッケル酸リチウム(L
iNiO2 )などを挙げることができる。前記リチウム
含有複合酸化物はその一種を単独で使用することもでき
るし、またそれら二種以上を併用することもできる。
LiNi 1 -x M x O 2 (wherein, M represents aluminum, manganese, chromium, cobalt and iron, and X represents any value between 0, 1 and 0-1. Further preferred lithium-containing composite oxides include, for example, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), and lithium nickelate (L
iNiO 2 ). The lithium-containing composite oxides may be used alone or in a combination of two or more.

【0061】前記導電性無機物質としては、たとえばア
セチレンブラック、人造黒鉛、ケッチェンブラックイン
ターナショナル社製のケッチェンブラックと呼ばれるカ
ーボンブラック、気相成長炭素繊維等を挙げることがで
きる。
Examples of the conductive inorganic substance include acetylene black, artificial graphite, carbon black called Ketjen Black manufactured by Ketjen Black International, and vapor grown carbon fiber.

【0062】前記バインダーおよび前記集電体として
は、負極を形成する場合に使用されるものと同様のもの
を挙げることができる。なお、正極に使用されるものと
負極に使用されるものとは、互いにその種類が相違して
も同じであっても良い。
Examples of the binder and the current collector include the same ones as those used in forming the negative electrode. The type used for the positive electrode and the type used for the negative electrode may be different or the same.

【0063】本発明の非水電解液系二次電池の正極の製
造方法は、まず、正極活物質としてのリチウム含有複合
酸化物および導電性無機物質を、バインダーとともに溶
媒に分散する。そして、この分散液を集電体の表面に塗
布する。そして、これを乾燥した後、加圧処理する。正
極の形状については特に制限がない。
In the method for producing a positive electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, first, a lithium-containing composite oxide and a conductive inorganic substance as a positive electrode active material are dispersed in a solvent together with a binder. Then, this dispersion is applied to the surface of the current collector. Then, after drying this, a pressure treatment is performed. There is no particular limitation on the shape of the positive electrode.

【0064】前記溶媒としては、負極を形成する場合に
使用されるものと同様のものを挙げることができる。た
とえばN−メチル−2−ピロリドンが好ましい。このよ
うな溶媒に前記リチウム含有複合酸化物を分散するにあ
たり、前記リチウム含有複合酸化物の溶媒に対する割合
は、通常、50〜70重量%であり好ましくは55〜6
5%である。なお、正極に使用されるものと負極に使用
されるものとは、互いにその種類が相違しても同じであ
っても良い。
Examples of the solvent include the same solvents as those used in forming the negative electrode. For example, N-methyl-2-pyrrolidone is preferred. In dispersing the lithium-containing composite oxide in such a solvent, the ratio of the lithium-containing composite oxide to the solvent is usually 50 to 70% by weight, preferably 55 to 6% by weight.
5%. The type used for the positive electrode and the type used for the negative electrode may be different or the same.

【0065】前記集電体に前記分散液を塗布する場合
の、活物質層の厚みおよび塗布面積、分散液の塗布方
法、塗布後の乾燥方法、加圧処理方法等も、負極を形成
する場合と同様である。
When the dispersion is applied to the current collector, the thickness and area of the active material layer, the method of applying the dispersion, the method of drying after application, the method of applying pressure, and the like are also applicable to the case where the negative electrode is formed. Is the same as

【0066】本発明における正極の活物質層は、前記リ
チウム含有複合酸化物および前記導電性無機物質と、前
記バインダーとを含有する。そして、正極の活物質層の
全体重量を100として、前記リチウム含有複合酸化物
の含有割合は、通常80〜95重量%、好ましくは85
〜92重量%であり、導電性無機物質の含有割合は、通
常15〜3重量%、好ましくは8〜4重量%である。
The active material layer of the positive electrode according to the present invention contains the lithium-containing composite oxide, the conductive inorganic substance, and the binder. When the total weight of the active material layer of the positive electrode is 100, the content ratio of the lithium-containing composite oxide is usually 80 to 95% by weight, preferably 85% by weight.
To 92% by weight, and the content ratio of the conductive inorganic substance is usually 15 to 3% by weight, preferably 8 to 4% by weight.

【0067】前記分散液を塗布する集電体は、通常の場
合金属シートが採用され、好ましくはアルミニウムシー
トが採用される。
The current collector to which the dispersion is applied is usually a metal sheet, and preferably an aluminum sheet.

【0068】前記乾燥方法については特に制限がなく、
状況に応じて適宜の方法を採用することができる。
The drying method is not particularly limited.
An appropriate method can be adopted depending on the situation.

【0069】本発明の正極の加圧処理における充填密度
は、2.2〜3.5g/cm3 、好ましくは2.5〜
3.3g/cm3 となるように、加圧成形処理されるの
が望ましい。
The packing density of the positive electrode of the present invention in the pressure treatment is 2.2 to 3.5 g / cm 3 , preferably 2.5 to 3.5 g / cm 3 .
It is desirable to perform a pressure molding treatment so as to obtain 3.3 g / cm 3 .

【0070】(3)二次電池の製造方法 本発明に係る非水電解液系二次電池は、負極、正極およ
び非水電解液を用いて製造することができる。
(3) Manufacturing Method of Secondary Battery The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention can be manufactured using a negative electrode, a positive electrode and a non-aqueous electrolyte.

【0071】前記非水電解液は、リチウム塩を含有す
る。リチウム塩の濃度は、通常0.8〜2.0モル/リ
ットルであり、好ましくは1〜1.8モル/リットルで
あり、更に好ましくは1〜1.6モル/リットルであ
る。リチウム塩の濃度が前記範囲内である場合には、こ
の発明の目的を良く達成することができ、高温度下ある
いは低温度下でのサイクル特性に優れるという利点が生
じる。
The non-aqueous electrolyte contains a lithium salt. The concentration of the lithium salt is usually 0.8 to 2.0 mol / l, preferably 1 to 1.8 mol / l, and more preferably 1 to 1.6 mol / l. When the concentration of the lithium salt is within the above range, the object of the present invention can be achieved well, and there is an advantage that the cycle characteristics at high or low temperature are excellent.

【0072】前記リチウム塩としては、LiClO4
LiPF6 、LiBF4 、LiAsF6 、LiCF3
3 などを挙げることができ、これらはその一種を単独
で使用することもできるし、これらの二種以上を併用す
ることもできる。これらの中でも好ましいのは、LiP
6 である。
As the lithium salt, LiClO 4 ,
LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 S
O 3 and the like can be mentioned, and these can be used alone or in combination of two or more. Among these, LiP is preferable.
It is a F 6.

【0073】前記非水電解液の溶媒は、環状カーボネー
トと鎖状カーボネートとの混合溶媒である。
The solvent of the non-aqueous electrolyte is a mixed solvent of a cyclic carbonate and a chain carbonate.

【0074】前記環状カーボネートとしては、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
ボネートなどが挙げられ、1種単独または2種以上を混
合して用いることができる。また前記鎖状カーボネート
としては、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が挙げられ、1種単
独または2種以上を混合して用いることができる。2種
以上のカーボネートの組み合わせとして、例えば、エチ
レンカーボネートとジメチルカーボネート、エチレンカ
ーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネ
ートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネート、
エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとジメ
チルカーボネート、エチレンカーボネートとプロピレン
カーボネートとジエチルカーボネートなどを挙げること
ができる。
Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and the like, and one kind or a mixture of two or more kinds can be used. Examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and the like, and one kind or a mixture of two or more kinds can be used. As a combination of two or more carbonates, for example, ethylene carbonate and dimethyl carbonate, ethylene carbonate and diethyl carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate and diethyl carbonate,
Examples include ethylene carbonate, propylene carbonate, and dimethyl carbonate, and ethylene carbonate, propylene carbonate, and diethyl carbonate.

【0075】なお、これら混合溶媒には、この発明の目
的を阻害しない範囲で、他の添加物が添加されていても
良い。
It should be noted that other additives may be added to these mixed solvents as long as the object of the present invention is not impaired.

【0076】エチレンカーボネートとプロピレンカーボ
ネートとジエチルカーボネートとからなる3種混合溶媒
を採用する場合、これらの混合比率としては、エチレン
カーボネート:プロピレンカーボネート:ジエチルカー
ボネート=2〜5:0.5〜3.0:2.5〜7.5
(容積比)が好ましい。エチレンカーボネートとプロピ
レンカーボネートとジメチルカーボネートとからなる3
種混合溶媒を採用する場合、これらの混合比率として
は、エチレンカーボネート:プロピレンカーボネート:
ジメチルカーボネート=2〜5:1〜3:2〜7(容積
比)が好ましい。
In the case of employing a mixed solvent consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate and diethyl carbonate, the mixing ratio of ethylene carbonate: propylene carbonate: diethyl carbonate = 2 to 5: 0.5 to 3.0. : 2.5 to 7.5
(Volume ratio) is preferred. 3 consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate and dimethyl carbonate
When a seed mixed solvent is employed, the mixing ratio thereof may be ethylene carbonate: propylene carbonate:
Dimethyl carbonate = 2-5: 1-3: 2-7 (volume ratio) is preferred.

【0077】前記非水電解液の溶媒の成分が3種類以上
の場合、この発明の目的を良く達成することができ、低
温度下でもイオン導電性が高いという利点が生じる。
When the solvent component of the non-aqueous electrolyte is three or more, the object of the present invention can be achieved well, and there is an advantage that ionic conductivity is high even at a low temperature.

【0078】本発明に係る非水電解液系二次電池におい
ては、負極の設計容量が正極の設計容量よりも大きくな
るように調整されてなる。前記設計容量は、例えば、所
定の充電電圧範囲における活物質の単位重量あたりの初
回充電容量と集電体に塗工された活物質量とから求めら
れる。前記充電容量は、例えば対極と参照極とを共に金
属リチウムとした三極式セルを使用し、一定の電流を流
すことによって変化する電圧を時間と共に連続的に記録
することによって求めることができる。前記充電容量は
所定電圧に達するまでの充電量である。前記三極式セル
において、作用極に気相成長炭素繊維負極を使用した時
のスタート時の電圧は3Vであり、充電(作用極から対
極に電流を流す)が進行すると共に0Vに向かって低下
していく。作用極に正極を使用した時、スタート時の電
圧は金属リチウムと正極材料との電位差であり、充電
(電流を対極から作用極に流す)と共に電圧は上昇して
いく。前記所定電圧は、気相成長炭素繊維負極では0V
であり、正極では、電解液の分解が起こらずまた正極活
物質の非可逆的な構造破壊が起こらない範囲で設定され
る。例えばLiMn24 では4.2〜4.3V、好ま
しくは4.2Vであり、LiCoO2 やLiNiO2
は4.1〜4.2V、好ましくは4.1Vである。ま
た、負極の設計容量は、負極活物質の黒鉛化が完全な場
合は、負極中の炭素の単位重量当たりの容量で示される
理論容量すなわち372mA/gとすることができる
が、負極活物質の黒鉛化が完全でない場合は、10mA
/g以下の低電流で、かつ所定のカットオフ電圧で容量
を測定して負極の設計容量を定める。
In the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, the design capacity of the negative electrode is adjusted to be larger than the design capacity of the positive electrode. The design capacity is determined, for example, from the initial charge capacity per unit weight of the active material in a predetermined charging voltage range and the amount of the active material applied to the current collector. The charge capacity can be determined, for example, by using a three-electrode cell in which both the counter electrode and the reference electrode are made of metallic lithium, and continuously recording a voltage that changes by flowing a constant current with time. The charge capacity is a charge amount until a predetermined voltage is reached. In the three-electrode cell, the voltage at the start when the vapor-grown carbon fiber negative electrode is used as the working electrode is 3 V, and the charging (current flows from the working electrode to the counter electrode) proceeds and decreases toward 0 V. I will do it. When the positive electrode is used as the working electrode, the voltage at the start is the potential difference between the metallic lithium and the positive electrode material, and the voltage increases with charging (current flows from the counter electrode to the working electrode). The predetermined voltage is 0 V for the vapor-grown carbon fiber negative electrode.
In the positive electrode, the range is set so that decomposition of the electrolytic solution does not occur and irreversible structural destruction of the positive electrode active material does not occur. For example, LiMn 2 O 4 has a voltage of 4.2 to 4.3 V, preferably 4.2 V, and LiCoO 2 or LiNiO 2 has a voltage of 4.1 to 4.2 V, preferably 4.1 V. In addition, when the graphitization of the negative electrode active material is complete, the design capacity of the negative electrode can be the theoretical capacity indicated by the capacity per unit weight of carbon in the negative electrode, that is, 372 mA / g. 10 mA if graphitization is not complete
The capacity is measured at a low current of not more than / g and a predetermined cutoff voltage to determine the designed capacity of the negative electrode.

【0079】なお、ニッケル酸リチウム(LiNiO
2 )を正極活物質に採用した場合、その非水電解液の溶
媒を、環状カーボネートと鎖状カーボネートとの混合溶
媒とすることにより、1サイクル目の充放電効率を50
〜70%に抑制し、放電容量の劣化の少ない非水電解液
系二次電池にすることができる。
Note that lithium nickelate (LiNiO)
When 2 ) is used as the positive electrode active material, the solvent of the nonaqueous electrolyte is a mixed solvent of a cyclic carbonate and a chain carbonate, so that the charge and discharge efficiency in the first cycle is reduced by 50%.
The non-aqueous electrolyte secondary battery can be suppressed to about 70% and the deterioration of the discharge capacity is small.

【0080】さらに、この非水電解液系二次電池におい
ては、充電時のカットオフ電圧を4.1Vに制限する
と、より長寿命の非水電解液系二次電池を得ることもで
きる。充電時のカットオフ電圧とは充電時における電圧
の上限値である。
Further, in this non-aqueous electrolyte secondary battery, if the cut-off voltage during charging is limited to 4.1 V, a longer life non-aqueous electrolyte secondary battery can be obtained. The cutoff voltage during charging is the upper limit of the voltage during charging.

【0081】本発明に係る非水電解液系二次電池として
は、ボタン型二次電池、円筒型二次電池、角型二次電
池、コイン型二次電池等の形態を挙げることができる。
Examples of the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention include a button type secondary battery, a cylindrical type secondary battery, a square type secondary battery, a coin type secondary battery and the like.

【0082】前記円筒型二次電池は、以下のようにして
作製される。
The cylindrical secondary battery is manufactured as follows.

【0083】前記負極および正極を、多孔質ポリプロピ
レンシートのセパレータを介してロール状に巻き上げ
る。このロール状の巻物を円筒型電池缶に納め、負極リ
ード線を缶底に溶接する。次いで、破裂板と閉塞蓋とガ
スケットとを有してなる正極キャップに正極リード線を
溶接する。前記電池缶内に、前記電解液を入れ、前記正
極キャップを負極缶の開口部にかしめる。これにより、
円筒型二次電池が得られる。
The negative electrode and the positive electrode are wound up in the form of a roll via a porous polypropylene sheet separator. The roll is placed in a cylindrical battery can and the negative electrode lead wire is welded to the bottom of the can. Next, a positive electrode lead wire is welded to a positive electrode cap having a rupture disk, a closing lid, and a gasket. The electrolytic solution is put into the battery can, and the positive electrode cap is caulked to the opening of the negative electrode can. This allows
A cylindrical secondary battery is obtained.

【0084】前記角型二次電池は、円筒型二次電池と同
様の前記ロール状の巻物を扁平にし、その扁平物を角型
缶に収容し、あるいはリード線の結合された正極および
負極をセパレータを介してサンドイッチ状に積層してな
る積層物を角型缶に収容するなどして作製することがで
きる。
The prismatic secondary battery is formed by flattening the roll-shaped roll, which is the same as the cylindrical secondary battery, and storing the flat product in a prismatic can, or forming a positive electrode and a negative electrode having lead wires connected thereto. It can be manufactured by, for example, housing a laminate formed by sandwiching layers in a sandwich shape through a separator in a square can.

【0085】[0085]

【実施例】【Example】

(実施例1) (1)負極用黒鉛化気相成長炭素繊維の製造 平均直径2μmおよび平均長さ50μmの気相成長炭素
繊維を、アルゴンガス雰囲気下に2,800℃に30分
かけて黒鉛化処理をすることにより、黒鉛化気相成長炭
素繊維を製造した。
(Example 1) (1) Production of Graphitized Vapor-grown Carbon Fiber for Negative Electrode A vapor-grown carbon fiber having an average diameter of 2 μm and an average length of 50 μm was subjected to graphite at 2,800 ° C. for 30 minutes in an argon gas atmosphere. By performing the carbonization treatment, a graphitized vapor-grown carbon fiber was produced.

【0086】この黒鉛化気相成長炭素繊維40gをハイ
ブリダイザー(NHS−1、(株)奈良機械製作所製)
に装填して、4,000rpm(周速50m/s)にて
2分間高衝撃処理をした。 切断後の黒鉛化気相成長炭
素繊維は、その比表面積は1.4m2 /gであり、その
平均アスペクト比は12であり、平均直径は2μmであ
り、黒鉛網面間距離(doo2 )は0.3361nmであ
り、その黒鉛結晶子の厚さ(Lc )は130nmであっ
た。この切断後の黒鉛化気相成長炭素繊維は、この発明
の負極用黒鉛化気相成長炭素繊維であり、その比表面積
およびアスペクト比を表1に示した。
40 g of the graphitized vapor-grown carbon fiber was used as a hybridizer (NHS-1, manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.).
And subjected to high impact treatment at 4,000 rpm (peripheral speed 50 m / s) for 2 minutes. The graphitized vapor-grown carbon fiber after cutting has a specific surface area of 1.4 m 2 / g, an average aspect ratio of 12, an average diameter of 2 μm, and a distance between graphite mesh planes (d oo2 ). Was 0.3361 nm, and the thickness (L c ) of the graphite crystallite was 130 nm. The graphitized vapor-grown carbon fiber after cutting was the graphitized vapor-grown carbon fiber for the negative electrode of the present invention, and its specific surface area and aspect ratio are shown in Table 1.

【0087】(2)円筒型電池 以下のようにして負極を作製した。すなわち、ポリフッ
化ビニリデン(PVDF)30gをN−メチル−2−ピ
ロリドン420ミリリットルに溶解した。得られた溶液
に前記(1)の負極用黒鉛化気相成長炭素繊維270g
を加え、超音波分散機で十分に分散した。得られた分散
液を銅製シート(厚み10μm、縦3m、横200m
m)に塗布し、乾燥後に電極をプレス機で加圧成形し
た。成形後、幅39mm、長さ450mmにカットし、
厚さと重量とを測定することにより電極の充填密度を測
定したところ、1.60g/cm3 であった。これを負
極とした。この負極の充填密度を表1に示した。
(2) Cylindrical Battery A negative electrode was produced as follows. That is, 30 g of polyvinylidene fluoride (PVDF) was dissolved in 420 ml of N-methyl-2-pyrrolidone. 270 g of the graphitized vapor-grown carbon fiber for negative electrode of (1) above was added to the obtained solution.
And dispersed sufficiently with an ultrasonic dispersing machine. The obtained dispersion is applied to a copper sheet (thickness 10 μm, length 3 m, width 200 m)
m), and after drying, the electrode was pressure-formed with a press machine. After molding, cut into width 39mm, length 450mm,
When the packing density of the electrode was measured by measuring the thickness and the weight, it was 1.60 g / cm 3 . This was used as a negative electrode. Table 1 shows the packing density of the negative electrode.

【0088】正極を以下のようにして作製した。すなわ
ち、PVDF20gをN−メチル−2−ピロリドン35
0ミリリットル中に溶解して溶液を得た。
A positive electrode was prepared as follows. That is, 20 g of PVDF was added to N-methyl-2-pyrrolidone 35
Dissolved in 0 ml to obtain a solution.

【0089】次に、LiCoO2 445gと、人造黒鉛
20gと、アセチレンブラック15gとをボールミル中
に入れて混合し、混合物を得た。
Next, 445 g of LiCoO 2 , 20 g of artificial graphite, and 15 g of acetylene black were put in a ball mill and mixed to obtain a mixture.

【0090】前記混合物と前記溶液とを混合し、超音波
分散機により十分に分散させて分散液を得た。
The mixture and the solution were mixed and sufficiently dispersed by an ultrasonic disperser to obtain a dispersion.

【0091】前記分散液をアルミニウムシート(厚さ2
0μm)に塗布した。このときの塗布面積は300×1
5cmであった。
[0091] The dispersion was applied to an aluminum sheet (thickness: 2).
0 μm). The application area at this time is 300 × 1
5 cm.

【0092】塗布後、電極をプレス機で加圧成形して、
加圧成形体を得た。成形後、幅38mm、長さ430m
mにカットし、厚さと重量とを測定することにより電極
の充填密度を測定したところ、3.1g/cm3 であっ
た。これを正極とした。
After the application, the electrode is pressed with a press machine,
A press-formed body was obtained. After molding, width 38mm, length 430m
m, and the packing density of the electrode was measured by measuring the thickness and the weight. The result was 3.1 g / cm 3 . This was used as a positive electrode.

【0093】以下のようにして非水電解液系二次電池を
作製した。前記正極および前記負極を、多孔質ポリプロ
ピレンシートのセパレータを介してロール状に巻き上げ
た。このロール状の巻物を直径16mm、高さ50mm
の円筒型電池缶に納め、負極リード線を缶底に溶接し
た。次いで、破裂板と閉塞蓋とガスケットとを有してな
る正極キャップに正極リード線を溶接した。前記電池缶
内に、LiPF6 を1.2モルの濃度になるようにエチ
レンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート
(PC)とジエチルカーボネート(DEC)との混合溶
媒(容積比;EC/PC/DEC=2/1/2)に溶解
してなる電解液を入れ、前記正極キャップを負極缶の開
口部にかしめた。これにより、円筒型非水電解液系二次
電池が得られた。この非水電解液系二次電池の(負極設
計容量/正極設計容量)の値を1.2に調整し、その値
を表1に示した。
A non-aqueous electrolyte secondary battery was manufactured as follows. The positive electrode and the negative electrode were wound up in a roll shape via a porous polypropylene sheet separator. This roll-shaped roll is 16 mm in diameter and 50 mm in height.
And the negative electrode lead wire was welded to the bottom of the can. Next, a positive electrode lead wire was welded to a positive electrode cap having a rupture disk, a closing lid, and a gasket. Wherein in the battery can, a mixed solvent (volume ratio of ethylene carbonate to become a LiPF 6 1.2 molar concentration (EC) and propylene carbonate (PC) and diethyl carbonate (DEC); EC / PC / DEC = 2/2), and the positive electrode cap was caulked to the opening of the negative electrode can. As a result, a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery was obtained. The value of (designed negative electrode capacity / designed positive electrode capacity) of this nonaqueous electrolyte secondary battery was adjusted to 1.2, and the value is shown in Table 1.

【0094】[0094]

【表1】 [Table 1]

【0095】(3)円筒型二次電池の釘刺し試験 800mAの電流で4.1Vまで充電をした円筒型二次
電池の側面に、長さ35mm、直径3mmの釘を50m
m/分の速度で貫通させた。その結果を表2に示した。
(3) Nail Penetration Test of Cylindrical Secondary Battery A nail having a length of 35 mm and a diameter of 3 mm was placed on a side surface of a cylindrical secondary battery charged to a voltage of 4.1 V with a current of 800 mA by 50 m.
It was penetrated at a speed of m / min. The results are shown in Table 2.

【0096】[0096]

【表2】 [Table 2]

【0097】(4)各電流値での充放電試験 充放電電圧2.5〜4.1Vの範囲で、それぞれ800
mA、1600mA、2400mA、3200mAの電
流値での充放電試験を行なった。その結果を表3及び図
1に示した。
(4) Charge / discharge test at each current value A charge / discharge voltage in the range of 2.5 to 4.1 V was set to 800
A charge / discharge test was performed at current values of mA, 1600 mA, 2400 mA, and 3200 mA. The results are shown in Table 3 and FIG.

【0098】[0098]

【表3】 [Table 3]

【0099】(実施例2) (1)負極用黒鉛化気相成長炭素繊維の製造 前記実施例1で使用されたのと同じ切断前の黒鉛化気相
成長炭素繊維30gを静水圧等方加圧装置で1,000
kgf/cm2 の加圧力で加圧した。
(Example 2) (1) Production of graphitized vapor-grown carbon fiber for negative electrode 30 g of graphitized vapor-grown carbon fiber before cutting same as that used in Example 1 was isostatically pressed. 1,000 with pressure device
It was pressurized with a pressing force of kgf / cm 2 .

【0100】加圧後の黒鉛化気相成長炭素繊維は、その
比表面積は2.4m2 /gであり、その平均アスペクト
比は8であり、平均直径は2μmであり、黒鉛網面間距
離(doo2 )は0.3361nmであり、その黒鉛結晶
子の厚さ(Lc )は130nmであった。この加圧後の
黒鉛化気相成長炭素繊維は、この発明の負極用黒鉛化気
相成長炭素繊維であり、その比表面積およびアスペクト
比を表1に示した。
The pressurized graphitized vapor-grown carbon fiber has a specific surface area of 2.4 m 2 / g, an average aspect ratio of 8, an average diameter of 2 μm, and a distance between graphite mesh planes. (D oo2 ) was 0.3361 nm, and the thickness (L c ) of the graphite crystallite was 130 nm. The graphitized vapor-grown carbon fiber after pressurization is the graphitized vapor-grown carbon fiber for a negative electrode of the present invention, and its specific surface area and aspect ratio are shown in Table 1.

【0101】(2)円筒型電池 前記実施例1におけるのとほぼ同様にして負極を作製し
た。負極の充填密度は1.80g/cm3 であった。こ
の負極の充填密度を表1に示した。
(2) Cylindrical Battery A negative electrode was manufactured in substantially the same manner as in Example 1. The packing density of the negative electrode was 1.80 g / cm 3 . Table 1 shows the packing density of the negative electrode.

【0102】LiCoO2 の代わりにLiMn24
使用し、充填密度を2.9g/cm3 にした以外は前記
実施例1におけるのと同様にして正極を作製した。
A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that LiMn 2 O 4 was used instead of LiCoO 2 and the packing density was 2.9 g / cm 3 .

【0103】前記負極、正極および前記実施例1におけ
るのと同様の電解液を使用して、前記実施例1における
のと同様にして円筒型非水電解液系二次電池を作製し
た。この非水電解液系二次電池の(負極設計容量/正極
設計容量)の値を1.1に調整し、その値を表1に示し
た。
Using the negative electrode, the positive electrode, and the same electrolytic solution as in Example 1, a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1. The value of (designed negative electrode capacity / designed positive electrode capacity) of this nonaqueous electrolyte secondary battery was adjusted to 1.1, and the value is shown in Table 1.

【0104】前記実施例1におけるのと同様にして釘刺
し試験と充放電試験を行なった。その結果を表2、表3
及び図1に示した。
A nail penetration test and a charge / discharge test were performed in the same manner as in Example 1. Tables 2 and 3 show the results.
And FIG.

【0105】(比較例1) (1)負極用黒鉛化気相成長炭素繊維の製造 平均直径4μmおよび平均長さ50μmの気相成長炭素
繊維を、アルゴンガス雰囲気下に2,800℃に30分
かけて黒鉛化処理をすることにより、黒鉛化気相成長炭
素繊維を製造した。
Comparative Example 1 (1) Production of Graphitized Vapor-grown Carbon Fiber for Negative Electrode Vapor-grown carbon fiber having an average diameter of 4 μm and an average length of 50 μm was heated at 2,800 ° C. for 30 minutes in an argon gas atmosphere. The resulting mixture was subjected to a graphitization treatment to produce a graphitized vapor-grown carbon fiber.

【0106】この黒鉛化気相成長炭素繊維40gをハイ
ブリダイザー(NHS−1、(株)奈良機械製作所製)
に装填して、8,000rpm(周速100m/s)に
て10分間高衝撃処理をした。
40 g of the graphitized vapor-grown carbon fiber was used as a hybridizer (NHS-1, manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.).
And subjected to high impact treatment at 8,000 rpm (peripheral speed 100 m / s) for 10 minutes.

【0107】切断後の黒鉛化気相成長炭素繊維は、その
比表面積は7.0m2 /gであり、その平均アスペクト
比は1.2であり、平均直径は4μmであり、黒鉛網面
間距離(doo2 )は0.3370nmであり、その黒鉛
結晶子の厚さ(Lc )は60nmであった。この切断後
の黒鉛化気相成長炭素繊維の比表面積およびアスペクト
比を表1に示した。
The cut graphitized vapor-grown carbon fiber has a specific surface area of 7.0 m 2 / g, an average aspect ratio of 1.2, an average diameter of 4 μm, and a graphite mesh surface. The distance (d oo2 ) was 0.3370 nm, and the graphite crystallite thickness (L c ) was 60 nm. Table 1 shows the specific surface area and aspect ratio of the graphitized vapor-grown carbon fibers after the cutting.

【0108】(2)円筒型電池 前記実施例1におけるのとほぼ同様にして負極を作製し
た。負極の充填密度は1.1g/cm3 であった。この
負極の充填密度を表1に示した。
(2) Cylindrical Battery A negative electrode was manufactured in substantially the same manner as in Example 1. The packing density of the negative electrode was 1.1 g / cm 3 . Table 1 shows the packing density of the negative electrode.

【0109】前記負極および前記実施例1におけるのと
同様の正極および電解液を使用して、前記実施例1にお
けるのと同様にして円筒型非水電解液系二次電池を作製
した。この非水電解液系二次電池の(負極設計容量/正
極設計容量)の値を1.1に調整し、その値を表1に示
した。
Using the negative electrode, the same positive electrode and the same electrolyte as in Example 1, a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1. The value of (designed negative electrode capacity / designed positive electrode capacity) of this nonaqueous electrolyte secondary battery was adjusted to 1.1, and the value is shown in Table 1.

【0110】前記実施例1におけるのと同様にして釘刺
し試験と充放電試験を行なった。その結果を表2、表3
及び図1に示した。
A nail penetration test and a charge / discharge test were performed in the same manner as in Example 1. Tables 2 and 3 show the results.
And FIG.

【0111】(比較例2)前記比較例1における負極の
充填密度を0.9g/cm3 とし、非水電解液系二次電
池の(負極設計容量/正極設計容量)の値を0.6に調
整した以外は比較例1と同様に円筒型非水電解液系二次
電池を作製した。
(Comparative Example 2) The packing density of the negative electrode in Comparative Example 1 was 0.9 g / cm 3, and the value of (negative electrode design capacity / positive electrode design capacity) of the nonaqueous electrolyte secondary battery was 0.6. A cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the adjustment was made as follows.

【0112】比較例2における切断後の黒鉛化気相成長
炭素繊維の比表面積およびアスペクト比を表1に示し
た。
Table 1 shows the specific surface area and aspect ratio of the graphitized vapor-grown carbon fibers after cutting in Comparative Example 2.

【0113】比較例2における負極の充填密度および
(負極設計容量/正極設計容量)の値を表1に示した。
Table 1 shows the packing density of the negative electrode and the value of (designed negative electrode capacity / designed positive electrode capacity) in Comparative Example 2.

【0114】前記比較例1におけるのと同様にして釘刺
し試験を行なった。その結果を表2に示した。
A nail penetration test was performed in the same manner as in Comparative Example 1. The results are shown in Table 2.

【0115】(比較例3)前記実施例1における黒鉛化
気相成長炭素繊維の代わりに、平均粒径6μmの黒鉛化
メソカーボンマイクロビーズ(以下、MCMBと示す場
合がある)とアセチレンブラック(以下、ABと示す場
合がある)の混合物(重量比でMCMB:AB=80:
10)を使用した以外は実施例1と同様に円筒型非水電
解液系二次電池を作製した。前記混合物の比表面積は
6.0m2 /gであり、負極の充填密度は1.1g/c
3 であり、非水電解液系二次電池の(負極設計容量/
正極設計容量)の値は0.8であった。
Comparative Example 3 Graphitized mesocarbon microbeads having an average particle diameter of 6 μm (hereinafter sometimes referred to as MCMB) and acetylene black (hereinafter referred to as “MCMB”) were used instead of the graphitized vapor-grown carbon fibers in Example 1. , AB) (in terms of weight ratio, MCMB: AB = 80:
A cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that 10) was used. The specific surface area of the mixture was 6.0 m 2 / g, and the packing density of the negative electrode was 1.1 g / c.
m 3, which is the negative electrode design capacity /
The value of the positive electrode design capacity) was 0.8.

【0116】比較例3における前記混合物の比表面積、
負極の充填密度および(負極設計容量/正極設計容量)
の値を表1に示した。
Specific surface area of the mixture in Comparative Example 3,
Negative electrode packing density and (negative electrode design capacity / positive electrode design capacity)
Are shown in Table 1.

【0117】前記実施例1におけるのと同様にして釘刺
し試験を行なった。その結果を表2に示した。
A nail penetration test was performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

【0118】(比較例4)前記実施例1における黒鉛化
気相成長炭素繊維の代わりに、平均粒径6μmの黒鉛化
メソカーボンマイクロビーズを使用した以外は実施例1
と同様に円筒型非水電解液系二次電池を作製した。
Comparative Example 4 Example 1 was repeated except that graphitized mesocarbon microbeads having an average particle size of 6 μm were used instead of the graphitized vapor-grown carbon fiber in Example 1.
Similarly to the above, a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery was produced.

【0119】前記実施例1におけるのと同様にして充放
電試験を行なった。その結果を表3及び図1に示した。
A charge / discharge test was performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3 and FIG.

【0120】[0120]

【発明の効果】本発明によれば、前記混合溶媒として、
低沸点のジメチルカーボネート(略号;DMC)、ジエ
チルカーボネート(略号l;DEC)等の鎖状カーボネ
ートを採用した場合に生じる可能性がある溶媒の分解反
応が抑制されるから、電池が破裂して発火するという危
険がない、安全性の高い非水電解液系二次電池が提供さ
れる。
According to the present invention, as the mixed solvent,
Since a decomposition reaction of a solvent which may occur when a chain carbonate such as dimethyl carbonate (abbreviation: DMC) or diethyl carbonate (abbreviation 1; DEC) having a low boiling point is employed is suppressed, the battery ruptures and ignites. There is provided a non-aqueous electrolyte-based secondary battery with high safety, which does not have a danger of performing.

【0121】又、本発明の非水電解液系二次電池は、電
極自体の導電性が高く、サイクル特性に優れ、かつ、よ
り高い電流値での充放電においても高い容量を示し、且
つ寿命も長い。
Further, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has high conductivity of the electrode itself, excellent cycle characteristics, exhibits high capacity even when charged and discharged at a higher current value, and has a long life. Is also long.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 図1は、例1、2、3及び6で得られた充放
電試験における、電流値と放電容量の関係を示すグラフ
である。
FIG. 1 is a graph showing a relationship between a current value and a discharge capacity in charge / discharge tests obtained in Examples 1, 2, 3 and 6.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // D01F 9/127 D01F 9/127 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI // D01F 9/127 D01F 9/127

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 比表面積が大きくとも5m2 /gであ
り、かつ平均アスペクト比が2〜30である黒鉛化気相
成長炭素繊維を加圧成形して得られ、且つ充填密度が
1.2〜2.0g/cm3 であるように加圧成形された加
圧成形体を有する負極と、リチウム含有複合酸化物を有
してなる正極と、環状カーボネートおよび鎖状カーボネ
ートの混合溶媒にリチウム塩を溶解してなる電解液とを
有することを特徴とする非水電解液系二次電池。
1. A graphitized vapor-grown carbon fiber having a specific surface area of at most 5 m 2 / g and an average aspect ratio of 2 to 30 obtained by pressure molding, and having a packing density of 1.2. A negative electrode having a press-molded body formed to a pressure of 2.0 g / cm 3 , a positive electrode having a lithium-containing composite oxide, and a lithium salt in a mixed solvent of a cyclic carbonate and a chain carbonate. And a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising:
【請求項2】 前記リチウム含有複合酸化物が、第3B
族金属、第6A族金属、第7A族金属、および第8族金
属よりなる群から選択される少なくとも1種の金属と、
リチウムとを有する複合酸化物である前記請求項1に記
載の非水電解液系二次電池。
2. The method according to claim 1, wherein the lithium-containing composite oxide is 3B
At least one metal selected from the group consisting of group metal, group 6A metal, group 7A metal, and group 8 metal;
2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, which is a composite oxide containing lithium.
【請求項3】 前記リチウム含有複合酸化物が、下記一
般式(I)で表されるリチウム複合酸化物およびLiM
24 よりなる群から選択される少なくとも1種であ
る前記請求項1に記載の非水電解液系二次電池。 LiNi1-XX2 ・・・(I) (但し、前記式中、Mは、アルミニウム、マンガン、ク
ロム、コバルト、および鉄を示し、Xは0、1、および
0〜1の間の任意の数を示す。)
3. The lithium-containing composite oxide according to claim 1, wherein said lithium-containing composite oxide is represented by the following general formula (I):
Non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 is at least one selected from the group consisting of n 2 O 4. LiNi 1-X M X O 2 ··· (I) ( where, in the formula, M is aluminum, manganese, chromium, cobalt, and shows the iron, X is between 0,1 and 0-1 Show any number.)
【請求項4】 比表面積が大きくとも5m2 /gであ
り、かつ平均アスペクト比が2〜30である黒鉛化気相
成長炭素繊維により形成された負極と、リチウム含有複
合酸化物を有してなる正極と、環状カーボネートおよび
鎖状カーボネートの混合溶媒にリチウム塩を溶解してな
る電解液とを備え、前記負極の設計容量が、前記正極の
設計容量よりも大きいことを特徴とする非水電解液系二
次電池。
4. A negative electrode formed of graphitized vapor-grown carbon fibers having a specific surface area of at most 5 m 2 / g and an average aspect ratio of 2 to 30, and a lithium-containing composite oxide. Non-aqueous electrolysis comprising a positive electrode, and an electrolytic solution obtained by dissolving a lithium salt in a mixed solvent of a cyclic carbonate and a chain carbonate, wherein the designed capacity of the negative electrode is larger than the designed capacity of the positive electrode. Liquid secondary battery.
【請求項5】 前記正極の設計容量に対する前記負極の
設計容量が1を超え、かつ1.6以下である前記請求項
4に記載の非水電解液系二次電池。
5. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, wherein a design capacity of the negative electrode with respect to a design capacity of the positive electrode exceeds 1 and is 1.6 or less.
【請求項6】 前記リチウム含有複合酸化物が、第3B
族金属、第6A族金属、第7A族金属、および第8族金
属よりなる群から選択される少なくとも1種の金属と、
リチウムとを有する複合酸化物である前記請求項4に記
載の非水電解液系二次電池。
6. The method according to claim 1, wherein the lithium-containing composite oxide is 3B
At least one metal selected from the group consisting of group metal, group 6A metal, group 7A metal, and group 8 metal;
5. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, which is a composite oxide containing lithium.
【請求項7】 前記リチウム含有複合酸化物が、下記一
般式(I)で表されるリチウム複合酸化物およびLiM
24 よりなる群から選択される少なくとも1種であ
る前記請求項4に記載の非水電解液系二次電池。 LiNi1-XX2 ・・・(I) (但し、前記式中、Mは、アルミニウム、マンガン、ク
ロム、コバルト、および鉄を示し、Xは0、1、および
0〜1の間の任意の数を示す。)
7. The lithium-containing composite oxide, wherein the lithium-containing composite oxide is represented by the following general formula (I):
Non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 4 is at least one selected from the group consisting of n 2 O 4. LiNi 1-X M X O 2 ··· (I) ( where, in the formula, M is aluminum, manganese, chromium, cobalt, and shows the iron, X is between 0,1 and 0-1 Show any number.)
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004296305A (en) * 2003-03-27 2004-10-21 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Lithium ion secondary battery
JP2006032070A (en) * 2004-07-14 2006-02-02 Kri Inc Nonaqueous secondary battery

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