JPH11250914A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
Nonaqueous electrolyte secondary batteryInfo
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- JPH11250914A JPH11250914A JP10052495A JP5249598A JPH11250914A JP H11250914 A JPH11250914 A JP H11250914A JP 10052495 A JP10052495 A JP 10052495A JP 5249598 A JP5249598 A JP 5249598A JP H11250914 A JPH11250914 A JP H11250914A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、各種電子機器の電
源として使用される充放電可能な非水電解液二次電池に
関し、詳しくは、正極の改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chargeable / dischargeable non-aqueous electrolyte secondary battery used as a power source for various electronic devices, and more particularly to an improvement of a positive electrode.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、種々の電子機器の飛躍的進歩と共
に、長時間連続して使用でき、且つ経済的な電源として
再充電可能な二次電池の研究が進められている。代表的
な二次電池としては、鉛蓄電池、アルカリ蓄電池、リチ
ウム二次電池等が知られている。特に、リチウム二次電
池は、高出力、高エネルギー密度等の利点を有してい
る。2. Description of the Related Art In recent years, with the remarkable progress of various electronic devices, researches on secondary batteries which can be used continuously for a long time and which can be recharged as an economical power source have been advanced. As typical secondary batteries, lead storage batteries, alkaline storage batteries, lithium secondary batteries, and the like are known. In particular, lithium secondary batteries have advantages such as high output and high energy density.
【0003】このようなリチウム二次電池は、リチウム
イオンと可逆的に電気化学反応する活物質を含有する正
極と、リチウム金属、リチウム合金又はリチウムをドー
プ、脱ドープすることが可能な材料を含有する負極と、
非水電解液とから構成される。[0003] Such a lithium secondary battery contains a positive electrode containing an active material which reversibly electrochemically reacts with lithium ions, and a material capable of doping and undoping lithium metal, a lithium alloy or lithium. A negative electrode,
And a non-aqueous electrolyte.
【0004】一般に、負極に用いられる負極活物質とし
ては、例えば、金属リチウム、LiAl等のリチウム合
金、ポリアセチレンやポリピロール等のリチウムをドー
プすることができる導電性高分子、リチウムイオンを結
晶中に取り込んだ層間化合物等が挙げられる。In general, as a negative electrode active material used for a negative electrode, for example, lithium metal, a lithium alloy such as LiAl, a conductive polymer which can be doped with lithium such as polyacetylene or polypyrrole, and lithium ions are incorporated into a crystal. Intercalation compounds and the like.
【0005】一方、正極に用いられる正極活物質として
は、金属酸化物、金属硫化物或いはポリマー等が用いら
れ、例えば、TiS2,MoS2,NbSe2,V2O5等
が挙げられる。特に、高い放電電位を有する正極活物質
としては、LiXMn2O4,LixMyO2(MはNiまた
はCoであり、Xの値は充放電によって変化するが、合
成時にはx≒1,y≒1である。)等が提案されてい
る。また、これらに代表されるような複合酸化物に他の
元素を1種類、あるいは数種類加えることによって得ら
れる混合物、或いは固溶体も提案されている。On the other hand, as a positive electrode active material used for the positive electrode, a metal oxide, a metal sulfide, a polymer, or the like is used, and examples thereof include TiS 2 , MoS 2 , NbSe 2 , and V 2 O 5 . In particular, as the positive electrode active material having a high discharge potential, Li X Mn 2 O 4, Li x M y O 2 (M is Ni or Co, the value of X varies with charging and discharging, in the combined x ≒ 1, y ≒ 1). Further, a mixture or a solid solution obtained by adding one kind or several kinds of other elements to a complex oxide represented by these compounds has also been proposed.
【0006】これらの材料を用いたリチウム二次電池の
放電反応では、負極においてリチウムイオンが非水電解
液中に溶け出すとともに、正極において正極活物質にリ
チウムイオンが取り込まれる反応が進行する。逆に、充
電反応では、上記放電反応の逆反応が進行し、正極にお
いてリチウムイオンが脱離する。[0006] In the discharge reaction of a lithium secondary battery using these materials, lithium ions dissolve into the nonaqueous electrolyte at the negative electrode, and lithium ions are incorporated into the positive electrode active material at the positive electrode. Conversely, in the charging reaction, the reverse reaction of the discharging reaction proceeds, and lithium ions are eliminated from the positive electrode.
【0007】すなわち、リチウム二次電池では、負極か
らのリチウムイオンが正極活物質に出入りする反応を繰
り返すことによって充放電を繰り返すことができる。That is, in a lithium secondary battery, charge and discharge can be repeated by repeating a reaction in which lithium ions from a negative electrode enter and leave a positive electrode active material.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ところで、高い放電電
位と高いエネルギー密度を持つ正極活物質としてLix
CoyO2からなる複合酸化物を用いたリチウムイオン二
次電池が実用化されている。As a positive electrode active material having a high discharge potential and a high energy density, Li x
A lithium ion secondary battery using a composite oxide made of Co y O 2 has been put to practical use.
【0009】しかしながら、この複合酸化物の原材料で
あるコバルトは、資源的に希少であり、また商業的に利
用可能な鉱床が数少ない国に偏在しているため、高価
で、価格変動が大きく、且つ将来的には供給不安の伴う
ものである。[0009] However, cobalt, which is a raw material of this composite oxide, is scarce in terms of resources and is ubiquitous in countries with few ore deposits that are commercially available. In the future, supply will be uncertain.
【0010】そのため、このような非水電解液二次電池
のより広範囲な普及を図るために、より安価で、資源的
にも豊富な原材料から、しかも性能的に優れた正極活物
資が望まれていた。Therefore, in order to spread such a non-aqueous electrolyte secondary battery more widely, it is desired to use a cathode active material which is cheaper, has abundant resources, and is excellent in performance. I was
【0011】このような課題を解決するために、Lix
CoyO2と同等な放電電位及びエネルギー密度を有する
正極活物質としては、例えば、LixNiO2やLixM
n2O4等が提案されている。ニッケルは、コバルトに比
べれば安価な材料であるが、更に安価で供給不安の少な
い原材料を用いて正極活物質を製造することがより望ま
しいのは言うまでもない。一方、マンガンは、コバルト
やニッケルよりも更に安価であり、資源的にも非常に豊
富である。特に、マンガンは、マンガン乾電池やアルカ
リマンガン乾電池やリチウム1次電池の材料として、二
酸化マンガンが大量に流通しており、材料供給の面から
も非常に不安の少ない材料である。In order to solve such a problem, Li x
Examples of the positive electrode active material having the same discharge potential and energy density as Co y O 2 include Li x NiO 2 and Li x M
n 2 O 4 and the like have been proposed. Nickel is an inexpensive material as compared with cobalt, but it goes without saying that it is more desirable to produce a positive electrode active material using a raw material that is less expensive and has less supply concerns. On the other hand, manganese is cheaper than cobalt and nickel, and is very rich in resources. In particular, manganese is a material in which manganese dioxide is distributed in large quantities as a material for manganese dry batteries, alkaline manganese dry batteries, and lithium primary batteries, and there is very little concern in terms of material supply.
【0012】そこで、マンガンを原料とする正極活物質
の研究が、近年盛んに行われている。各種マンガン原料
とリチウム原料より合成されるリチウムとマンガンとの
複合酸化物(以下、リチウムマンガン複合酸化物と称す
る。)には、種々のものが報告されているが、例えば、
スピネル型結晶構造を有するLixMnyO4(x≒1,
y≒2)が挙げられる。このLixMnyO4(x≒1,
y≒2)で示されるリチウムマンガン複合酸化物は、電
気化学的に酸化することによりリチウムに対して3V以
上の電位を示し、148mAh/gの理論充放電容量を
有する材料である。Therefore, research on a positive electrode active material using manganese as a raw material has been actively conducted in recent years. Various composite oxides of lithium and manganese (hereinafter, referred to as lithium manganese composite oxide) synthesized from various manganese raw materials and lithium raw materials have been reported.
Li x Mn y O 4 having a spinel crystal structure (x ≒ 1,
y ≒ 2). The Li x Mn y O 4 (x ≒ 1,
The lithium manganese composite oxide represented by y ≒ 2) is a material having a potential of 3 V or more with respect to lithium by electrochemical oxidation and having a theoretical charge / discharge capacity of 148 mAh / g.
【0013】しかしながら、これらのマンガン酸化物や
リチウムマンガン複合酸化物を正極活物質として用いた
非水電解液二次電池は、室温以上の環境下で使用した場
合の劣化が著しく大きいという欠点がある。これは、高
温時にマンガン酸化物やリチウムマンガン複合酸化物が
不安定化し非水電解液中にMnが溶出するためである。However, a non-aqueous electrolyte secondary battery using these manganese oxides or lithium manganese composite oxides as a positive electrode active material has a drawback that deterioration when used in an environment above room temperature is extremely large. . This is because manganese oxide and lithium manganese composite oxide are destabilized at high temperatures, and Mn is eluted into the non-aqueous electrolyte.
【0014】特に、近年、電気自動車用又はロードレベ
リング用として、大型非水電解液二次電池の開発が各方
面で行われている。この大型非水電解液二次電池では、
電池が大型化するほどに使用時の内部発熱を無視するこ
とができなくなり、周囲の環境温度が室温付近であって
も電池内部が比較的高温となる可能性がある。また、小
型携帯機器用等として使用される比較的小型の電池であ
っても、真夏の自動車の車室内等の高温環境で使用され
ることもあり、電池内部が比較的高温となる場合があ
る。このように、室温以上の環境下で電池が使用される
場合がかなり頻繁にあると考えられ、そのため室温以上
の環境下における電池の劣化を極力抑えることが強く要
望されている。In particular, in recent years, development of large non-aqueous electrolyte secondary batteries for electric vehicles or road leveling has been carried out in various fields. In this large non-aqueous electrolyte secondary battery,
As the size of the battery increases, the internal heat generated during use cannot be ignored, and the temperature inside the battery may be relatively high even when the ambient temperature is around room temperature. In addition, even a relatively small battery used for a small portable device or the like may be used in a high temperature environment such as the interior of a car in the middle of summer, and the inside of the battery may be relatively hot. . As described above, it is considered that the battery is often used in an environment at a temperature higher than room temperature. Therefore, there is a strong demand for minimizing the deterioration of the battery in an environment at a temperature higher than room temperature.
【0015】そこで、本発明は、従来の実情に鑑みて提
案されたものであり、安価で資源的に豊富な原材料を正
極活物質として用いて、室温以上の環境下における劣化
が極力抑えられて保存特性の向上が図られた非水電解液
二次電池を提供することを目的とする。Accordingly, the present invention has been proposed in view of the conventional circumstances, and uses a low-cost and resource-rich raw material as a positive electrode active material to minimize deterioration under an environment of room temperature or higher. An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery with improved storage characteristics.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の課題
を解決するため、鋭意研究を重ねた結果、正極材料とし
てマンガン酸化物又はリチウムマンガン複合酸化物を用
いた非水電解液二次電池において、正極中にアルカリ金
属のフッ化物を含有させることによって、室温以上の環
境下における電池の劣化が極力抑制されることを見いだ
し、本発明を完成するに至った。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have made intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, have found that a non-aqueous electrolyte secondary battery using manganese oxide or lithium manganese composite oxide as a cathode material. In the battery, it has been found that the deterioration of the battery under an environment of room temperature or more is suppressed as much as possible by including an alkali metal fluoride in the positive electrode, and the present invention has been completed.
【0017】すなわち、本発明に係る非水電解液二次電
池は、マンガン酸化物又はリチウムとマンガンとの複合
酸化物を含有する正極と、リチウム金属、リチウム合金
又はリチウムをドープ、脱ドープすることが可能な材料
を含有する負極と、非水溶媒に電解質を溶解させてなる
非水電解液とを備え、この正極が、アルカリ金属のフッ
化物を含有することを特徴とするものである。That is, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention comprises a positive electrode containing manganese oxide or a composite oxide of lithium and manganese, and a lithium metal, a lithium alloy or lithium doped or dedoped. And a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent. The positive electrode contains an alkali metal fluoride.
【0018】ここで、上記アルカリ金属のフッ化物が、
正極中に乾燥重量当たり0.5重量%以上、10重量%
以下含有されることが好ましい。また、このアルカリ金
属のフッ化物としては、LiF,NaF,KFのうちの
少なくとも何れか1種を好適に用いることができる。Here, the fluoride of the alkali metal is
0.5% by weight or more and 10% by weight per dry weight in the positive electrode
It is preferably contained below. As the alkali metal fluoride, at least one of LiF, NaF, and KF can be suitably used.
【0019】このように、本発明に係る非水電解液二次
電池は、正極中にアルカリ金属のフッ化物が含有される
ため、非水電解液中に存在する微量の不純物や充放電に
伴い非水電解液中に生ずる不純物が、正極中に含有され
たアルカリ金属のフッ化物と選択的に反応する。そのた
め、本発明に係る非水電解液二次電池は、正極中のマン
ガン酸化物又はリチウムマンガン複合酸化物からなる正
極活物質と上記不純物との反応が効果的に抑えられて、
正極活物質の劣化が極力抑制され、保存特性に優れたも
のとなる。As described above, in the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, since the alkali metal fluoride is contained in the positive electrode, a small amount of impurities present in the non-aqueous electrolyte and the charge and discharge accompanying The impurities generated in the non-aqueous electrolyte selectively react with the alkali metal fluoride contained in the positive electrode. Therefore, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, the reaction between the positive electrode active material comprising a manganese oxide or a lithium manganese composite oxide in the positive electrode and the impurity is effectively suppressed,
Deterioration of the positive electrode active material is suppressed as much as possible, resulting in excellent storage characteristics.
【0020】また、本発明に係る非水電解液二次電池で
は、上記アルカリ金属のフッ化物の正極中における含有
量が乾燥重量当たり0.5重量%以上、10重量%以下
に規定されることにより、電池の充放電容量を十分確保
するとともに、正極活物質の劣化が抑えられて保存特性
が向上される。Further, in the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, the content of the alkali metal fluoride in the positive electrode is specified to be 0.5% by weight or more and 10% by weight or less per dry weight. Thereby, the charge and discharge capacity of the battery is sufficiently ensured, and the deterioration of the positive electrode active material is suppressed, so that the storage characteristics are improved.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0022】本発明に係る非水電解液二次電池は、マン
ガン酸化物又はリチウムマンガン複合酸化物を含有する
正極と、リチウム金属、リチウム合金又はリチウムをド
ープ、脱ドープすることが可能な材料を含有する負極
と、非水溶媒中に電解質を溶解してなる非水電解液とを
備えるものである。The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention comprises a positive electrode containing a manganese oxide or a lithium manganese composite oxide, and a lithium metal, a lithium alloy or a material capable of doping and undoping lithium. And a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent.
【0023】特に、本発明を適用した非水電解液二次電
池は、上記正極がアルカリ金属のフッ化物を含有するも
のである。このアルカリ金属のフッ化物としては、例え
ば、NaF,LiF,KF等が挙げられる。In particular, in the nonaqueous electrolyte secondary battery to which the present invention is applied, the positive electrode contains an alkali metal fluoride. Examples of the alkali metal fluoride include NaF, LiF, and KF.
【0024】このように、本発明を適用した非水電解液
二次電池は、正極中にアルカリ金属のフッ化物が含有さ
れるため、非水電解液中に存在する微量の不純物や充放
電に伴い非水電解液中に生ずる不純物が、正極中に含有
されたアルカリ金属のフッ化物と選択的に反応する。そ
のため、本発明を適用した非水電解液二次電池は、正極
中のマンガン酸化物又はリチウムマンガン複合酸化物か
らなる正極活物質と上記不純物との反応が効果的に抑え
られて、正極活物質の劣化が極力抑制され、結果的に保
存特性に優れたものとなる。As described above, in the nonaqueous electrolyte secondary battery to which the present invention is applied, since the positive electrode contains the alkali metal fluoride, it is possible to reduce the amount of impurities and charge / discharge present in the nonaqueous electrolyte. Accordingly, impurities generated in the non-aqueous electrolyte selectively react with the alkali metal fluoride contained in the positive electrode. Therefore, in the nonaqueous electrolyte secondary battery to which the present invention is applied, the reaction between the positive electrode active material composed of manganese oxide or lithium manganese composite oxide in the positive electrode and the impurities is effectively suppressed, and the positive electrode active material Is suppressed as much as possible, resulting in excellent storage characteristics.
【0025】ここで、正極中に上記アルカリ金属のフッ
化物が含有される量は、乾燥重量当たり0.5重量%以
上、10重量%以下であることが好ましい。これは、次
に示す理由による。アルカリ金属のフッ化物は、電池の
充放電反応には寄与せず、その占有容積分だけ電池容器
内部の正極や負極の活物質充填量を減らさなければなら
ない。よって、正極中に過度に多量のアルカリ金属のフ
ッ化物が添加されると、電池の充放電容量の減少につな
がる。また、正極中にアルカリ金属のフッ化物を非常に
少量しか添加していないと、本発明における正極活物質
の劣化を抑えるという効果が発揮されない。The amount of the alkali metal fluoride contained in the positive electrode is preferably 0.5% by weight or more and 10% by weight or less based on the dry weight. This is for the following reason. The alkali metal fluoride does not contribute to the charge / discharge reaction of the battery, and the active material filling amount of the positive electrode and the negative electrode inside the battery container must be reduced by the occupied volume. Therefore, when an excessively large amount of an alkali metal fluoride is added to the positive electrode, the charge / discharge capacity of the battery is reduced. Further, if only a very small amount of an alkali metal fluoride is added to the positive electrode, the effect of suppressing the deterioration of the positive electrode active material in the present invention is not exhibited.
【0026】このように、本発明を適用した非水電解液
二次電池は、正極中に含有されるアルカリ金属のフッ化
物の含有量が規定されていることにより、電池の充放電
容量を十分確保するとともに、正極活物質の劣化が抑え
られて保存特性が向上された高信頼性の得られたものと
なる。As described above, in the nonaqueous electrolyte secondary battery to which the present invention is applied, since the content of the alkali metal fluoride contained in the positive electrode is regulated, the charge / discharge capacity of the battery can be sufficiently increased. As a result, deterioration of the positive electrode active material is suppressed, and storage characteristics are improved, and high reliability is obtained.
【0027】また、本発明を適用した非水電解液二次電
池に用いられる正極は、上記アルカリ金属のフッ化物を
含有するとともに、マンガン酸化物又はリチウムマンガ
ン複合酸化物のいずれかを正極活物質として含有する。
ここで、このマンガン酸化物又はリチウムマンガン複合
酸化物は、一般式AB2X4で表されるスピネル型結晶構
造を有することが好ましい。Further, the positive electrode used in the nonaqueous electrolyte secondary battery to which the present invention is applied contains the above-mentioned alkali metal fluoride, and contains either manganese oxide or lithium manganese composite oxide as a positive electrode active material. Contained as
Here, the manganese oxide or the lithium manganese composite oxide preferably has a spinel-type crystal structure represented by a general formula AB 2 X 4 .
【0028】このマンガン酸化物としては、例えば、λ
−MnO2、MnO2とV2O5との複合体、三成分複合酸
化物であるMnO2・xV2O5(0<x≦0.3)等が
挙げられる。なお、LiMn2O4スピネルに酸処理を施
してLiを脱離することによってスピネル構造のλ−M
nO2を生成することができる。As the manganese oxide, for example, λ
—MnO 2 , a composite of MnO 2 and V 2 O 5, and a ternary composite oxide MnO 2 .xV 2 O 5 (0 <x ≦ 0.3). The LiMn 2 O 4 spinel is subjected to an acid treatment to desorb Li, thereby obtaining a λ-M having a spinel structure.
nO 2 can be generated.
【0029】また、リチウムマンガン複合酸化物として
は、例えば、LiXMn2-zO4(0<X≦1.33,0
≦Z≦0.33)、LiMn2-yMyO4(MはGe,T
i,Ni,Zn及びFeからなる群から選ばれる金属、
0<y<1)等が挙げられる。中でも、LiCo0.2M
n1.8O4は大きい放電容量の下で優れたサイクル特性が
得られている。また、リチウムマンガン複合酸化物とし
ては、例えば、LixMn2O4(0<x≦1)にL
i+1,Mg2+,Zn2+等をドープしたものも挙げられ
る。さらに、四成分系スピネル構造のLiyMn2O4・
xV2O5(0<x≦0.3,0<y≦1.5)も挙げら
れる。As the lithium manganese composite oxide, for example, Li x Mn 2-z O 4 (0 <X ≦ 1.33,0
≦ Z ≦ 0.33), LiMn 2 -y M y O 4 (M is Ge, T
a metal selected from the group consisting of i, Ni, Zn and Fe;
0 <y <1). Among them, LiCo 0.2 M
With n 1.8 O 4 , excellent cycle characteristics are obtained under a large discharge capacity. As the lithium manganese composite oxide, for example, L x Mn 2 O 4 (0 <x ≦ 1)
Also, one doped with i +1 , Mg 2+ , Zn 2+ or the like can be given. Further, Li y Mn 2 O 4.
xV 2 O 5 (0 <x ≦ 0.3, 0 <y ≦ 1.5) is also included.
【0030】これらのリチウムマンガン複合酸化物は、
高い電池電圧を発生することができて、エネルギー密度
に優れた正極活物質となる。また、このような正極活物
質を使用して正極を形成するに際しては、公知の導電剤
や結着剤等を添加する。These lithium manganese composite oxides
A positive electrode active material that can generate a high battery voltage and has excellent energy density. When a positive electrode is formed using such a positive electrode active material, a known conductive agent, a binder, and the like are added.
【0031】ところで、高い放電電位及びエネルギー密
度を有する正極活物質として、LixCoyO2が広く知
られており、このLixCoyO2を用いたリチウムイオ
ン二次電池が実用化されている。しかしながら、この複
合酸化物の原材料であるコバルトは、上述したように、
資源的に希少であり、価格変動が大きく、且つ供給不安
の伴うものである。そのため、Coを用いたLixCoy
O2は、非水電解液二次電池の更なる広範囲な普及を図
るには、不適当な材料である。これに対して、本発明に
正極活物質として用いられるマンガン酸化物やリチウム
マンガン複合酸化物は、その原材料であるマンガンがコ
バルトやニッケル等に比べてはるかに安価であり、資源
的にも豊富なため、実用上好適な物質であるといえる。By the way, Li x Co y O 2 is widely known as a positive electrode active material having a high discharge potential and energy density, and a lithium ion secondary battery using this Li x Co y O 2 has been put to practical use. ing. However, as described above, cobalt, which is a raw material of the composite oxide,
It is scarce in resources, has large price fluctuations, and is accompanied by supply insecurity. Therefore, Li x Co y using Co
O 2 is an unsuitable material for further widespread use of nonaqueous electrolyte secondary batteries. On the other hand, the manganese oxide and lithium manganese composite oxide used as the positive electrode active material in the present invention, manganese as a raw material thereof is much cheaper than cobalt or nickel, and is rich in resources. Therefore, it can be said that the material is practically suitable.
【0032】一方、本発明に用いられる負極は、リチウ
ム金属、リチウム合金又はリチウムをドープ、脱ドープ
することが可能な材料を主体とするものである。On the other hand, the negative electrode used in the present invention is mainly composed of a lithium metal, a lithium alloy, or a material which can be doped or undoped with lithium.
【0033】上記リチウム合金としては、例えば、リチ
ウム−アルミニウム合金等が挙げられる。The lithium alloy includes, for example, a lithium-aluminum alloy.
【0034】上記リチウムをドープ、脱ドープすること
が可能な材料としては、グラファイト(黒鉛)、難黒鉛
化炭素(ハードカーボン)、易黒鉛化炭素(ソフトカー
ボン)、カーボンブラック、活性炭等の炭素材料からな
るものを、夫々単独、或いは、混合して用いることがで
きる。この炭素粒子の粒径は、数μm〜数10μmであ
るのが好ましく、粒径がこの範囲より小さ過ぎても大き
過ぎても、これら炭素粒子をバインダー中に均一に分散
させることが困難になり、この結果、膜の電気抵抗が高
くなり過ぎる虞が有る。Examples of the material which can be doped with and dedoped with lithium include carbon materials such as graphite (graphite), non-graphitizable carbon (hard carbon), graphitizable carbon (soft carbon), carbon black, and activated carbon. Can be used alone or as a mixture. The particle size of the carbon particles is preferably several μm to several tens μm, and if the particle size is too small or too large, it becomes difficult to uniformly disperse these carbon particles in the binder. As a result, the electric resistance of the film may be too high.
【0035】ここで、難黒鉛化炭素(ハードカーボン)
とは、3000℃程度で熱処理されても黒鉛化しない炭
素材料であり、易黒鉛化炭素(ソフトカーボン)とは、
2800℃〜3000℃程度で熱処理された時に黒鉛化
する炭素材料である。Here, non-graphitizable carbon (hard carbon)
Is a carbon material that does not graphitize even when heat-treated at about 3000 ° C., and graphitizable carbon (soft carbon)
It is a carbon material that becomes graphitic when heat treated at about 2800 ° C. to 3000 ° C.
【0036】上記難黒鉛化炭素材料を生成するための出
発原料としては、フルフリルアルコールあるいはフルフ
ラールのホモポリマー、コポリマーよりなるフラン樹脂
が好適である。これは、このフラン樹脂を炭素化した炭
素材料が、(002)面の面間隔が0.37nm以上、
真密度1.70g/cc以下で示差熱分析(DTA)で
700℃以上に酸化発熱ピークを持たないからである。As a starting material for producing the above-mentioned non-graphitizable carbon material, furfuryl alcohol or furan resin composed of a homopolymer or copolymer of furfural is preferable. This is because the carbon material obtained by carbonizing this furan resin has a (002) plane spacing of 0.37 nm or more,
This is because, at a true density of 1.70 g / cc or less, there is no oxidation exothermic peak at 700 ° C. or more in differential thermal analysis (DTA).
【0037】また、この他の出発原料としては、特定の
H/C原子比を有する石油ピッチに酸素を含む官能基を
導入(いわゆる酸素架橋)した有機材料も前記フラン樹
脂と同様、炭素化したときに優れた特性の炭素材料とな
ることから使用することが可能である。As another starting material, an organic material in which a functional group containing oxygen is introduced into a petroleum pitch having a specific H / C atomic ratio (so-called oxygen cross-linking) is also carbonized similarly to the above-mentioned furan resin. It can be used because it sometimes becomes a carbon material having excellent characteristics.
【0038】前記石油ピッチは、コールタール、エチレ
ンボトム油、原油等の高温熱分解で得られるタール類、
アスファルトなどより蒸留(真空蒸留,常圧蒸留,スチ
ーム蒸留)、熱重縮合、抽出、化学重縮合等の操作によ
って得られる。The petroleum pitch includes tars obtained by high-temperature pyrolysis of coal tar, ethylene bottom oil, crude oil, etc.,
It is obtained by distillation (vacuum distillation, normal pressure distillation, steam distillation) from asphalt or the like, thermal polycondensation, extraction, chemical polycondensation, or the like.
【0039】このとき石油ピッチのH/C原子比が重要
で、難黒鉛化炭素とするためにはこのH/C原子比を
0.6〜0.8とする必要がある。At this time, the H / C atomic ratio of the petroleum pitch is important, and it is necessary to set the H / C atomic ratio to 0.6 to 0.8 in order to obtain non-graphitizable carbon.
【0040】これら石油ピッチに酸素を含む官能基を導
入する具体的な手段は限定されないが、例えば硝酸、混
酸、硫酸、次亜塩素酸等の水溶液による湿式法、あるい
は酸化性ガス(空気、酸素)による乾式法、さらに硫
酸、硝酸アンモニア、過硫酸アンモニア、塩化第二鉄等
の固体試薬による反応などが用いられる。The specific means for introducing an oxygen-containing functional group into these petroleum pitches is not limited. For example, a wet method using an aqueous solution of nitric acid, mixed acid, sulfuric acid, hypochlorous acid or the like, or an oxidizing gas (air, oxygen, etc.) ), And a reaction with a solid reagent such as sulfuric acid, ammonium nitrate, ammonium persulfate, and ferric chloride.
【0041】例えば、上記手法により石油ピッチに酸素
を含む官能基を導入した場合、炭素化の過程(約400
℃)で溶融することなく固相状態で最終の炭素材料が得
られ、それは難黒鉛化炭素の生成過程に類似する。For example, when a functional group containing oxygen is introduced into petroleum pitch by the above method, the carbonization process (about 400
C) without melting in the solid state to obtain the final carbon material, which is similar to the process of producing non-graphitizable carbon.
【0042】前述の手法により酸素を含む官能基を導入
した石油ピッチを炭素化して電極材とするが、炭素化の
際の条件は特に問わない。(002)面の面間隔が0.
37nm以上、真密度1.70g/cc以下、示差熱分
析(DTA)で700℃以上に酸化発熱ピークを持たな
いという特性を満足する炭素材料が得られるような炭素
化条件に設定すればよい。例えば、石油ピッチを酸素架
橋した前駆体の酸素含有量が10重量%以上となるよう
に条件設定することで、生成される炭素材料の(00
2)面間隔を0.37nm以上とすることができる。し
たがって、前記前駆体の酸素含有量は10重量%以上に
することが好ましく、実用的には10〜20重量%の範
囲である。The petroleum pitch into which the functional group containing oxygen has been introduced by the above-described method is carbonized into an electrode material, but the conditions for carbonization are not particularly limited. The (002) plane spacing is 0.
The carbonization condition may be set so as to obtain a carbon material satisfying the characteristics of 37 nm or more, true density of 1.70 g / cc or less, and having no exothermic oxidation peak at 700 ° C. or more by differential thermal analysis (DTA). For example, by setting conditions such that the oxygen content of a precursor obtained by oxygen-crosslinking petroleum pitch is 10% by weight or more, (0000)
2) The plane spacing can be 0.37 nm or more. Therefore, the oxygen content of the precursor is preferably set to 10% by weight or more, and is practically in the range of 10 to 20% by weight.
【0043】なお、前記酸素架橋を行う有機材料として
は、H/C原子比が0.6〜0.8であれば良く、以下
の出発原料をピッチ化等の前熱処理を行うことにより得
られたものが使用可能である。The organic material to be crosslinked with oxygen may have an H / C atomic ratio of 0.6 to 0.8, and can be obtained by subjecting the following starting materials to preheat treatment such as pitching. Can be used.
【0044】そのような出発原料としては、フェノール
樹脂、アクリル樹脂、ハロゲン化ビニル樹脂、ポリイミ
ド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、共役
系樹脂、セルロースおよびその誘導体等の有機高分子系
化合物や、ナフタレン、フェナントレン、アントラセ
ン、トリフェニレン、ピレン、ペリレン、ペンタフェ
ン、ペンタセンなどの縮合多環炭化水素化合物、その他
誘導体(例えばこれらのカルボン酸、カルボン酸無水
物、カルボン酸イミド等)、前記各化合物の混合物を主
成分とする各種ピッチ、アセナフチレン、インドール、
イソインドール、キノリン、イソキノリン、キノキサリ
ン、フタラジン、カルバゾール、アクリジン、フェナジ
ン、フェナントリジン等の縮合複素環化合物、その誘導
体である。Examples of such starting materials include phenolic resins, acrylic resins, vinyl halide resins, polyimide resins, polyamideimide resins, polyamide resins, conjugated resins, organic polymer compounds such as cellulose and derivatives thereof, and naphthalene. And condensed polycyclic hydrocarbon compounds such as phenanthrene, anthracene, triphenylene, pyrene, perylene, pentaphen, and pentacene, and other derivatives (eg, carboxylic acids, carboxylic anhydrides, and carboxylic imides thereof), and mixtures of the above compounds. Various pitches, acenaphthylene, indole,
Condensed heterocyclic compounds such as isoindole, quinoline, isoquinoline, quinoxaline, phthalazine, carbazole, acridine, phenazine, phenanthridine, and derivatives thereof.
【0045】また、易黒鉛化炭素の出発原料となる有機
材料としては、代表的なものとして石炭やピッチが挙げ
られる。As the organic material used as a starting material for graphitizable carbon, coal and pitch are representative.
【0046】ピッチは、コールタール、エチレンボトム
油、原油等の高温熱分解で得られるタール類、アスファ
ルト等より蒸留(真空蒸留、常圧蒸留、スチーム蒸
留)、熱重縮合、抽出、化学重縮合等の操作によって得
られるものや、その他木材乾留時に生成するピッチ等も
ある。The pitch is obtained by distillation (vacuum distillation, normal pressure distillation, steam distillation) from tars and asphalt obtained by pyrolysis of coal tar, ethylene bottom oil, crude oil, etc., hot polycondensation, extraction, chemical polycondensation. And the pitch generated during wood carbonization.
【0047】また、高分子化合物原料としてはポリ塩化
ビニル樹脂、ポリビニルアセテート、ポリビニルブチラ
ート、3,5−ジメチルフェノール樹脂等がある。The raw materials for the high molecular compound include polyvinyl chloride resin, polyvinyl acetate, polyvinyl butyrate, 3,5-dimethylphenol resin and the like.
【0048】これらの出発原料は、炭素化の途中最高4
00℃程度で液状で存在し、その温度で保持することで
芳香環同士が縮合、多環化して積層配向した状態とな
り、その後500℃程度以上の温度になると固体の炭素
前駆体則ちセミコークスを形成する。このような過程を
液相炭素化過程と呼び、易黒鉛化炭素の典型的な生成過
程である。These starting materials have a maximum of 4
It exists in a liquid state at about 00 ° C., and when held at that temperature, the aromatic rings are condensed and polycyclized to be in a stacked orientation state. When the temperature becomes about 500 ° C. or more, a solid carbon precursor, that is, semi-coke To form Such a process is called a liquid phase carbonization process and is a typical production process of graphitizable carbon.
【0049】前記の石炭、ピッチ、高分子化合物の原料
は、炭素化する際、当然のことながら前述の液相炭素過
程を経るものである。The raw materials of the coal, pitch, and polymer compound are naturally subjected to the above-mentioned liquid carbon process when carbonized.
【0050】その他、出発原料としてはナフタレン、フ
ェナントレン、アントラセン、トリフェニレン、ピレ
ン、ペリレン、ペンタフェン、ペンタセン等の縮合多環
炭化水素化合物、その他誘導体(例えばこれらのカルボ
ン酸、カルボン酸無水物、カルボン酸イミド等)、前記
各化合物の混合物、アセナフチレン、インドール、イソ
インドール、キノリン、イソキノリン、キノキサリン、
フタラジン、カルバゾール、アクリジン、フェナジン、
フェナントリジン等の縮合複素環化合物、その誘導体も
使用可能である。Other starting materials include condensed polycyclic hydrocarbon compounds such as naphthalene, phenanthrene, anthracene, triphenylene, pyrene, perylene, pentaphen, and pentacene, and other derivatives (for example, carboxylic acids, carboxylic anhydrides, and carboxylic imides thereof). Etc.), a mixture of the above compounds, acenaphthylene, indole, isoindole, quinoline, isoquinoline, quinoxaline,
Phthalazine, carbazole, acridine, phenazine,
Condensed heterocyclic compounds such as phenanthridine and derivatives thereof can also be used.
【0051】以上の原料有機材料を用いて炭素材料を得
る場合、例えば、窒素気流中、300〜700℃で炭化
した後、窒素気流中、昇温速度毎分1〜20℃、到達温
度900〜1300℃、到達温度での保持時間0〜5時
間程度の条件で焼成すれば良い。勿論、場合によっては
炭化操作を省略しても良い。When a carbon material is obtained using the above-mentioned raw material organic material, for example, after carbonizing at 300 to 700 ° C. in a nitrogen stream, the temperature is increased in a nitrogen stream at a rate of 1 to 20 ° C./min. What is necessary is just to bake on conditions of 1300 degreeC and holding time at the ultimate temperature 0-5 hours. Of course, in some cases, the carbonization operation may be omitted.
【0052】なお、以上に説明した難黒鉛化炭素及び易
黒鉛化炭素の出発原料又は前駆体にリン化合物を添加し
た後、上述の炭化及び焼成を行っても良い。The above-described carbonization and firing may be performed after the phosphorus compound is added to the starting material or precursor of the non-graphitizable carbon and the graphitizable carbon described above.
【0053】また、本発明の負極にグラファイト(黒
鉛)を用いる場合、天然黒鉛や、例えば、上述した易黒
鉛化炭素を前駆体として、これを2000℃以上の高温
で熱処理した人造黒鉛を用いることができる。When graphite (graphite) is used for the negative electrode of the present invention, natural graphite or artificial graphite obtained by heat-treating the above-mentioned graphitizable carbon as a precursor at a high temperature of 2000 ° C. or more is used. Can be.
【0054】なお、以上述べたグラファイト、易黒鉛化
炭素(ソフトカーボン)、難黒鉛化炭素(ハードカーボ
ン)及び活性炭の各性質を比較すると、次のようにな
る。The properties of graphite, graphitizable carbon (soft carbon), non-graphitizable carbon (hard carbon) and activated carbon described above are as follows.
【0055】結晶性は、活性炭、難黒鉛化炭素、易黒鉛
化炭素、グラファイトの順で高くなる。また、結晶の密
度は、活性炭、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、グラファ
イトの順で大きくなる。さらに、結晶の空孔度は、グラ
ファイト、易黒鉛化炭素、難黒鉛化炭素、活性炭の順で
大きくなる。また、焼成温度は、活性炭、難黒鉛化炭
素、易黒鉛化炭素、グラファイトの順で高くなる。ま
た、導電性は、活性炭、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、
グラファイトの順で高くなる。The crystallinity increases in the order of activated carbon, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, and graphite. The density of the crystal increases in the order of activated carbon, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, and graphite. Further, the porosity of the crystal increases in the order of graphite, graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, and activated carbon. The firing temperature is higher in the order of activated carbon, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, and graphite. The conductivity is activated carbon, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon,
It becomes higher in the order of graphite.
【0056】これらの他、リチウムをドープ、脱ドープ
可能な材料としては、例えば、ポリアセチレン、ポリピ
ロール等の高分子やSnO2等の酸化物が挙げられる。In addition to the above, examples of materials which can be doped and dedoped with lithium include polymers such as polyacetylene and polypyrrole and oxides such as SnO 2 .
【0057】なお、上述した正極活物質や負極活物質を
用いて正極及び負極を作製するには、従来公知のバイン
ダー樹脂、導電材、溶剤等を用いて常法に従って作製す
ることができる。In order to prepare a positive electrode and a negative electrode using the above-described positive electrode active material and negative electrode active material, the positive electrode and the negative electrode can be manufactured by a conventionally known method using a binder resin, a conductive material, a solvent and the like.
【0058】バインダー樹脂としては、例えば、ポリフ
ッ化ビニリデン(PVDF)やポリテトラフルオロエチ
レン(PTFE)等を好ましく使用することができる。
導電材としては、グラファイト等を好ましく使用するこ
とができる。As the binder resin, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE) and the like can be preferably used.
As the conductive material, graphite or the like can be preferably used.
【0059】バインダー樹脂溶解用溶剤としては、上述
したようなフッ素系バインダー樹脂を溶解することがで
きる種々の極性溶媒を使用することができ、例えば、ジ
メチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホ
ルムアミド、N−メチルピロリドンを好ましく使用する
ことができる。特に、フッ素系バインダー樹脂としてポ
リフッ化ビニリデン(PVDF)を使用した場合には、
N−メチルピロリドンを好ましく使用することができ
る。なお、上述した活物質とバインダー樹脂との混合割
合は、電極の形状等に応じて適宜決定することができ
る。As the solvent for dissolving the binder resin, various polar solvents capable of dissolving the above-mentioned fluorine-based binder resin can be used. For example, dimethylformamide, dimethylacetamide, methylformamide, N-methyl Pyrrolidone can be preferably used. In particular, when polyvinylidene fluoride (PVDF) is used as the fluorine-based binder resin,
N-methylpyrrolidone can be preferably used. Note that the mixing ratio of the active material and the binder resin described above can be appropriately determined according to the shape of the electrode and the like.
【0060】また、本発明に用いられる非水電解液は、
上記非水溶媒中に電解質を溶解してなるものである。The non-aqueous electrolyte used in the present invention comprises:
It is obtained by dissolving an electrolyte in the non-aqueous solvent.
【0061】この非水溶媒としては、従来の非水電解液
に用いられている非水溶媒を使用することができ、例え
ば、炭酸プロピレン、炭酸エチレン等の環状炭酸エステ
ル、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル等の鎖状炭酸エステ
ル、プロピオン酸メチル、酪酸メチル等のカルボン酸エ
ステル、γ−ブチロラクトン、スルホラン、2−メチル
テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のエーテル類
等を使用することができる。これらは単独で使用しても
良く、複数種を混合して使用しても良い。特に、酸化安
定性の点からは、炭酸エステルを含めることが好まし
い。As the non-aqueous solvent, non-aqueous solvents used in conventional non-aqueous electrolytes can be used. For example, cyclic carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate and the like can be used. And carboxylic acid esters such as methyl propionate and methyl butyrate, and ethers such as γ-butyrolactone, sulfolane, 2-methyltetrahydrofuran and dimethoxyethane. These may be used alone or in combination of two or more. In particular, from the viewpoint of oxidation stability, it is preferable to include a carbonate ester.
【0062】また、この非水溶媒に溶解される電解質と
しては、通常の電池電解液に用いられる電解質を使用す
ることができ、例えば、LiPF6,LiBF4,LiA
sF6,LiClO4,LiCF3SO3,LiN(SO2
CF3)2,LiC(SO2CF3)3,LiAlCl4,L
iSiF6等のリチウム塩が挙げられる。As the electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent, an electrolyte used in a normal battery electrolyte can be used. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiA
sF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2
CF 3 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiAlCl 4 , L
lithium salts such as iSiF 6 .
【0063】本発明に係る非水電解液二次電池は、上述
した正極、負極、非水電解液を適宜組み合わせて構成さ
れる。なお、非水電解液二次電池の他の構成、例えば、
セパレータ、電池缶、或いは電池形状等についても、従
来の非水電解液二次電池と同様に、円筒型、角型、コイ
ン型、ボタン型の種々の形状とすることができ、何れの
形状についても薄型タイプや大型タイプのものに適用す
ることができる。The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is constituted by appropriately combining the above-described positive electrode, negative electrode and non-aqueous electrolyte. In addition, other configurations of the non-aqueous electrolyte secondary battery, for example,
Separator, battery can, or battery shape, etc., like conventional non-aqueous electrolyte secondary batteries, can be cylindrical, square, coin, button-shaped various shapes, any shape It can also be applied to thin and large types.
【0064】[0064]
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について実験
結果に基づいて説明する。EXAMPLES Hereinafter, specific examples of the present invention will be described based on experimental results.
【0065】ここでは、正極中にアルカリ金属のフッ化
物を添加することによる電池の特性を評価するため、図
1に示すようなコイン型電池を次のように作製した。Here, in order to evaluate the characteristics of the battery by adding an alkali metal fluoride to the positive electrode, a coin-type battery as shown in FIG. 1 was manufactured as follows.
【0066】実施例1 まず、以下のように正極ペレット2を作製した。 Example 1 First, a positive electrode pellet 2 was prepared as follows.
【0067】始めに、炭酸マンガン粉末と炭酸リチウム
粉末を、LiとMnとの比Li/Mnが1/2となるよ
うに、めのう乳鉢を用いて混合した。First, manganese carbonate powder and lithium carbonate powder were mixed using an agate mortar so that the ratio Li / Mn of Li to Mn was 1/2.
【0068】そして、この混合粉末を電気炉を用いて常
圧の空気中にて800℃で加熱することにより、リチウ
ムマンガン複合酸化物を得た。この試料を粉末X線回折
により解析したところ、ISDDカード35−782に
記載のLiMn2O4に一致した。また、この得られたリ
チウムマンガン複合酸化物は、スピネル型結晶構造を有
していた。Then, the mixed powder was heated at 800 ° C. in air at normal pressure using an electric furnace to obtain a lithium manganese composite oxide. When this sample was analyzed by powder X-ray diffraction, it was consistent with LiMn 2 O 4 described in ISDD card 35-782. Further, the obtained lithium manganese composite oxide had a spinel type crystal structure.
【0069】そして、得られたリチウムマンガン複合酸
化物の粉末に、LiF粉末と、導電助材としてグラファ
イトと、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンとを混
合し、さらに、ジメチルホルムアミドを適宜滴下して混
練し、その後、この混合物を乾燥させたものを粉砕し
て、正極合剤を得た。このとき、LiFの混入量は、正
極合剤の乾燥重量当たり0.5重量%とした。Then, LiF powder, graphite as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride as a binder were mixed with the obtained lithium manganese composite oxide powder, and dimethylformamide was added dropwise and kneaded as appropriate. Thereafter, the dried mixture was pulverized to obtain a positive electrode mixture. At this time, the mixing amount of LiF was 0.5% by weight based on the dry weight of the positive electrode mixture.
【0070】そして、この正極合剤をアルミニウムメッ
シュと共に加圧成形し、直径15.5mmの円形状に打
ち抜くことにより、正極ペレット2を得た。Then, this positive electrode mixture was pressure-formed together with an aluminum mesh, and punched into a circular shape having a diameter of 15.5 mm, whereby a positive electrode pellet 2 was obtained.
【0071】次に、リチウム金属箔を直径15.5mm
の円形状に打ち抜くことにより負極ペレット3を作製
し、この負極ペレット3を予め用意された電池蓋4に加
圧プレス装置で圧着した。Next, a lithium metal foil was applied with a diameter of 15.5 mm.
The negative electrode pellet 3 was produced by punching out into a circular shape, and the negative electrode pellet 3 was pressure-bonded to a previously prepared battery lid 4 by a pressure press device.
【0072】そして、上記正極ペレット2を電池缶5内
に配し、その正極ペレット2上にポリプロピレン製セパ
レータ6を載置した。これに、プロピレンカーボネート
中にLiPF6を1mol/l溶解させてなる非水電解
液を注液し、上記負極ペレット3が圧着された電池蓋4
を載せ、ガスケット7によりかしめて封口し、コイン型
電池を作製した。Then, the positive electrode pellet 2 was placed in a battery can 5, and a polypropylene separator 6 was placed on the positive electrode pellet 2. A non-aqueous electrolyte obtained by dissolving 1 mol / l of LiPF 6 in propylene carbonate was poured into the mixture, and the battery cover 4 to which the negative electrode pellet 3 was pressed was attached.
Was placed thereon, swaged with a gasket 7 and sealed to produce a coin-type battery.
【0073】実施例2 正極合剤中のLiFの混入量を正極合剤の乾燥重量当た
り5重量%とした以外は、実施例1と同様にしてコイン
型電池を作製した。 Example 2 A coin-type battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the amount of LiF mixed in the positive electrode mixture was 5% by weight based on the dry weight of the positive electrode mixture.
【0074】実施例3 正極合剤中のLiFの混入量を正極合剤の乾燥重量当た
り10重量%とした以外は、実施例1と同様にしてコイ
ン型電池を作製した。 Example 3 A coin-type battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the amount of LiF mixed in the positive electrode mixture was 10% by weight based on the dry weight of the positive electrode mixture.
【0075】実施例4 正極合剤中にLiFの代わりにNaFを混入させ、この
NaFの正極合剤中の混入量を正極合剤の乾燥重量当た
り0.5重量%とした以外は、実施例1と同様にしてコ
イン型電池を作製した。 Example 4 The procedure of Example 4 was repeated except that NaF was mixed in the positive electrode mixture instead of LiF, and the amount of NaF mixed in the positive electrode mixture was 0.5% by weight based on the dry weight of the positive electrode mixture. In the same manner as in Example 1, a coin-type battery was produced.
【0076】実施例5 正極合剤中にLiFの代わりにNaFを混入させ、この
NaFの正極合剤中の混入量を正極合剤の乾燥重量当た
り5.0重量%とした以外は、実施例1と同様にしてコ
イン型電池を作製した。 Example 5 The procedure of Example 5 was repeated except that NaF was mixed in the positive electrode mixture instead of LiF, and the amount of NaF mixed in the positive electrode mixture was 5.0% by weight based on the dry weight of the positive electrode mixture. In the same manner as in Example 1, a coin-type battery was produced.
【0077】実施例6 正極合剤中にLiFの代わりにNaFを混入させ、この
NaFの正極合剤中の混入量を正極合剤の乾燥重量当た
り10.0重量%とした以外は、実施例1と同様にして
コイン型電池を作製した。 Example 6 Example 10 was repeated except that NaF was mixed in the positive electrode mixture instead of LiF, and the amount of NaF mixed in the positive electrode mixture was 10.0% by weight based on the dry weight of the positive electrode mixture. In the same manner as in Example 1, a coin-type battery was produced.
【0078】実施例7 正極合剤中にLiFの代わりにKFを混入させ、このK
Fの正極合剤中の混入量を正極合剤の乾燥重量当たり
0.5重量%とした以外は、実施例1と同様にしてコイ
ン型電池を作製した。 Example 7 KF was mixed in the positive electrode mixture instead of LiF.
A coin-type battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of F mixed into the positive electrode mixture was 0.5% by weight based on the dry weight of the positive electrode mixture.
【0079】実施例8 正極合剤中にLiFの代わりにKFを混入させ、このK
Fの正極合剤中の混入量を正極合剤の乾燥重量当たり
5.0重量%とした以外は、実施例1と同様にしてコイ
ン型電池を作製した。 Example 8 Instead of LiF, KF was mixed in the positive electrode mixture.
A coin-type battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of F mixed in the positive electrode mixture was 5.0% by weight based on the dry weight of the positive electrode mixture.
【0080】実施例9 正極合剤中にLiFの代わりにKFを混入させ、このK
Fの正極合剤中の混入量を正極合剤の乾燥重量当たり1
0.0重量%とした以外は、実施例1と同様にしてコイ
ン型電池を作製した。 Example 9 KF was mixed in the positive electrode mixture instead of LiF.
The amount of F mixed in the positive electrode mixture was 1 to the dry weight of the positive electrode mixture.
A coin-type battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the content was changed to 0.0% by weight.
【0081】比較例 正極合剤中にNaFを混入せずに、それ以外は実施例1
と同様にしてコイン型電池を作製した。[0081] without mixing NaF in Comparative Examples cathode mixture, otherwise Example 1
In the same manner as in the above, a coin-type battery was produced.
【0082】<充放電サイクルの評価>実施例1〜実施
例9及び比較例で作製した電池について、電池温度を6
0℃として次に示すような充放電試験を行った。<Evaluation of Charge / Discharge Cycle> For the batteries prepared in Examples 1 to 9 and Comparative Example, the battery temperature was set at 6
At 0 ° C., the following charge / discharge test was performed.
【0083】先ず、各電池に対して、電流密度を0.2
7mA/cm2 とし、回路電圧が4.2Vに達するまで
定電流充電を行い、その後、回路電圧が4.2Vに達し
た時点から満充電まで電圧を4.2Vに一定として定電
圧充電を行った。First, the current density was set to 0.2 for each battery.
At 7 mA / cm 2 , constant current charging was performed until the circuit voltage reached 4.2 V, and then constant voltage charging was performed with the voltage kept constant at 4.2 V from the time the circuit voltage reached 4.2 V until full charge. Was.
【0084】次に、充電後の各電池に対して、終止電圧
が3.7Vとなるまで放電を行った。この充放電を1サ
イクルとした。Next, each of the charged batteries was discharged until the final voltage reached 3.7V. This charge / discharge was defined as one cycle.
【0085】そして、各電池に対して上記の充放電サイ
クルを繰り返し、それぞれの電池について各充放電サイ
クル後の通電量から放電容量を求めて、最終的にその値
から容量保持率を求めた。その結果を図2、図3及び図
4に示す。ここで、容量保持率とは、初回サイクル後の
放電容量を100%とし、各サイクルにおける放電容量
の割合を求めたものである。Then, the above-mentioned charge / discharge cycle was repeated for each battery, and the discharge capacity was obtained from the amount of electricity after each charge / discharge cycle for each battery, and finally the capacity retention was obtained from the value. The results are shown in FIGS. 2, 3 and 4. Here, the capacity retention rate is obtained by assuming that the discharge capacity after the first cycle is 100% and the ratio of the discharge capacity in each cycle.
【0086】図2、図3及び図4の結果から明らかなよ
うに、正極合剤中にアルカリ金属のフッ化物を混入させ
た実施例1〜実施例9は、正極合剤中にアルカリ金属の
フッ化物を混入させていない比較例よりも、アルカリ金
属の種類に関わらず、充放電サイクルに伴う放電容量の
劣化が抑制されることがわかった。As is clear from the results shown in FIGS. 2, 3 and 4, Examples 1 to 9 in which the alkali metal fluoride was mixed in the positive electrode mixture, contained the alkali metal in the positive electrode mixture. It was found that the deterioration of the discharge capacity due to the charge / discharge cycle was suppressed, irrespective of the type of the alkali metal, as compared with the comparative example in which no fluoride was mixed.
【0087】したがって、本発明を適用した非水電解液
二次電池では、正極合剤中にアルカリ金属のフッ化物を
混入することにより、充放電サイクルに伴う電池特性の
劣化を効果的に抑制することができると判明した。Therefore, in the non-aqueous electrolyte secondary battery to which the present invention is applied, deterioration of battery characteristics due to charge / discharge cycles is effectively suppressed by mixing alkali metal fluoride into the positive electrode mixture. It turns out that it can.
【0088】また、図2、図3及び図4の結果から明ら
かなように、実施例3と実施例4、実施例5と実施例6
及び実施例8と実施例9をそれぞれ比較すると、実施例
3と実施例4、実施例5と実施例6及び実施例8と実施
例9は、それぞれアルカリ金属のフッ化物の添加量が互
いに異なるにもかかわらず、充放電サイクルに伴う放電
容量の劣化効果にそれほど差異がない。このことから、
実施例4、実施例6及び実施例9においてそれぞれ添加
されたアルカリ金属のフッ化物の添加量である正極合剤
中10重量%という割合が、サイクル劣化抑制効果を十
分発揮する割合としては十分であり、これを超えてアル
カリ金属のフッ化物の添加量を増やしても実施例4、実
施例6及び実施例9以上の著しい効果が現れるとは考え
られない。As is apparent from the results shown in FIGS. 2, 3 and 4, the third and fourth embodiments, the fifth and sixth embodiments, and the like.
When comparing Example 8 and Example 9, respectively, Example 3 and Example 4, Example 5 and Example 6, and Example 8 and Example 9 differ from each other in the amount of addition of the alkali metal fluoride. Nevertheless, there is not much difference in the effect of deterioration of the discharge capacity due to the charge / discharge cycle. From this,
In the positive electrode mixture, which is the amount of the alkali metal fluoride added in each of Examples 4, 6, and 9, the ratio of 10% by weight in the positive electrode mixture is not enough to sufficiently exhibit the cycle deterioration suppressing effect. However, even if the amount of addition of the alkali metal fluoride is increased beyond this range, it is not considered that the remarkable effects of the fourth, sixth, and ninth embodiments or more are exhibited.
【0089】また、アルカリ金属のフッ化物は、電池の
充放電反応には寄与せず、その占有容積分だけ電池容器
内部の正極や負極の活物質充填量を減らさなければなら
ない。そのため、余り多量にアルカリ金属のフッ化物を
混合すると、電池の充放電容量の減少につながる。よっ
て、電池性能劣化を抑制する効果が十分確保される範囲
を超えて、アルカリ金属のフッ化物の添加量を増やすこ
とは望ましくないといえる。Further, the fluoride of the alkali metal does not contribute to the charge / discharge reaction of the battery, and the amount of the active material filled in the positive electrode and the negative electrode in the battery container must be reduced by the occupied volume. Therefore, if an excessively large amount of the alkali metal fluoride is mixed, the charge / discharge capacity of the battery is reduced. Therefore, it can be said that it is not desirable to increase the addition amount of the alkali metal fluoride beyond the range where the effect of suppressing the battery performance deterioration is sufficiently ensured.
【0090】これらのことより、本発明を適用した非水
電解液二次電池において、電池性能劣化抑制に十分効果
があり、且つ電池の初期放電容量を大きく低下させない
ためには、アルカリ金属フッ化物の添加量を正極合剤の
乾燥重量当たり0.5重量%以上、10重量%以下とす
ることが好ましく、より好ましくは0.5重量%以上、
5.0重量%以下とすることが良いといえる。From these facts, in the non-aqueous electrolyte secondary battery to which the present invention is applied, in order to have a sufficient effect on suppressing the battery performance deterioration and not to greatly reduce the initial discharge capacity of the battery, it is necessary to use an alkali metal fluoride. Is preferably 0.5% by weight or more and 10% by weight or less based on the dry weight of the positive electrode mixture, more preferably 0.5% by weight or more,
It can be said that it is better to be 5.0% by weight or less.
【0091】[0091]
【発明の効果】したがって、本発明によれば、正極中に
アルカリ金属のフッ化物が含有されるため、正極活物質
の劣化を極力抑えることができて、高温環境等の厳しい
環境下でも使用に耐え得る保存特性に優れた非水電解液
二次電池を提供することができる。As described above, according to the present invention, since the positive electrode contains an alkali metal fluoride, the deterioration of the positive electrode active material can be suppressed as much as possible, and the positive electrode can be used even in a severe environment such as a high temperature environment. It is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent storage characteristics that can be endured.
【図1】本発明を適用したコイン型非水電解液二次電池
の一例を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery to which the present invention is applied.
【図2】実施例1〜実施例3及び比較例における充放電
サイクルと容量保持率との関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a charge / discharge cycle and a capacity retention in Examples 1 to 3 and Comparative Example.
【図3】実施例4〜実施例6及び比較例における充放電
サイクルと容量保持率との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a charge / discharge cycle and a capacity retention in Examples 4 to 6 and Comparative Example.
【図4】実施例7〜実施例9及び比較例における充放電
サイクルと容量保持率との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a charge / discharge cycle and a capacity retention in Examples 7 to 9 and Comparative Example.
1 コイン型電池、 2 正極ペレット、 3 負極ペ
レット、 4 電池蓋、5 電池缶、6 セパレータ、
7 ガスケット1 coin-type battery, 2 positive electrode pellet, 3 negative electrode pellet, 4 battery cover, 5 battery can, 6 separator,
7 Gasket
Claims (4)
との複合酸化物を含有する正極と、 リチウム金属、リチウム合金又はリチウムをドープ、脱
ドープすることが可能な材料を含有する負極と、 非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液とを備
え、 上記正極は、アルカリ金属のフッ化物を含有することを
特徴とする非水電解液二次電池。A positive electrode containing a manganese oxide or a composite oxide of lithium and manganese; a negative electrode containing a lithium metal, a lithium alloy, or a material capable of doping and undoping lithium; a non-aqueous solvent And a non-aqueous electrolyte in which an electrolyte is dissolved, wherein the positive electrode contains an alkali metal fluoride.
極中に乾燥重量当たり0.5重量%以上、10重量%以
下含有されることを特徴とする請求項1記載の非水電解
液二次電池。2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the alkali metal fluoride is contained in the positive electrode in an amount of 0.5% by weight or more and 10% by weight or less based on dry weight. battery.
F,NaF,KFのうちの少なくとも何れか1種である
こと特徴とする請求項2記載の非水電解液二次電池。3. The fluoride of an alkali metal is Li
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 2, wherein the secondary battery is at least one of F, NaF, and KF.
はリチウムとマンガンとの複合酸化物は、スピネル型結
晶構造を有することを特徴とする請求項1記載の非水電
解液二次電池。4. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the manganese oxide or the composite oxide of lithium and manganese used for the positive electrode has a spinel-type crystal structure.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10052495A JPH11250914A (en) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10052495A JPH11250914A (en) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11250914A true JPH11250914A (en) | 1999-09-17 |
Family
ID=12916307
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP10052495A Withdrawn JPH11250914A (en) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH11250914A (en) |
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-
1998
- 1998-03-04 JP JP10052495A patent/JPH11250914A/en not_active Withdrawn
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