JPH1140154A - Electrode and battery using it - Google Patents

Electrode and battery using it

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JPH1140154A
JPH1140154A JP9193613A JP19361397A JPH1140154A JP H1140154 A JPH1140154 A JP H1140154A JP 9193613 A JP9193613 A JP 9193613A JP 19361397 A JP19361397 A JP 19361397A JP H1140154 A JPH1140154 A JP H1140154A
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positive electrode
carbonate
battery
carbon
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享子 井川
Shigeo Tsuruoka
重雄 鶴岡
Masanori Yoshikawa
正則 吉川
Tadashi Muranaka
村中  廉
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve battery characteristics by specifying the composition of a positive electrode active material and using a mixture of graphite, having specific Lc and carbon black, as a conductive agent for the active material. SOLUTION: At least one kind of material to be used for a positive electrode active material is a compound oxide having Formula I (in the formula, A stands for one or more metals selected form alkali metals, P is one or more elements selected form among Mg, B, P, and In, M is one or more elements selected from among Mn, Co, and Al, N for is one or more element selected from among Si, Al, Ca, Cu, Sn, Mo, Nb, Y, and Bi; and w, v, z, y, z for the numbers of respective formulas II, III, IV, V, VI) and a mixture of graphite having 150 Åor higher Lc, and a carbon block having 50 m<2> /g larger specific surface area is used as the conductive agent for the positive electrode active material. The life of the positive electrode can be extended by Mn, Co, and Al and further by B, P, and Si, and moreover by adding graphite and carbon black such as those, the electron conductivity of the electrode itself can be enhanced.

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】本発明は可逆的に複数回の充
放電が可能な電池に係り、特に非水電解液を用いた二次
電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery that can be reversibly charged and discharged a plurality of times, and more particularly to a secondary battery using a non-aqueous electrolyte.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、二次電池はパソコンや携帯電話な
どの電源として、あるいは電気自動車や電力貯蔵用の電
源として、なくてはならない重要な構成要素の一つとな
っている。
2. Description of the Related Art In recent years, secondary batteries have become one of the essential components that are indispensable as power sources for personal computers and mobile phones, or as power sources for electric vehicles and power storage.

【0003】携帯型コンピュータ(ペンコンピュータと
呼ばれるものも含む)や携帯情報端末(Personal Digit
al Assistant、あるいはPersonal Intelligent
Communicator、あるいはハンドヘルド・コミュニケ
ータ)といった移動体通信(モービル・コンピューティ
ング)が必要とされる要求として、小型化,軽量化が挙
げられる。しかし、液晶表示パネルのバックライトや描
画制御によって消費される電力が高いことや、二次電池
の容量が現状ではまだ不十分であることなどの点から、
システムのコンパクト化,軽量化が難しい状況にある。
[0003] Portable computers (including those called pen computers) and personal digital assistants (Personal Digit)
al Assistant or Personal Intelligent
A demand for mobile communication (mobile computing) such as a Communicator or a handheld communicator is reduction in size and weight. However, the power consumed by the backlight and drawing control of the liquid crystal display panel is high, and the capacity of the secondary battery is still insufficient at present,
It is difficult to make the system compact and lightweight.

【0004】さらに、地球環境問題の高まりとともに排
ガスや騒音を出さない電気自動車が関心を集めている。
しかし、現状の電池ではエネルギー密度,出力密度が低
いことから走行距離が短い,加速性が悪い,車内のスペ
ースが狭い,車体の安定性が悪いなどの問題点が生じて
いる。
[0004] Further, with the increase of global environmental problems, electric vehicles that do not emit exhaust gas and noise have attracted attention.
However, current batteries have problems such as short running distance, poor acceleration, small space inside the vehicle, and poor stability of the vehicle body due to low energy density and low output density.

【0005】二次電池の中でも特に非水電解液を用いた
リチウム二次電池は、電圧が高く、かつ軽量で、高いエ
ネルギー密度が期待されることから注目されている。こ
の二次電池の正極材料としては、ポリアニリン,ポリア
セン,ポリパラフェニレンなどの導電性高分子やLix
CoO2,LixNiO2,LixMn24,LixFe
2,V25,Cr25,MnO2 などの遷移金属の酸
化物,TiS2,MoS2などのカルコゲナイト化合物等
が代表的である。特に特開昭55−136131号公報で開示さ
れているLixCoO2,LixNiO2等の二次電池正極
はLi金属を負極として用いた場合4V以上の起電力を
有することから高エネルギー密度が期待できる。
[0005] Among secondary batteries, lithium secondary batteries using a non-aqueous electrolyte are particularly attracting attention because of their high voltage, light weight, and high energy density. As the positive electrode material of this secondary battery, conductive polymers such as polyaniline, polyacene, polyparaphenylene and Li x
CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x Mn 2 O 4 , Li x Fe
Representative examples are oxides of transition metals such as O 2 , V 2 O 5 , Cr 2 O 5 , and MnO 2, and chalcogenite compounds such as TiS 2 and MoS 2 . In particular, the positive electrode of a secondary battery such as Li x CoO 2 or Li x NiO 2 disclosed in JP-A-55-136131 has an electromotive force of 4 V or more when Li metal is used as the negative electrode. Can be expected.

【0006】しかし、これらは現実には実際に利用しう
る容量がまだ低い、あるいは寿命が短いなどの他、充放
電時における過電圧,自己放電特性や高温特性などの点
でまだ充分な性能とは言えない。また、過充電時に正極
活物質が発熱分解し熱暴走を起こして、電池が発火,爆
発するなど、安全性の面でも問題があった。従来、正極
の高容量化,長寿命化を達成するため、さまざまな活物
質組成が提案されている。例えば、サイクル特性を改善
するものとしては、正極活物質に化学式LixMO2(MはC
o,Ni,Fe,Mnのうちから選択される1種又は2
種以上の元素を表す)で示されるリチウム含有複合酸化
物を用いること(特開平2−306022 号公報)、あるいは
化学式LixyGezp(MはCo,Ni,Mnから選
ばれる1種以上の遷移金属元素,0.9≦x≦1.3,
0.8≦y≦2.0,0.01≦z≦0.2,2.0≦p≦
4.5)で示される複合酸化物を用いること(特開平7−2
9603号公報)が開示されている。
[0006] However, these are not enough performances in terms of overvoltage, self-discharge characteristics, high temperature characteristics and the like during charging and discharging, in addition to the fact that the actually usable capacity is still low or the life is short. I can not say. In addition, there is also a problem in terms of safety such that the positive electrode active material is decomposed by heat during overcharge, causing thermal runaway, and the battery ignites and explodes. Conventionally, various active material compositions have been proposed in order to achieve higher capacity and longer life of a positive electrode. For example, in order to improve the cycle characteristics, the positive electrode active material may have the chemical formula Li x MO 2 (M is C
one or two selected from o, Ni, Fe, Mn
The use of a lithium-containing composite oxide represented by representing the kind of element) (1 JP-A-2-306022), or the formula Li x M y Ge z O p (M is chosen Co, Ni, Mn, More than one transition metal element, 0.9 ≦ x ≦ 1.3,
0.8 ≦ y ≦ 2.0, 0.01 ≦ z ≦ 0.2, 2.0 ≦ p ≦
Use of the composite oxide shown in 4.5) (Japanese Patent Laid-Open No. 7-2
No. 9603).

【0007】また、サイクル特性,自己放電特性を改善
するものとしては、Axyz2(Aはアルカリ金属か
ら選ばれた少なくとも1種であり、Mは遷移金属であ
り、NはAl,In,Snの群から選ばれた少なくとも
1種を表わし、0.05≦x≦1.10,0.85≦y≦
1.00,0.001≦z≦10)で示される複合酸化物
を使用することが(特開平7−176302 号公報)、また、
容量,サイクル特性を改善するものとしては、Liy
(1-x)x2(MはCu,Zn,Nb,Mo,Wの群
から選ばれる少なくとも1種の元素、0<x<1,0.
9≦y≦1.3)で示される複合酸化物を使用する(特
開平6−283174号公報)ことなどが開示されている。
Further, the cycle characteristics, those for improving the self-discharge characteristics, A x M y N z O 2 (A is at least one selected from alkali metal, M is a transition metal, N is the Represents at least one selected from the group consisting of Al, In, and Sn, wherein 0.05 ≦ x ≦ 1.10, 0.85 ≦ y ≦
1.00, 0.001 ≦ z ≦ 10) (JP-A-7-176302).
To improve capacity and cycle characteristics, Li y N
i (1-x) M x O 2 (M is at least one element selected from the group consisting of Cu, Zn, Nb, Mo, and W; 0 <x <1,0.
It discloses that a composite oxide represented by 9 ≦ y ≦ 1.3) is used (Japanese Patent Laid-Open No. 6-283174).

【0008】また、サイクル特性を改善し、負荷特性を
高くするものとしては、化学式LixMgyCozNi
1-y-za(0.95≦x≦1.05,0.02≦z≦0.1
5ならば、0.003<y<0.02,z<0.02なら
ば、0.003<y<0.05,a=2)で示される複合
酸化物を用いること(特開平8−185863 号公報)などが
開示されている。
In order to improve the cycle characteristics and increase the load characteristics, a chemical formula Li x Mg y Co z Ni is used.
1-yz O a (0.95 ≦ x ≦ 1.05, 0.02 ≦ z ≦ 0.1
5, a composite oxide represented by 0.003 <y <0.02, and if z <0.02, 0.003 <y <0.05, a = 2) is used. No. 185863).

【0009】さらに、充放電時における過電圧を低下さ
せ、容量劣化を抑えるため、正極に添加する導電剤とし
て、一次粒径の平均が0.1μm 以下のカーボンブラッ
クと平均粒径が20μm以下の黒鉛との混合材料を使用
する(特開平8−222206号 公報)ことなどが開示されて
いる。
Further, in order to reduce overvoltage during charging and discharging and to suppress capacity deterioration, as a conductive agent added to the positive electrode, carbon black having an average primary particle size of 0.1 μm or less and graphite having an average particle size of 20 μm or less are used. (Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 8-222206) and the like are disclosed.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】正極活物質に化学式L
xMO2(MはCo,Ni,Fe,Mnのうちから選択
される1種又は2種以上の元素を表す)で示されるリチ
ウム含有複合酸化物を用いる場合、サイクル寿命は改善
される。しかし、容量の面では充分な特性とは言い難
い。また、電圧が低下するなどの欠点を有する。Axy
z2(Aはアルカリ金属から選ばれた少なくとも1種
であり、Mは遷移金属であり、NはAl,In,Snの
群から選ばれた少なくとも1種を表わし、0.05≦x
≦1.10,0.85≦y≦1.00,0.001≦z≦
0.10)で示される複合酸化物を使用する場合にも同
様にサイクル寿命は改善されるが、実際に充放電に利用
しうる容量は低下するため高容量化には至らない。
The positive electrode active material has the formula L
i x MO 2 (M is Co, Ni, Fe, represents one or more elements selected from among Mn) when using a lithium-containing composite oxide represented by the cycle life is improved. However, it is hard to say that the characteristics are sufficient in terms of capacity. In addition, it has disadvantages such as a decrease in voltage. A x M y
N z O 2 (A is at least one selected from alkali metals, M is a transition metal, N is at least one selected from the group consisting of Al, In and Sn, and 0.05 ≦ x
≤ 1.10, 0.85 ≤ y ≤ 1.00, 0.001 ≤ z ≤
When the composite oxide represented by 0.10) is used, the cycle life is similarly improved, but the capacity that can be actually used for charging and discharging is reduced, so that the capacity cannot be increased.

【0011】正極活物質に化学式LixyGezp(M
はCo,Ni,Mnから選ばれる1種以上の遷移金属元
素,0.9≦x≦1.3,0.8≦y≦2.0,0.01≦
z≦0.2,2.0≦p≦4.5)で示される複合酸化物を
用いる場合、容量,サイクル寿命の点では改善される。
[0011] The chemical in the positive electrode active material formula Li x M y Ge z O p (M
Is one or more transition metal elements selected from Co, Ni, and Mn, 0.9 ≦ x ≦ 1.3, 0.8 ≦ y ≦ 2.0, 0.01 ≦
When a composite oxide represented by z ≦ 0.2, 2.0 ≦ p ≦ 4.5) is used, the capacity and cycle life are improved.

【0012】しかし、過充電時の熱暴走反応を抑制する
ことはできない。LiyNi(1-x)MxO2(MはCu,Zn,N
b,Mo,Wの群から選ばれる少なくとも1種の元素、
0<x<1,0.9≦y≦1.3)で示される複合酸化物
を使用する場合や化学式LixMgyCozNi1-y-za
(0.95≦x≦1.05,0.02≦z≦0.15なら
ば、0.003<y<0.02,z<0.02ならば、0.
003<y<0.05,a=2)で示される複合酸化物を用
いる場合にも同様である。
However, the thermal runaway reaction at the time of overcharging cannot be suppressed. Li y Ni (1-x) M x O 2 (M is Cu, Zn, N
at least one element selected from the group consisting of b, Mo, and W;
0 <x <1,0.9 ≦ y ≦ 1.3) When using a composite oxide represented by or formula Li x Mg y Co z Ni 1 -yz O a
(If 0.95 ≦ x ≦ 1.05, 0.02 ≦ z ≦ 0.15, then 0.003 <y <0.02, if z <0.02, 0.0.
003 <y <0.05, a = 2).

【0013】正極に添加する導電剤として、一次粒径の
平均が0.1μm 以下のカーボンブラックと平均粒径が
20μm以下の黒鉛との混合材料を使用することによ
り、充放電時における過電圧を低下させ、サイクル劣化
を抑制できる。しかし粒径の制御だけでは、急速放電特
性、すなわちレート特性を改善することはできない。こ
のように、二次電池用正極材料の高容量化,長寿命化,
充放電時における過電圧の低下,レート特性の改善に加
えて、安全性の面で充分な改善方法はあまり見出されて
いない。
By using a mixed material of carbon black having an average primary particle size of 0.1 μm or less and graphite having an average particle size of 20 μm or less as a conductive agent to be added to the positive electrode, overvoltage during charging and discharging is reduced. Thus, cycle deterioration can be suppressed. However, control of the particle size alone cannot improve the rapid discharge characteristics, that is, the rate characteristics. As described above, the capacity and the life of the positive electrode material for secondary batteries can be increased,
In addition to the reduction of the overvoltage during charging and discharging and the improvement of the rate characteristics, a sufficient improvement method in terms of safety has not been found.

【0014】本発明は二次電池用材料のこれらの電池特
性の改善を図ることを目的とする。
An object of the present invention is to improve these battery characteristics of a secondary battery material.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の電池は、正極活
物質の少なくとも一種は、一般式AwPvNixMyNzO2(但しA
はアルカリ金属から選ばれた少なくとも1種であり、P
はMg,B,P,Inから選ばれた少なくとも1種であ
り、MはMn,Co,Alから選ばれた少なくとも1種
であり、NはSi,Al,Ca,Cu,Sn,Mo,N
b,Y,Biから選ばれた少なくとも1種を表わし、
w,v,x,y,zはそれぞれ0.05≦w≦1.2,
0.0001≦v≦0.2,0.5≦x≦0.95,0.0
05≦y≦0.5,0≦z≦0.2の数を表わす)で示さ
れる複合酸化物であり、前記正極活物質の導電剤として
Lcが150Å以上の黒鉛と比表面積が50m2/g 以
上のカーボンブラックとの混合物を使用することを特徴
とする。
Means for Solving the Problems The battery of the present invention, at least one of the positive electrode active material has the general formula A w P v Ni x M y N z O 2 ( where A
Is at least one selected from alkali metals, and P
Is at least one selected from Mg, B, P, In, M is at least one selected from Mn, Co, Al, and N is Si, Al, Ca, Cu, Sn, Mo, N
represents at least one selected from b, Y, and Bi;
w, v, x, y, z are respectively 0.05 ≦ w ≦ 1.2,
0.0001 ≦ v ≦ 0.2, 0.5 ≦ x ≦ 0.95, 0.0
05 ≦ y ≦ 0.5, 0 ≦ z ≦ 0.2), a graphite having an Lc of 150 ° or more as a conductive agent of the positive electrode active material, and a specific surface area of 50 m 2 / g or more of a mixture with carbon black.

【0016】本発明の新規な電池における正極活物質は
一般式AwvNixyz2で示されるものであって、
Aはアルカリ金属から選ばれた少なくとも一種、例えば
Li,Na,Kであり、中でもLiが好ましい。wの値
は充電状態,放電状態により変動し、その範囲は0.0
5≦w≦1.2である。即ち充電によりAイオンのディ
インターカレーションが起こりwの値は小さくなり、放
電によりAイオンのインターカレーションが起こりwの
値は大きくなる。
[0016] be one positive electrode active material in the novel cells of this invention represented by the general formula A w P v Ni x M y N z O 2,
A is at least one selected from alkali metals, for example, Li, Na, and K, and among them, Li is preferable. The value of w varies depending on the charge state and the discharge state, and the range is 0.0.
5 ≦ w ≦ 1.2. In other words, deintercalation of A ions occurs due to charging and the value of w decreases, and intercalation of A ions occurs and discharging increases the value of w.

【0017】また、PはMg,B,P,Inから選ばれ
た少なくとも1種であって、好ましくは、Mgであり、
さらに好ましくはMgとPの組合せである。Nの量を表
わすvの値は充電,放電により変動しないが、0.00
01≦v≦0.02の範囲である。vの値が0.0001
未満の場合、Nの効果が充分発揮されず、高容量を得
るための深い充電,深い放電におけるサイクル性が悪
く、容量も低下し、好ましくない。また、vの値が0.
2を越える場合には容量が低下して好ましくない。Mg
とPの組合せにおけるMg/Pの原子比は、0.1 以
上,12以下が望ましい。
P is at least one selected from Mg, B, P, and In, and is preferably Mg,
More preferably, it is a combination of Mg and P. Although the value of v representing the amount of N does not fluctuate due to charging and discharging, it is 0.00
It is in the range of 01 ≦ v ≦ 0.02. The value of v is 0.0001
If it is less than N, the effect of N is not sufficiently exhibited, the cycleability in deep charge and deep discharge for obtaining a high capacity is poor, and the capacity is undesirably reduced. In addition, the value of v is set to 0.
If it exceeds 2, the capacity is undesirably reduced. Mg
The atomic ratio of Mg / P in the combination of P and P is preferably 0.1 or more and 12 or less.

【0018】また、Ni量を表わすxの値は0.5≦x
≦0.95の範囲である。xの値が0.5未満の場合、容
量は著しく低下し、好ましくない。また、xの値が0.
95を越える場合には深い充電,深い放電におけるサイ
クル性が悪く、好ましくない。
The value of x representing the amount of Ni is 0.5 ≦ x
≦ 0.95. When the value of x is less than 0.5, the capacity is significantly reduced, which is not preferable. Also, if the value of x is 0.
If it exceeds 95, the cyclability in deep charge and deep discharge is poor, which is not preferable.

【0019】MはMn,Co,Alから選ばれた少なく
とも1種であり、yの値は充電状態,放電状態により変
動せず、その範囲は0.005≦y≦0.5である。yの
値が0.005 未満の場合、Mの効果が充分発揮され
ず、深い充電,深い放電におけるサイクル性が悪く好ま
しくない。また、yの値が0.5 を越える場合には容量
が低下し、さらに電圧が低下するため好ましくない。
M is at least one selected from Mn, Co, and Al. The value of y does not vary depending on the state of charge and the state of discharge, and its range is 0.005 ≦ y ≦ 0.5. When the value of y is less than 0.005, the effect of M is not sufficiently exhibited, and the cycleability in deep charging and deep discharging is poor, which is not preferable. On the other hand, when the value of y exceeds 0.5, the capacity is reduced and the voltage is further reduced, which is not preferable.

【0020】NはSi,Al,Ca,Cu,Sn,M
o,Nb,Y,Biから選ばれた少なくとも1種であ
り、yの値は充電状態,放電状態により変動せず、その
範囲は0≦y≦0.2である。yの値が0.2を越える場
合には容量が低下し、さらに電圧が低下するため好まし
くない。
N is Si, Al, Ca, Cu, Sn, M
It is at least one selected from o, Nb, Y, and Bi. The value of y does not vary depending on the state of charge and the state of discharge, and its range is 0 ≦ y ≦ 0.2. If the value of y exceeds 0.2, the capacity decreases and the voltage further decreases, which is not preferable.

【0021】本発明の新規な電池における正極活物質の
導電剤としてはLcが150Å以上の黒鉛と比表面積が
50m2/g 以上のカーボンブラックとの混合物を使用
することを特徴とする。黒鉛のみ、あるいはカーボンブ
ラックのみの添加では、電極の内部抵抗が高く良好な電
池特性が得られない。Lcが400Å未満の黒鉛を使用
した場合、電子伝導性が低く良好な電池特性が得られな
い。また、比表面積が50m2/g 未満のカーボンブラ
ックを使用した場合も、電極の内部抵抗が高くなるた
め、良好な電池特性が得られない。
The novel battery according to the present invention is characterized in that a mixture of graphite having an Lc of 150 ° or more and carbon black having a specific surface area of 50 m 2 / g or more is used as a conductive agent of a positive electrode active material. If only graphite or only carbon black is added, the internal resistance of the electrode is high and good battery characteristics cannot be obtained. When graphite having an Lc of less than 400 ° is used, electron conductivity is low and good battery characteristics cannot be obtained. Also, when carbon black having a specific surface area of less than 50 m 2 / g is used, good battery characteristics cannot be obtained because the internal resistance of the electrode becomes high.

【0022】負極として、グラファイト,熱分解グラフ
ァイト,炭素繊維,気相成長炭素質材料,ピッチ系炭素
質材料,コークス系炭素質材料,フエノール系炭素質材
料,レーヨン系炭素質材料,ポリアクリロニトリル系炭
素質材料,ニードルコークス,ポリアクリロニトリル系
炭素繊維,グラッシーカーボン,カーボンブラック,フ
ルフリルアルコール系炭素質材料,ポリパラフエニレン
等導電性材料からなる群より選ばれた低結晶性炭素,高
結晶性炭素のうちの少なくとも一つあるいはこれらを複
数個組合せた炭素材料からなる群より選ばれた少なくと
も一つ以上のカーボン材料、および/または、これらカ
ーボン材料に、周期表IIIb ,IVb,Vb族原子を含む
酸化物またはカルコゲン化合物、これらの非晶質材料を
担持、またはメッキ、または融合した材料からなる群よ
り選ばれた少なくとも一つ以上の複合材料、および/ま
たは、ポリアセン,ポリパラフェニレン,ポリアニリ
ン,ポリアセチレン,ジスルフィド化合物からなる群よ
り選ばれた少なくとも一つ以上の導電性高分子材料、お
よび/または、LixFe23,LixFe34,Lix
WO2,周期表IIIb ,IVb,Vb族原子を含む酸化
物,カルコゲン化合物、これらの非晶質材料からなる群
より選ばれた少なくとも一つ以上の無機材料を用いるこ
とにより、本発明の電池は良好な特性を示す。
As the negative electrode, graphite, pyrolytic graphite, carbon fiber, vapor-grown carbonaceous material, pitch-based carbonaceous material, coke-based carbonaceous material, phenol-based carbonaceous material, rayon-based carbonaceous material, polyacrylonitrile-based carbon Low-crystalline carbon and high-crystalline carbon selected from the group consisting of conductive materials, needle coke, polyacrylonitrile-based carbon fibers, glassy carbon, carbon black, furfuryl alcohol-based carbonaceous materials, and polyparaphenylene. And / or at least one carbon material selected from the group consisting of a carbon material obtained by combining at least one of the above or a plurality thereof, and / or the carbon material contains a group IIIb, IVb, or Vb group atom in the periodic table. Oxides or chalcogen compounds, carrying these amorphous materials, or plating Or at least one or more composite materials selected from the group consisting of fused materials and / or at least one or more conductive materials selected from the group consisting of polyacene, polyparaphenylene, polyaniline, polyacetylene, and disulfide compounds. Molecular material and / or Li x Fe 2 O 3 , Li x Fe 3 O 4 , Li x
By using at least one inorganic material selected from the group consisting of WO 2 , oxides containing atoms of Group IIIb, IVb and Vb of the periodic table, chalcogen compounds and amorphous materials thereof, the battery of the present invention Shows good characteristics.

【0023】電解液としては、例えばプロピレンカーボ
ネート,プロピレンカーボネート誘導体,エチレンカー
ボネート,ブチレンカーボネート,ビニレンカーボネー
ト,ガンマ−ブチルラクトン,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、
1,2−ジメトキシエタン,2−メチルテトラヒドロフ
ラン,ジメチルスルフォキシド、1,3−ジオキソラ
ン,ホルムアミド,ジメチルホルムアミド,ジオキソラ
ン,アセトニトリル,ニトロメタン,ギサンメチル,酢
酸メチル,プロピオン酸メチル,プロピオン酸エチル,
リン酸トリエステル,トリメトキシメタン,ジオキソラ
ン誘導体,ジエチルエーテル、1,3−プロパンサルト
ン,スルホラン,3−メチル−2−オキサゾリジノン,
テトラヒドロフラン,テトラヒドロフラン誘導体,ジオ
キソラン、1,2−ジエトキシエタン、また、これらの
ハロゲン化物などからなる群より選ばれた少なくとも一
つ以上の非水溶媒とリチウム塩、例えばLiClO4
LiBF4,LiPF6,LiCF3SO3,LiCF3CO2,Li
AsF6,LiSbF6,LiB10Cl10,LiAlCl
4,LiCl,LiBr,LiI,低級脂肪族カルボン
酸リチウム,クロロボランリチウム,四フェニルホウ酸
リチウなどからなる群より選ばれた少なくとも一つ以上
の塩との混合溶液、また、これらの混合溶液とポリマ
ー、例えばポリアクリロニトリル,ポリエチレンオキサ
イド,ポリフッ化ビニリデン,ポリメタクリル酸メチ
ル,ヘキサフロロプロピレンからなる群より選ばれた少
なくとも一つ以以上を混合したゲル状電解液を用いるこ
とにより、本発明の電池は良好な特性を示す。
Examples of the electrolyte include propylene carbonate, propylene carbonate derivatives, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, gamma-butyl lactone, dimethyl carbonate,
Diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate,
1,2-dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, gisanmethyl, methyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate,
Phosphate triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, diethyl ether, 1,3-propanesultone, sulfolane, 3-methyl-2-oxazolidinone,
At least one non-aqueous solvent selected from the group consisting of tetrahydrofuran, tetrahydrofuran derivative, dioxolan, 1,2-diethoxyethane, and halides thereof, and a lithium salt such as LiClO 4 ,
LiBF 4 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li
AsF 6 , LiSbF 6 , LiB 10 Cl 10 , LiAlCl
4 , a mixed solution of at least one salt selected from the group consisting of LiCl, LiBr, LiI, lithium lower aliphatic carboxylate, lithium chloroborane, lithium lithium tetraphenylborate, and a mixed solution of these and a polymer For example, by using a gel electrolyte in which at least one or more selected from the group consisting of polyacrylonitrile, polyethylene oxide, polyvinylidene fluoride, polymethyl methacrylate, and hexafluoropropylene is used, the battery of the present invention is excellent. Characteristics.

【0024】本発明の可逆的に充放電が可能な電池の用
途は、特に限定されないが、例えばノートパソコン,ペ
ン入力パソコン,ポケットパソコン,ノート型ワープ
ロ,ポケットワープロ,電子ブックプレーヤー,携帯電
話,コードレスフォン子機,ページャー,ハンディータ
ーミナル、携帯コピー,電子手帳,電卓,液晶テレビ,
電気シェーバー,電動工具,電子翻訳機,自動車電話,
トランシーバー,音声入力機器,メモリーカード,バッ
クアップ電源,テープレコーダー,ラジオ、ヘッドホン
ステレオ,携帯プリンター、ハンディークリーナー,ポ
ータブルCD,ビデオムービー,ナビゲーションシステ
ムなどの機器用の電源や、冷蔵庫,エアコン,テレビ,
ステレオ,温水器,オーブン電子レンジ,食器洗い器,
洗濯機,乾燥器,ゲーム機器,照明機器,玩具,ロード
コンディショナー,医療機器,自動車,電気自動車,ゴ
ルフカート,電動カート,電力貯蔵システムなどの電源
として使用することができる。また、民生用の他、軍需
用,宇宙用としても用いることができる。
The use of the reversibly chargeable / dischargeable battery of the present invention is not particularly limited. For example, notebook personal computers, pen input personal computers, pocket personal computers, notebook word processors, pocket word processors, electronic book players, mobile phones, cordless phones Phone handset, pager, handy terminal, portable copy, electronic organizer, calculator, LCD TV,
Electric shaver, power tool, electronic translator, car phone,
Power supplies for devices such as transceivers, voice input devices, memory cards, backup power supplies, tape recorders, radios, headphone stereos, portable printers, handy cleaners, portable CDs, video movies, navigation systems, refrigerators, air conditioners, televisions,
Stereo, water heater, microwave oven, dishwasher,
It can be used as a power source for washing machines, dryers, game devices, lighting devices, toys, road conditioners, medical devices, automobiles, electric vehicles, golf carts, electric carts, power storage systems, and the like. It can be used not only for civilian purposes but also for military use and space.

【0025】即ち、正極活物質の少なくとも一種に、一
般式AwvNixyz2(但しAはアルカリ金属から
選ばれた少なくとも1種であり、PはMg,B,P,I
nから選ばれた少なくとも1種であり、MはMn,C
o,Alから選ばれた少なくとも1種であり、NはS
i,Al,Ca,Cu,Sn,Mo,Nb,Y,Biか
ら選ばれた少なくとも1種を表わし、w,v,x,y,
zはそれぞれ0.05≦w≦1.2,0.0001≦v≦
0.2,0.5≦x≦0.95,0.005≦y≦0.5,0≦
z≦0.2の数を表わす)で示される複合酸化物を使用す
ることにより、高容量化,長寿命化,充放電時における
過電圧の低下を達成でき、かつ、過充電時において爆
発,発火のない安全性の高い電池が得られる。
[0025] That is, in at least one of the positive electrode active material, the general formula A w P v Ni x M y N z O 2 ( where A is at least one selected from alkali metal, P is Mg, B, P , I
n is at least one member selected from the group consisting of Mn, C
at least one selected from o and Al, and N is S
i, Al, Ca, Cu, Sn, Mo, Nb, Y, Bi, and at least one selected from w, v, x, y,
z is 0.05 ≦ w ≦ 1.2, 0.0001 ≦ v ≦
0.2, 0.5 ≦ x ≦ 0.95, 0.005 ≦ y ≦ 0.5, 0 ≦
By using a complex oxide represented by the following formula: z ≦ 0.2), it is possible to achieve high capacity, long life, low overvoltage during charge and discharge, and explosion and ignition during overcharge. A high-safety battery with no waste is obtained.

【0026】また、正極活物質の導電剤としてLcが1
50Å以上の黒鉛と比表面積が50m2/g 以上のカー
ボンブラックとの混合物を使用することにより、急速充
電特性が大幅に改善され、特に、低温でのレート特性に
優れた電池が得られる。本発明の電極及びこれを用いた
電池を種々のシステムに使用することにより、システム
のコンパクト化及び軽量化が図れる。加えて、低温での
ハイレートの放電が必要なシステムへの適用が可能とな
る。
Also, Lc is 1 as a conductive agent of the positive electrode active material.
By using a mixture of graphite of 50 ° or more and carbon black having a specific surface area of 50 m 2 / g or more, rapid charging characteristics are greatly improved, and a battery having particularly excellent low-temperature rate characteristics can be obtained. By using the electrode of the present invention and a battery using the same in various systems, the size and weight of the system can be reduced. In addition, it can be applied to a system that requires high-rate discharge at a low temperature.

【0027】具体的に本発明の正極活物質の作用を述べ
る。Mn,Co,AlはNiに比べて酸化し難いため、
これらのピラー効果により長寿命化が図れる。ピラー効
果とは、特定の元素に関し、それ自身が充放電において
酸化還元反応に関与しない、即ち、変化を伴わないこと
から、結晶内でピン止めとなって結晶構造のストレスを
抑制する効果のことを言う。Mg,Mo,Cu,Al,
Ca,Siは正極活物質の電気伝導性を高める作用があ
るため、充放電時における過電圧を低下させることがで
きる。
The operation of the positive electrode active material of the present invention will be specifically described. Since Mn, Co, and Al are harder to oxidize than Ni,
The service life can be extended by these pillar effects. The pillar effect refers to the effect of suppressing the stress of the crystal structure by pinning in the crystal because the specific element itself does not participate in the oxidation-reduction reaction in charge and discharge, that is, does not involve a change. Say Mg, Mo, Cu, Al,
Since Ca and Si have the effect of increasing the electrical conductivity of the positive electrode active material, overvoltage during charging and discharging can be reduced.

【0028】また、B,P,Siはイオン半径が小さい
ため、これらの置換により正極活物質の格子体積を収縮
させ、充電時の格子体積の膨張による崩壊を抑制して寿
命を延長させることができる。B,Pは格子間位置に存
在するためB,Pの置換による容量の低下がなく、高容
量を維持できる。Si,In,Sn,Mg,Ca,Bi
による置換は結晶中で欠陥を生じやすいため、高容量化
を図れるほか、レート特性の改善にも効果がある。M
g,P,Al,B,Si,Y,Nb,Caは酸素放出能
が低く、酸化物として安定に存在するため、高温での安
全性を改善できる。
Since B, P, and Si have small ionic radii, their substitution can reduce the lattice volume of the positive electrode active material, suppress the collapse due to expansion of the lattice volume during charging, and extend the life. it can. Since B and P are present at interstitial positions, the capacity does not decrease due to the replacement of B and P, and a high capacity can be maintained. Si, In, Sn, Mg, Ca, Bi
Substitution with, which tends to cause defects in the crystal, can increase the capacity and also improve the rate characteristics. M
Since g, P, Al, B, Si, Y, Nb, and Ca have low oxygen releasing ability and are stably present as oxides, safety at high temperatures can be improved.

【0029】また、Mg,P,Si,Caは主となる構
成イオンであるNiやLiと異なる価数をとり、格子間
位置に挿入されるため、結晶内での電子構造が変化し、
電気伝導性の向上が期待されることから、電極の内部抵
抗の低下による過電圧の低下や、レート特性,温度特性
の改善、さらには高容量化が図れる。また、MgはLi
イオンよりもイオン半径が小さいため、これのLiサイ
トへの置換により正極活物質の格子体積を収縮させ、充
電時の格子体積の膨張による崩壊を抑制して寿命を延長
させることができる。さらにMgはLiサイトへの置換
によりLiが放出した後のピラー効果があることから、
充電末期に起こる格子の収縮が抑制され、格子のストレ
スがほとんどなく、過充電を行っても長寿命化を図れ
る。
Further, Mg, P, Si and Ca have different valences from the main constituent ions Ni and Li and are inserted at interstitial positions, so that the electronic structure in the crystal changes.
Since an improvement in electrical conductivity is expected, it is possible to achieve a reduction in overvoltage due to a reduction in internal resistance of the electrode, an improvement in rate characteristics and temperature characteristics, and a higher capacity. Mg is Li
Since the ionic radius is smaller than that of the ions, the replacement of the Li site with the Li site can reduce the lattice volume of the positive electrode active material, suppress the collapse due to expansion of the lattice volume during charging, and extend the life. Further, since Mg has a pillar effect after Li is released by substitution to the Li site,
The contraction of the grid that occurs at the end of charging is suppressed, the grid has almost no stress, and the life can be extended even when overcharging is performed.

【0030】次に本発明の導電剤の作用を述べる。Lc
が150Å以上の黒鉛は電子伝導度が高いので、これの
添加によって電極自体の電子伝導性が高まる。さらに比
表面積が50m2/g 以上のカーボンブラックは、正極
活物質を集電体に固定するために用いられる結着剤を細
孔内部に取り込むため、電極が絶縁性の高い結着剤に覆
われることがなく、電子伝導性が高まる。これら二種類
のカーボンの添加により、電子伝導性はさらに高まり、
従来難しいとされてきた低温でのハイレート放電が可能
となる。
Next, the function of the conductive agent of the present invention will be described. Lc
However, since the graphite has a high electronic conductivity of 150 ° or more, the addition of this increases the electron conductivity of the electrode itself. Further, in the case of carbon black having a specific surface area of 50 m 2 / g or more, a binder used for fixing the positive electrode active material to the current collector is taken into the pores, so that the electrode is covered with a binder having a high insulating property. And the electronic conductivity is increased. By the addition of these two types of carbon, the electron conductivity is further enhanced,
High-rate discharge at low temperatures, which has been considered difficult, becomes possible.

【0031】本発明の電解液の作用を述べる。リチウム
塩にLiClO4,LiBF4,LiPF6,LiCF3
3,LiCF3CO2,LiAsF6,LiSbF6, L
iB10Cl10,LiAlCl4 ,LiCl,LiBr,
LiI,低級脂肪族カルボン酸リチウム,クロロボラン
リチウム,四フェニルホウ酸リチウムを用いた場合、温
度特性で優れた特性を示す。特にLiBF4,LiPF6,
LiCF3SO3,LiCF3CO2のうち少なくとも一つ
を用いた場合、60℃に放置しても本発明の正極活物質
中のM元素の溶出が抑制されるため、高温特性に優れた
効果を発揮する。
The operation of the electrolytic solution of the present invention will be described. LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiCF 3 S
O 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, L
iB 10 Cl 10 , LiAlCl 4 , LiCl, LiBr,
When LiI, lithium lower aliphatic carboxylate, lithium chloroborane, and lithium tetraphenylborate are used, they show excellent temperature characteristics. In particular, LiBF 4 , LiPF 6 ,
When at least one of LiCF 3 SO 3 and LiCF 3 CO 2 is used, the elution of the M element in the positive electrode active material of the present invention is suppressed even when left at 60 ° C., so that the effect of excellent high-temperature characteristics is obtained. Demonstrate.

【0032】また、溶媒にプロピレンカーボネート,プ
ロピレンカーボネート誘導体,エチレンカーボネート,
ブチレンカーボネート,ビニレンカーボネート,ガンマ
ーブチルラクトン,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、1,2−ジメ
トキシエタン,2−メチルテトラヒドロフラン,ジメチ
ルスルフォキシド、1,3−ジオキソラン,ホルムアミ
ド,ジメチルホルムアミド,ジオキソラン,アセトニト
リル,ニトロメタン,ギサンメチル,酢酸メチル,プロ
ピオン酸メチル,プロピオン酸エチル,リン酸トリエス
テル,トリメトキシメタン,ジオキソラン誘導体,ジエ
チルエーテル、1,3−プロパンサルトン,スルホラ
ン,3−メチル−2−オキサゾリジノン,テトラヒドロ
フラン,テトラヒドロフラン誘導体,ジオキソラン、
1,2−ジエトキシエタンを用いた場合、寿命特性で優
れた特性を示す。特にプロピレンカーボネート,プロピ
レンカーボネート誘導体,エチレンカーボネート,ブチ
レンカーボネート,ビニレンカーボネート,ガンマーブ
チルラクトン,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、1,2−ジメトキ
シエタン,2−メチルテトラヒドロフラン,ジメチルス
ルフォキシドのうち少なくとも一つを用いた場合、本発
明の負極活物質と溶媒との不可逆な反応が抑制されるた
め、寿命特性に優れた効果を発揮する。
Further, propylene carbonate, propylene carbonate derivative, ethylene carbonate,
Butylene carbonate, vinylene carbonate, gamma-butyl lactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolan, formamide, dimethylformamide, dioxolan, Acetonitrile, nitromethane, gisanmethyl, methyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, diethyl ether, 1,3-propanesultone, sulfolane, 3-methyl-2-oxazolidinone, Tetrahydrofuran, tetrahydrofuran derivative, dioxolan,
When 1,2-diethoxyethane is used, it shows excellent life characteristics. In particular, at least propylene carbonate, propylene carbonate derivatives, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, gamma-butyl lactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, and dimethyl sulfoxide. When one is used, an irreversible reaction between the negative electrode active material of the present invention and a solvent is suppressed, so that an effect with excellent life characteristics is exhibited.

【0033】さらに、溶媒に上記溶媒のハロゲン化物を
含むことにより、安全性は著しく改善される。特にプロ
ピレンカーボネート,プロピレンカーボネート誘導体,
エチレンカーボネート,ブチレンカーボネート,ビニレ
ンカーボネート,ガンマーブチルラクトン,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、1,2−ジメトキシエタン,2−メチルテト
ラヒドロフラン,ジメチルスルフォキシドの一部の元素
を−F,−CF,−CF2,−CF3,−Cl,−CC
l,−CCl2,−CCl3で置き換えたもののうち少な
くとも一つを用いた場合、本発明の正極活物質と溶媒と
の過充電条件下での発熱反応が抑えられ、発火の確立が
著しく低下し、高安全性を示す。
Further, when the solvent contains a halide of the above-mentioned solvent, the safety is remarkably improved. In particular, propylene carbonate, propylene carbonate derivatives,
Some of the elements of ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, gamma-butyl lactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, and dimethylsulfoxide are replaced with -F, -CF , -CF 2, -CF 3, -Cl , -CC
l, -CCl 2, when using at least one of those replaced by -CCl 3, exothermic reaction in overcharging condition between the positive electrode active material and the solvent is suppressed in the present invention, establishes a significantly lowering of ignition And show high security.

【0034】上記のリチウム塩と溶媒との混合溶液にポ
リアクリロニトリル,ポリエチレンオキサイド,ポリフ
ッ化ビニリデン,ポリメタクリル酸メチル,ヘキサフロ
ロプロピレンからなる群より選ばれた少なくとも一つ以
上とを混合したゲル状電解液を用いた場合、本発明の正
極活物質とゲル電解液との過充電条件下での発熱反応が
抑えられ、発火の確立が著しく低下し、高安全性を示
す。また、本発明の正極活物質とゲル電解液と組合せで
は4.5V の高電位においても、本発明の正極活物質に
おいて充電が可能であることから、高容量化が図れる。
Gel electrolysis in which a mixed solution of the above lithium salt and a solvent is mixed with at least one selected from the group consisting of polyacrylonitrile, polyethylene oxide, polyvinylidene fluoride, polymethyl methacrylate, and hexafluoropropylene. When a liquid is used, an exothermic reaction between the positive electrode active material of the present invention and the gel electrolyte under an overcharge condition is suppressed, the establishment of ignition is significantly reduced, and high safety is exhibited. In addition, in the combination of the positive electrode active material of the present invention and the gel electrolyte, even at a high potential of 4.5 V, the positive electrode active material of the present invention can be charged, so that the capacity can be increased.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】以下具体例をあげ、本発明をさら
に詳しく説明するが、発明の主旨を越えない限り、本発
明は実施例に限定されるものではない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples, but the present invention is not limited to the examples unless it exceeds the gist of the invention.

【0036】(実施例1)正極材料として表1に示した
組成の材料を使用し、導電剤として表1に示したLcの
黒鉛と比表面積のカーボンブラック5:1を結着剤とし
てポリフッ化ビニリデンを重量比で88:7:5となる
ように秤量,らいかい機で30分混煉後、厚さ20ミク
ロンのアルミ箔の両面に塗布した。負極材料として人造
黒鉛を使用し、これを93重量%、結着剤としてポリフ
ッ化ビニリデンを7重量%調製した合剤を用い、厚さ2
0ミクロンの銅箔の両面に塗布した。正負両極はプレス
機で圧延成型し、端子をスポット溶接した後150℃で
5時間真空乾燥した。微多孔性ポリプロピレン製セパレ
ータを介して正極と負極を積層し、これを渦巻状に捲回
し、アルミ製の電池缶に挿入した。負極端子は電池缶
に、正極端子は電池蓋に溶接した。
Example 1 A material having the composition shown in Table 1 was used as a positive electrode material, and graphite of Lc shown in Table 1 and carbon black having a specific surface area of 5: 1 were used as a conductive agent and polyfluorinated as a binder. Vinylidene was weighed so as to have a weight ratio of 88: 7: 5, kneaded with a grinder for 30 minutes, and applied to both sides of a 20-micron thick aluminum foil. An artificial graphite was used as the negative electrode material, and 93% by weight thereof was used. As a binder, a mixture prepared by preparing 7% by weight of polyvinylidene fluoride was used.
It was applied to both sides of a 0 micron copper foil. The positive and negative electrodes were roll-formed by a press, and the terminals were spot-welded and then vacuum-dried at 150 ° C. for 5 hours. A positive electrode and a negative electrode were laminated with a microporous polypropylene separator interposed therebetween, spirally wound, and inserted into an aluminum battery can. The negative electrode terminal was welded to the battery can, and the positive electrode terminal was welded to the battery lid.

【0037】電解液には1mol のLiPF6 を1リット
ルのエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混
合溶液に溶解したものを使用し、電池缶内に注液した。
電池蓋をかしめて1800mAh容量の円筒型電池を作
製した。電池は360mAで4.2V まで充電後、36
0mAで2.7V まで放電する定電流充放電を行い、容
量,寿命,−20℃での1.5C のレート特性,−20
℃での2Cの過充電試験を評価した。結果を表1に示
す。
As an electrolytic solution, a solution prepared by dissolving 1 mol of LiPF 6 in 1 liter of a mixed solution of ethylene carbonate and diethyl carbonate was used, and the solution was poured into a battery can.
The battery lid was swaged to produce a cylindrical battery having a capacity of 1800 mAh. After charging the battery to 4.2V at 360mA, 36
Performs constant current charging and discharging at 2.7 mA at 0 mA, capacity, life, 1.5 C rate characteristics at −20 ° C., −20
The 2C overcharge test at 0 ° C was evaluated. Table 1 shows the results.

【0038】[0038]

【表1】 [Table 1]

【0039】(比較例1)正極材料及び導電剤として表
1に示す材料を使用し、実施例1と同様にして電池を作
製した。容量,寿命,−20℃での1.5C のレート特
性,−20℃での2Cの過充電試験を評価した。結果を
表1に示す。実施例1と比較して極端に低い特性が存在
する。
Comparative Example 1 A battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the materials shown in Table 1 were used as the positive electrode material and the conductive agent. The capacity, life, 1.5 C rate characteristics at -20 ° C, and 2C overcharge test at -20 ° C were evaluated. Table 1 shows the results. There is an extremely low characteristic as compared with the first embodiment.

【0040】[0040]

【発明の効果】電池及びシステムの高安全性とコンパク
ト化及び軽量化,低温での良好なハイレート特性と長寿
命化を実現できる。
According to the present invention, it is possible to realize high safety, compactness and light weight of a battery and a system, good high-rate characteristics at a low temperature, and a long life.

フロントページの続き (72)発明者 村中 廉 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内Continued on the front page (72) Inventor Ren Muranaka 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】負極,正極,リチウム塩を含む非水電解質
からなる可逆的に複数回の充放電が可能な電池に関し、
該正極活物質の少なくとも一種は、一般式AwPvNixMyNzO
2(但しAはアルカリ金属から選ばれた少なくとも1種で
あり、PはMg,B,P,Inから選ばれた少なくとも
1種であり、MはMn,Co,Alから選ばれた少なく
とも1種であり、NはSi,Al,Ca,Cu,Sn,
Mo,Nb,Y,Biから選ばれた少なくとも1種を表
わし、w,v,x,y,zはそれぞれ0.05≦w≦1.
2,0.0001≦v≦0.2,0.5≦x≦0.95,
0.005≦y≦0.5,0≦z≦0.2の数を表わす)
で示される複合酸化物であり、前記正極活物質の導電剤
としてLcが150Å以上の黒鉛と比表面積が50m2
/g 以上のカーボンブラックとの混合物を使用するこ
とを特徴とする電極及びこれを用いた電池。
1. A battery comprising a negative electrode, a positive electrode, and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, which can be charged and discharged a plurality of times reversibly.
At least one of the positive electrode active materials has a general formula of A w P v Ni x M y N z O
2 (where A is at least one selected from alkali metals, P is at least one selected from Mg, B, P, In, and M is at least one selected from Mn, Co, Al And N is Si, Al, Ca, Cu, Sn,
Mo, Nb, Y, Bi represents at least one selected from the group consisting of w, v, x, y, and z, each of 0.05 ≦ w ≦ 1.
2, 0.0001 ≤ v ≤ 0.2, 0.5 ≤ x ≤ 0.95,
(Representing the number of 0.005 ≦ y ≦ 0.5, 0 ≦ z ≦ 0.2)
And a graphite having a Lc of 150 ° or more and a specific surface area of 50 m 2 as a conductive agent of the positive electrode active material.
/ G and a battery using the same.
【請求項2】負極として、グラフアイト,熱分解グラフ
アイト,炭素繊維,気相成長炭素質材料,ピッチ系炭素
質材料,コークス系炭素質材料,フエノール系炭素質材
料,レーヨン系炭素質材料,ポリアクリロニトリル系炭
素質材料,ニードルコークス,ポリアクリロニトリル系
炭素繊維,グラッシーカーボン,カーボンブラック,フ
ルフリルアルコール系炭素質材料,ポリパラフエニレン
等導電性材料からなる群より選ばれた低結晶性炭素,高
結晶性炭素のうちの少なくとも一つあるいはこれらを複
数個組合せた炭素材料からなる群より選ばれた少なくと
も一つ以上のカーボン材料、および/または、これらカ
ーボン材料に、周期表IIIb ,IVb,Vb族原子を含む
酸化物またはカルコゲン化合物、これらの非晶質材料を
担持、またはメッキ、または融合した材料からなる群よ
り選ばれた少なくとも一つ以上の複合材料、および/ま
たは、ポリアセン,ポリパラフェニレン,ポリアニリ
ン,ポリアセチレン,ジスルフィド化合物からなる群よ
り選ばれた少なくとも一つ以上の導電性高分子材料、お
よび/または、LixFe23,LixFe34,Lix
WO2,周期表IIIb ,IVb,Vb族原子を含む酸化
物,カルコゲン化合物、これらの非晶質材料からなる群
より選ばれた少なくとも一つ以上の無機材料を用いる請
求項1に記載の電池。
2. The negative electrode includes graphite, pyrolysis graphite, carbon fiber, vapor-grown carbonaceous material, pitch-based carbonaceous material, coke-based carbonaceous material, phenol-based carbonaceous material, rayon-based carbonaceous material, Low-crystalline carbon selected from the group consisting of conductive materials such as polyacrylonitrile-based carbonaceous material, needle coke, polyacrylonitrile-based carbon fiber, glassy carbon, carbon black, furfuryl alcohol-based carbonaceous material, and polyparaphenylene; At least one carbon material selected from the group consisting of at least one of the highly crystalline carbons or a carbon material obtained by combining a plurality of them, and / or the periodic table IIIb, IVb, Vb Oxides or chalcogen compounds containing group-atoms, carrying these amorphous materials, or plating Or at least one or more composite materials selected from the group consisting of fused materials and / or at least one or more conductive materials selected from the group consisting of polyacene, polyparaphenylene, polyaniline, polyacetylene, and disulfide compounds. Molecular material and / or Li x Fe 2 O 3 , Li x Fe 3 O 4 , Li x
2. The battery according to claim 1, wherein at least one inorganic material selected from the group consisting of WO 2 , oxides containing atoms of Group IIIb, IVb, and Vb of the periodic table, chalcogen compounds, and amorphous materials thereof is used.
【請求項3】電解液として、プロピレンカーボネート,
プロピレンカーボネート誘導体,エチレンカーボネー
ト,ブチレンカーボネート,ビニレンカーボネート,ガ
ンマ−ブチルラクトン,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、1,2−
ジメトキシエタン、2−メチルテトラヒドロフラン,ジ
メチルスルフォキシド、1,3−ジオキソラン,ホルム
アミド,ジメチルホルムアミド,ジオキソラン,アセト
ニトリル,ニトロメタン,ギサンメチル,酢酸メチル,
プロピオン酸メチル,プロピオン酸エチル,リン酸トリ
エステル,トリメトキシメタン,ジオキソラン誘導体,
ジエチルエーテル、1,3−プロパンサルトン,スルホ
ラン、3−メチル−2−オキサゾリジノン,テトラヒド
ロフラン,テトラヒドロフラン誘導体,ジオキソラン、
1,2−ジエトキシエタン、および/または、これらの
ハロゲン化物からなる群より選ばれた少なくとも一つ以
上の非水溶媒と、LiClO4,LiBF4,LiP
6,LiCF3SO3,LiCF3CO2,LiAsF6,LiS
bF6,LiB10Cl10,LiAlCl4,LiCl,Li
Br,LiI,低級脂肪族カルボン酸ボン酸リチウム,ク
ロロボランリチウム,四フェニルホウ酸リチウムからな
る群より選ばれた少なくとも一つ以上のリチウム塩との
混合溶液、および/または、これらの混合溶液と、ポリ
アクリロニトリル,ポリエチレンオキサイド,ポリフッ
化ビニリデン,ポリメタクリル酸メチル,ヘキサフロロ
プロピレンからなる群より選ばれた少なくとも一つ以上
のポリマとを混合したゲル状電解液を用いる請求項1に
記載の電池。
3. An electrolyte comprising propylene carbonate,
Propylene carbonate derivatives, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, gamma-butyl lactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, 1,2-
Dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, gisanmethyl, methyl acetate,
Methyl propionate, ethyl propionate, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative,
Diethyl ether, 1,3-propane sultone, sulfolane, 3-methyl-2-oxazolidinone, tetrahydrofuran, tetrahydrofuran derivative, dioxolan,
At least one or more non-aqueous solvents selected from the group consisting of 1,2-diethoxyethane and / or halides thereof, and LiClO 4 , LiBF 4 , LiP
F 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiS
bF 6 , LiB 10 Cl 10 , LiAlCl 4 , LiCl, Li
A mixed solution of at least one lithium salt selected from the group consisting of Br, LiI, lithium lower aliphatic carboxylate, lithium chloroborane, lithium tetraphenylborate, and / or a mixed solution thereof; The battery according to claim 1, wherein a gel electrolyte mixed with at least one polymer selected from the group consisting of polyacrylonitrile, polyethylene oxide, polyvinylidene fluoride, polymethyl methacrylate, and hexafluoropropylene is used.
【請求項4】ノートパソコン,ペン入力パソコン,ポケ
ットパソコン,ノート型ワープロ,ポケットワープロ、
電子ブックプレーヤー,携帯電話,コードレスフォン子
機,ページャー,ハンディーターミナル,携帯コピー,
電子手帳,電卓,液晶テレビ,電気シェーバー,電動工
具,電子翻訳機,自動車電話,トランシーバー,音声入
力機器,メモリーカード,バックアップ電源,テープレ
コーダー,ラジオ,ヘッドホンステレオ,携帯プリンタ
ー,ハンディークリーナー,ポータブルCD,ビデオム
ービー,ナビゲーションシステム,冷蔵庫,エアコン,
テレビ,ステレオ,温水器,オーブン電子レンジ,食器
洗い器,洗濯機,乾燥器,ゲーム機器,照明機器,玩
具,ロードコンディショナー,医療機器,自動車,電気
自動車,ゴルフカート,電動カート,電力貯蔵システム
に請求項1に記載の電池を使用することを特徴とする請
求項1に記載の電池。
4. A notebook personal computer, a pen input personal computer, a pocket personal computer, a notebook type word processor, a pocket word processor,
E-book player, mobile phone, cordless phone handset, pager, handy terminal, mobile copy,
Electronic organizer, calculator, liquid crystal television, electric shaver, electric tool, electronic translator, car phone, transceiver, voice input device, memory card, backup power supply, tape recorder, radio, headphone stereo, portable printer, handy cleaner, portable CD, Video movie, navigation system, refrigerator, air conditioner,
TV, stereo, water heater, microwave oven, dishwasher, washing machine, dryer, game equipment, lighting equipment, toy, road conditioner, medical equipment, automobile, electric car, golf cart, electric cart, power storage system The battery according to claim 1, wherein the battery according to item 1 is used.
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