JPWO2007072595A1 - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Abstract

正極合剤およびこれを担持する正極集電体を含む正極、負極、ポリオレフィン樹脂を含むセパレータ、非水電解質、ならびに、耐熱性絶縁層を具備する非水電解質二次電池であり、正極合剤の200℃における推定発熱速度は、50W/kg以下である。正極と負極とは、これらの間に介在するセパレータおよび耐熱性絶縁層とともに捲回されている。A positive electrode including a positive electrode mixture and a positive electrode current collector carrying the same, a negative electrode, a separator including a polyolefin resin, a non-aqueous electrolyte, and a non-aqueous electrolyte secondary battery including a heat-resistant insulating layer. The estimated heat generation rate at 200 ° C. is 50 W / kg or less. The positive electrode and the negative electrode are wound together with a separator and a heat-resistant insulating layer interposed therebetween.

Description

本発明は、非水電解質二次電池に関し、特にその安全性の改善に関する。  The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly to improvement of its safety.

近年、電子機器のポータブル化およびコードレス化が急速に進んでいる。これに伴い、電子機器の駆動用電源として、高電圧および高エネルギー密度を有する非水電解質二次電池の実用化が進んでいる。  In recent years, electronic devices have become rapidly portable and cordless. Accordingly, non-aqueous electrolyte secondary batteries having a high voltage and a high energy density have been put into practical use as power sources for driving electronic devices.

非水電解質二次電池の正極は、一般に酸化還元電位の高い複合リチウム酸化物を含む。複合リチウム酸化物には、例えばコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム等が用いられる。一方、非水電解質二次電池の負極は、一般に炭素材料を含む。また、非水電解質二次電池は、リチウム塩を溶解させた非水溶媒からなる電解質を含む。リチウム塩には、例えばLiClO、LiPF等が用いられる。正極と負極との間にはセパレータが介在している。セパレータには、例えばポリオレフィン系材料からなる微多孔フィルムが用いられている。The positive electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery generally contains a composite lithium oxide having a high redox potential. As the composite lithium oxide, for example, lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate or the like is used. On the other hand, the negative electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery generally contains a carbon material. The nonaqueous electrolyte secondary battery includes an electrolyte made of a nonaqueous solvent in which a lithium salt is dissolved. As the lithium salt, for example, LiClO 4 , LiPF 6 or the like is used. A separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode. For the separator, for example, a microporous film made of a polyolefin-based material is used.

何らかの要因により、電池内部で比較的低い抵抗の短絡が発生した場合、短絡点には大きな電流が集中して流れる。そのため、電池が発熱して高温に至ることがある。このような現象が起こらないように、電池には様々な安全対策が講じられている。  When a short circuit with a relatively low resistance occurs inside the battery for some reason, a large current flows in a concentrated manner at the short circuit point. Therefore, the battery may generate heat and reach a high temperature. Various safety measures are taken for the battery so that this phenomenon does not occur.

製造工程の側面では、金属粉の管理や、製造雰囲気中の粉塵の管理を行い、電池内部への異物の混入を防止している。また、抵抗の低い集電体の露出部分を、例えば絶縁テープで保護することにより、内部短絡を極力抑制している。  In the aspect of the manufacturing process, the metal powder is managed and the dust in the manufacturing atmosphere is managed to prevent foreign matter from entering the battery. Moreover, the internal short circuit is suppressed as much as possible by protecting the exposed portion of the current collector having a low resistance with, for example, an insulating tape.

シャットダウン機能を有するセパレータも用いられている。万一、電池内部で比較的低い抵抗の短絡が発生した場合、シャットダウン機能を有するセパレータの細孔は、約135℃で閉塞し、イオン電流を遮断する。よって、短絡電流はカットされ、発熱が停止する。しかし、電池の表面温度は約120℃程度に上昇する。  A separator having a shutdown function is also used. In the unlikely event that a short circuit with a relatively low resistance occurs inside the battery, the pores of the separator having a shutdown function are blocked at about 135 ° C. and block the ionic current. Therefore, the short circuit current is cut and heat generation stops. However, the surface temperature of the battery rises to about 120 ° C.

内部短絡を防止するために、電極上に、無機微粒子および樹脂結着剤からなり、厚み0.1〜200μmである層を形成することも提案されている。電池の内部短絡は、電池の製造工程中に、電極から部分的に脱落する材料に起因する。この提案は、このような内部短絡を抑制し、生産歩留まりを向上させることを目的とする(特許文献1参照)。  In order to prevent an internal short circuit, it has also been proposed to form a layer made of inorganic fine particles and a resin binder and having a thickness of 0.1 to 200 μm on the electrode. The internal short circuit of the battery is due to the material that partially falls off the electrode during the battery manufacturing process. This proposal aims at suppressing such an internal short circuit and improving a production yield (refer patent document 1).

セパレータ上に、耐熱性樹脂(例えばアラミド)を付与することも提案されている。この提案も、電池の内部短絡を防止するための安全対策を意図したものである(特許文献2参照)。
特開平7−220759号公報 特開平9−208736号公報
It has also been proposed to provide a heat resistant resin (for example, aramid) on the separator. This proposal is also intended as a safety measure for preventing an internal short circuit of the battery (see Patent Document 2).
Japanese Patent Laid-Open No. 7-220759 JP-A-9-208736

従来の提案によれば、局所的な内部短絡が発生した場合には、ある程度、発熱を抑制することが可能である。しかし、例えば釘刺し試験を行う場合には、同時に多数の短絡部が発生する。釘刺し試験は、電池が多数の内部短絡を伴って破損した際の安全性を評価する試験である。このような極端な短絡状態では、必ずしも電池の発熱を抑制することができず、電池が高温に至ることがある。  According to the conventional proposal, it is possible to suppress heat generation to some extent when a local internal short circuit occurs. However, for example, when performing a nail penetration test, a large number of short-circuit portions are generated at the same time. The nail penetration test is a test for evaluating safety when a battery is damaged with a number of internal short circuits. In such an extreme short-circuit state, heat generation of the battery cannot always be suppressed, and the battery may reach a high temperature.

例えば、正極がコバルト酸リチウムを含み、負極がグラファイトを含み、セパレータがポリエチレン製微多孔フィルムである一般的なリチウムイオン電池の釘刺し試験を行うと、セパレータのシャットダウン機能が発現するまで電池温度は上昇し、電池の表面温度は120℃付近になる。この温度上昇は、短絡電流により電池内部で発生したジュール熱による。  For example, when a nail penetration test of a general lithium ion battery in which the positive electrode includes lithium cobaltate, the negative electrode includes graphite, and the separator is a polyethylene microporous film, the battery temperature is increased until the separator shutdown function is exhibited. As a result, the surface temperature of the battery reaches around 120 ° C. This temperature rise is due to Joule heat generated inside the battery due to the short-circuit current.

セパレータのシャットダウン機能により、短絡電流がカットされるため、電池温度がそれ以上に達するほどの発熱は抑制される。蓄電池工業会で定められている釘刺し試験および圧壊試験における安全性評価の基準によれば、発煙、発火および破裂のないことが要求される。一方、電池温度に関する基準は特に定められていない。そのため、電池の表面温度が120℃程度となっても、シャットダウン機能により発熱が抑制されれば、安全性の基準を満たすことになる。  Since the short-circuit current is cut by the shutdown function of the separator, heat generation to the extent that the battery temperature reaches more than that is suppressed. According to the standards for safety evaluation in the nail penetration test and the crushing test established by the Storage Battery Industry Association, it is required that there is no smoke, ignition or rupture. On the other hand, the standard regarding battery temperature is not specifically defined. Therefore, even if the surface temperature of the battery is about 120 ° C., the safety standard is satisfied if heat generation is suppressed by the shutdown function.

しかし、安全性の基準を満たす場合であっても、電池の表面温度が120℃付近にまで上昇すると、その電池を内蔵した電子機器の温度も上昇する。よって、電子機器の筐体の変形等が起こり、電子機器の安全性が低減する可能性がある。よって、電池の安全性もしくは信頼性を更に高めることが望まれている。例えば内部短絡が発生した場合でも、電池表面の最高到達温度を80℃以下に抑制することが熱望されている。  However, even when the safety standard is satisfied, when the surface temperature of the battery rises to around 120 ° C., the temperature of the electronic device incorporating the battery also rises. Therefore, the deformation | transformation of the housing | casing of an electronic device, etc. occur, and the safety | security of an electronic device may reduce. Therefore, it is desired to further increase the safety or reliability of the battery. For example, even when an internal short circuit occurs, it is eager to suppress the maximum temperature reached on the battery surface to 80 ° C. or lower.

特許文献1の提案(電極上に、無機微粒子および樹脂結着剤からなり、厚み0.1〜200μmである層を形成する提案)では、釘刺し試験においては、電池温度が80℃を超える高温に達する場合がある。  In the proposal of Patent Document 1 (a proposal of forming a layer made of inorganic fine particles and a resin binder and having a thickness of 0.1 to 200 μm on the electrode), in the nail penetration test, the battery temperature exceeds 80 ° C. May reach.

特許文献2の提案(セパレータ上に、耐熱性樹脂を付与する提案)でも、釘刺し試験においては、電池表面温度が80℃を超える高温に達する場合がある。  Even in the proposal of Patent Document 2 (a proposal of providing a heat-resistant resin on the separator), the battery surface temperature may reach a high temperature exceeding 80 ° C. in the nail penetration test.

よって、従来の提案では、釘刺し試験のように、同時に多数の短絡点が発生する場合には、必ずしも電池表面温度を80℃以下に抑制することができない。釘刺し試験において、電池表面高温が80℃を超える理由として以下が考えられる。  Therefore, in the conventional proposal, when a large number of short-circuit points occur simultaneously as in the nail penetration test, the battery surface temperature cannot always be suppressed to 80 ° C. or lower. In the nail penetration test, the following is considered as the reason why the battery surface high temperature exceeds 80 ° C.

単発的な内部短絡であれば、無機微粒子および樹脂結着剤からなる層や耐熱性樹脂の存在により、短絡点の拡大は防がれる。短絡点は自己の発熱によって瞬時に焼失するため、短絡状態は0.1〜0.5秒間で終了し、その後、電気的な絶縁が回復する。短絡電流が遮断されると、発生した熱は電池全体へ拡散する。よって、電池温度がそれほど高温に達することはない。短絡点以外の低温部位は、比較的低温であるため、熱の拡散は速やかに起こる。  In the case of a single internal short circuit, the expansion of the short circuit point is prevented by the presence of a layer composed of inorganic fine particles and a resin binder and a heat resistant resin. Since the short-circuit point is instantaneously burned off by its own heat generation, the short-circuit state is completed in 0.1 to 0.5 seconds, and then electrical insulation is restored. When the short-circuit current is interrupted, the generated heat diffuses throughout the battery. Therefore, the battery temperature does not reach that high temperature. Since the low temperature region other than the short circuit point is relatively low temperature, heat diffusion occurs quickly.

一方、釘刺し試験の場合、電池内に同時に多数の短絡点が発生する。このような過酷な状況では、内部短絡による発熱だけでなく、正極活物質の熱分解反応による発熱が連続的に発生すると考えられる。よって、熱を拡散する放熱速度が、発熱速度に追いつかず、正極活物質の熱分解反応が連鎖的に拡大すると考えられる。これにより、短絡点付近では、正極活物質の脱落や焼失が起こる。よって、正極集電体(例えばアルミニウム箔)が露出し、新たな短絡点が生成される。その結果、内部短絡状態が持続し、電池表面温度はシャットダウン機能が作動する120℃付近まで上昇し続けることになる。なお、単発的な内部短絡であれば、正極活物質の熱分解反応が進行することはない。正極活物質の脱落や焼失による短絡点の増加も起こらないと考えられる。  On the other hand, in the case of the nail penetration test, a number of short-circuit points are simultaneously generated in the battery. In such a severe situation, it is considered that not only heat generation due to an internal short circuit but also heat generation due to a thermal decomposition reaction of the positive electrode active material continuously occurs. Therefore, it is considered that the heat dissipation rate for diffusing heat cannot catch up with the heat generation rate, and the thermal decomposition reaction of the positive electrode active material expands in a chain. As a result, the positive electrode active material falls off or is burned out near the short circuit point. Therefore, the positive electrode current collector (for example, aluminum foil) is exposed, and a new short-circuit point is generated. As a result, the internal short-circuit state continues, and the battery surface temperature continues to rise to around 120 ° C. where the shutdown function operates. In addition, if it is a single internal short circuit, the thermal decomposition reaction of a positive electrode active material will not advance. It is considered that there is no increase in the number of short-circuit points due to falling off or burning out of the positive electrode active material.

本発明は、上記状況の改善を図るものであり、高エネルギー密度を維持しながら、従来よりも安全性を高めた非水電解質二次電池を提供するものである。  The present invention is intended to improve the above-described situation, and provides a nonaqueous electrolyte secondary battery having higher safety than the conventional one while maintaining a high energy density.

本発明は、複合リチウム酸化物を含む正極合剤およびこれを担持する正極集電体を含む正極、リチウムを吸蔵および放出可能な材料を含む負極、正極と負極との間に介在するポリオレフィン樹脂を含むセパレータ、非水電解質、ならびに、正極と負極との間に介在する耐熱性絶縁層を具備する非水電解質二次電池であって、正極と負極とが、これらの間に介在するセパレータおよび耐熱性絶縁層とともに捲回されており、正極合剤の200℃における推定発熱速度は、50W/kg以下である、非水電解質二次電池に関する。
耐熱性絶縁層の厚みは、例えば1μm以上、15μm以下、もしくは、1μm以上、5μm以下である。
推定発熱速度は、例えば(i)加速速度熱量計もしくは暴走反応測定装置(ARC)により、絶対温度Tと、正極合剤の発熱速度Vとの関係を求め、(ii)アレニウスの定理に基づいて、絶対温度Tの逆数(X座標)と、発熱速度Vの対数(Y座標)との関係をプロットし、(iii)T<200℃(473K)の発熱領域に存在するプロットに適合する近似直線を求め、(iv)得られた近似直線を、T=200℃(473K)の温度軸に外挿することにより求められる。
The present invention relates to a positive electrode mixture including a composite lithium oxide and a positive electrode including a positive electrode current collector supporting the same, a negative electrode including a material capable of occluding and releasing lithium, and a polyolefin resin interposed between the positive electrode and the negative electrode. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a separator, a non-aqueous electrolyte, and a heat-resistant insulating layer interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode and the negative electrode are interposed between them and the heat resistance The non-aqueous electrolyte secondary battery is wound together with the conductive insulating layer and has an estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture of 50 W / kg or less.
The thickness of the heat resistant insulating layer is, for example, 1 μm or more and 15 μm or less, or 1 μm or more and 5 μm or less.
The estimated exothermic rate is obtained by, for example, (i) determining the relationship between the absolute temperature T and the exothermic rate V of the positive electrode mixture with an acceleration rate calorimeter or a runaway reaction measuring device (ARC), and (ii) based on the Arrhenius theorem Plot the relationship between the reciprocal (X coordinate) of absolute temperature T and the logarithm (Y coordinate) of heat generation rate V, and (iii) Approximate straight line that fits the plot existing in the heat generation region of T <200 ° C. (473 K) (Iv) The obtained approximate straight line is extrapolated to the temperature axis of T = 200 ° C. (473 K).

ここで、発熱領域とは、上記アレニウスの定理に基づくプロットにおいて、負の傾きを有する近似直線の傾きの絶対値が最も大きくなる領域を指す。すなわち、近似直線は、負の傾きの絶対値が最大となるように描く。また、外挿(Extrapolation)は、既知の数値データを基にして、そのデータの範囲外において予想される数値を求める方法であり、様々な分野で用いられている。  Here, the heat generation region refers to a region where the absolute value of the slope of the approximate straight line having a negative slope is the largest in the plot based on the Arrhenius theorem. That is, the approximate straight line is drawn so that the absolute value of the negative slope is maximized. Further, extrapolation is a method for obtaining a numerical value expected outside the range of the data based on known numerical data, and is used in various fields.

複合リチウム酸化物には、例えば以下を用いることが好ましい。
(i)一般式(1):LiMeで表される組成を有し、元素Mは、Al、Mn、Sn、In、Fe、Cu、Mg、Ti、Zn、ZrおよびMoよりなる群から選択される少なくとも1種であり、元素Meは、NiおよびCoよりなる群から選択される少なくとも1種であり、一般式(1)は、0.9<a<1.2、0.02≦b≦0.5、0.5≦c≦0.98、および0.95≦b+c≦1.05を満たす複合リチウム酸化物。
For example, the following is preferably used for the composite lithium oxide.
(I) General formula (1): It has a composition represented by Li a Mb Me c O 2 , and the element M is Al, Mn, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, Zr and It is at least one selected from the group consisting of Mo, the element Me is at least one selected from the group consisting of Ni and Co, and the general formula (1) is 0.9 <a <1.2. , 0.02 ≦ b ≦ 0.5, 0.5 ≦ c ≦ 0.98, and 0.95 ≦ b + c ≦ 1.05.

(ii)一般式(2):LiNiCoで表される組成を有し、元素Mは、Al、Mn、Sn、In、Fe、Cu、Mg、Ti、Zn、ZrおよびMoよりなる群から選択される少なくとも1種であり、一般式(2)は、0.9<a<1.2、0.02≦b≦0.5、0.1≦d≦0.5、0.1≦e≦0.5、および0.95≦b+d+e≦1.05を満たす複合リチウム酸化物。一般式(2)は、0.15≦b≦0.4、0.3≦d≦0.5および0.15≦e≦0.4を満たすことが特に好ましい。(Ii) General formula (2): It has a composition represented by Li a Mb Ni d Co e O 2 , and the element M is Al, Mn, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, It is at least one selected from the group consisting of Zr and Mo, and the general formula (2) is 0.9 <a <1.2, 0.02 ≦ b ≦ 0.5, 0.1 ≦ d ≦ 0. .5, 0.1 ≦ e ≦ 0.5, and 0.95 ≦ b + d + e ≦ 1.05. The general formula (2) particularly preferably satisfies 0.15 ≦ b ≦ 0.4, 0.3 ≦ d ≦ 0.5, and 0.15 ≦ e ≦ 0.4.

(iii)任意の組成を有し、元素Mを含み、元素Mは、Al、Mn、Sn、In、Fe、Cu、Mg、Ti、Zn、ZrおよびMoよりなる群から選択される少なくとも1種であり、元素Mは、内部よりも表層部に多く分布する複合リチウム酸化物。一般式(1)および(2)で表される複合リチウム酸化物においても、元素Mは、複合リチウム酸化物の内部よりも表層部に多く分布することが望ましい。(Iii) It has an arbitrary composition and includes the element M, and the element M is at least one selected from the group consisting of Al, Mn, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, Zr, and Mo The element M is a composite lithium oxide distributed more in the surface layer than in the interior. Also in the composite lithium oxide represented by the general formulas (1) and (2), it is desirable that the element M is distributed more in the surface layer portion than in the composite lithium oxide.

複合リチウム酸化物は、一般式(3):X−Si−Yで表されるSi化合物で処理されていることが望ましい。ここで、Xは、複合リチウム酸化物と反応する官能基を含み、Yは、C、H、O、FまたはSiを含む官能基を含む。The composite lithium oxide is preferably treated with a Si compound represented by the general formula (3): X—Si—Y 3 . Here, X includes a functional group that reacts with the composite lithium oxide, and Y includes a functional group including C, H, O, F, or Si.

本発明によれば、同時に多数の短絡点が生じる過酷な状況においても、内部短絡による発熱と連鎖的な発熱反応とが効果的に抑制される。よって、短絡の持続が回避されるため、電池の最高到達温度を安定して80℃以下に抑制することが可能となる。本発明によれば、高エネルギー密度を維持しながら、従来よりも安全性を高めた非水電解質二次電池を提供できる。  According to the present invention, even in a harsh situation in which a number of short-circuit points are generated at the same time, heat generation due to internal short-circuiting and chained exothermic reaction are effectively suppressed. Therefore, since the short circuit is avoided, the maximum temperature of the battery can be stably suppressed to 80 ° C. or lower. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nonaqueous electrolyte secondary battery which improved safety | security compared with the past can be provided, maintaining a high energy density.

ARCにより求められた絶対温度Tと各種正極材料の発熱速度Vとの関係を示すアレニウスプロットの一例である。It is an example of the Arrhenius plot which shows the relationship between the absolute temperature T calculated | required by ARC, and the heat release rate V of various positive electrode materials. ARCの測定原理の説明図である。It is explanatory drawing of the measurement principle of ARC.

本発明の非水電解質二次電池は、複合リチウム酸化物を含む正極合剤およびこれを担持する正極集電体を含む正極、リチウムを吸蔵および放出可能な材料を含む負極、ポリオレフィン樹脂を含むセパレータ、非水電解質、ならびに、正極と負極との間に介在する耐熱性絶縁層を具備する。  The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a positive electrode mixture including a composite lithium oxide and a positive electrode including a positive electrode current collector supporting the negative electrode, a negative electrode including a material capable of inserting and extracting lithium, and a separator including a polyolefin resin And a non-aqueous electrolyte and a heat-resistant insulating layer interposed between the positive electrode and the negative electrode.

耐熱性絶縁層は、例えば、正極および負極のどちらか一方において、他方の電極と対向する面に形成すればよいが、耐熱性絶縁層の配置はこれに限定されない。また、耐熱性絶縁層は、正極の少なくとも一方の面だけに形成してもよく、負極の少なくとも一方の面だけに形成してもよく、セパレータの少なくとも一方の面だけに形成してもよい。また、耐熱性絶縁層は、正極の少なくとも一方の面と負極の少なくとも一方の面だけに形成してもよく、負極の少なくとも一方の面とセパレータの少なくとも一方の面だけに形成してもよく、セパレータの少なくとも一方の面と正極の少なくとも一方の面だけに形成してもよい。また、耐熱性絶縁層は、正極の少なくとも一方の面と負極の少なくとも一方の面とセパレータの少なくとも一方の面に形成してもよい。さらに、耐熱性絶縁層は、正極からも、負極からも、セパレータからも独立したシート状であってもよい。ただし、耐熱性絶縁層は、正極の少なくとも一方の面、負極の少なくとも一方の面、または、セパレータの少なくとも一方の面に、接着されていることが望ましい。  For example, the heat resistant insulating layer may be formed on one of the positive electrode and the negative electrode on the surface facing the other electrode, but the arrangement of the heat resistant insulating layer is not limited thereto. The heat-resistant insulating layer may be formed only on at least one surface of the positive electrode, may be formed only on at least one surface of the negative electrode, or may be formed only on at least one surface of the separator. Further, the heat-resistant insulating layer may be formed only on at least one surface of the positive electrode and at least one surface of the negative electrode, or may be formed only on at least one surface of the negative electrode and at least one surface of the separator, It may be formed only on at least one surface of the separator and at least one surface of the positive electrode. The heat-resistant insulating layer may be formed on at least one surface of the positive electrode, at least one surface of the negative electrode, and at least one surface of the separator. Further, the heat-resistant insulating layer may be in the form of a sheet independent from the positive electrode, the negative electrode, and the separator. However, it is desirable that the heat-resistant insulating layer is bonded to at least one surface of the positive electrode, at least one surface of the negative electrode, or at least one surface of the separator.

本発明は、正極合剤の200℃における推定発熱速度が50W/kg以下に制御されている点に一つの特徴を有する。ここで、推定発熱速度は、例えば(i)加速速度熱量計もしくは暴走反応測定装置(Accelerated rate calorimeter:ARC)により、絶対温度Tと正極合剤の発熱速度Vとの関係を求め、(ii)アレニウスの定理に基づいて、絶対温度Tの逆数(X座標)および発熱速度Vの対数(Y座標)との関係をプロットし、(iii)T<200℃(473K)の発熱領域に存在するプロットに適合する近似直線を求め、(iv)得られた近似直線をT=200℃(473K)の温度軸に外挿することにより、求められる。  The present invention has one feature in that the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture is controlled to 50 W / kg or less. Here, the estimated exothermic rate is obtained by, for example, (i) determining the relationship between the absolute temperature T and the exothermic rate V of the positive electrode mixture using an accelerated rate calorimeter or an accelerated run calorimeter (ARC), and (ii) Based on the Arrhenius theorem, the relationship between the reciprocal of the absolute temperature T (X coordinate) and the logarithm of the heat generation rate V (Y coordinate) is plotted, and (iii) a plot existing in the heat generation region of T <200 ° C. (473 K) (Iv) is obtained by extrapolating the obtained approximate line to the temperature axis of T = 200 ° C. (473 K).

上記外挿で求められる正極合剤の200℃における推定発熱速度が50W/kg以下である場合、特に同時多発的に短絡点が生じる過酷な状況において、耐熱性絶縁層による安全性への寄与が顕著に高められる。本発明は、このような知見に基づいており、従来に比べて極めて高度な安全性を実現している。  When the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture obtained by the above extrapolation is 50 W / kg or less, the heat-resistant insulating layer contributes to safety, particularly in a severe situation in which short-circuit points occur simultaneously and frequently. Markedly enhanced. The present invention is based on such knowledge and realizes a very high level of safety compared to the prior art.

例えば以下のような正極材料を用いることにより、正極合剤の200℃における推定発熱速度を50W/kg以下に抑制することができる。
第1に、一般式(1):LiMeで表される組成を有し、元素Mは、Al、Mn、Sn、In、Fe、Cu、Mg、Ti、Zn、ZrおよびMoよりなる群から選択される少なくとも1種であり、元素Meは、NiおよびCoよりなる群から選択される少なくとも1種であり、一般式(1)は、0.9<a<1.2、0.02≦b≦0.5、0.5≦c≦0.98、および0.95≦b+c≦1.05を満たす複合リチウム酸化物を、推定発熱速度を50W/kg以下に抑制するのに有効な正極材料として挙げることができる。
For example, by using the following positive electrode material, the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture can be suppressed to 50 W / kg or less.
First, it has a composition represented by the general formula (1): Li a Mb Me c O 2 , and the element M is Al, Mn, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, Zr And Mo is at least one selected from the group consisting of Mo, the element Me is at least one selected from the group consisting of Ni and Co, and the general formula (1) is 0.9 <a <1. 2, the estimated heat generation rate of composite lithium oxide satisfying 0.02 ≦ b ≦ 0.5, 0.5 ≦ c ≦ 0.98, and 0.95 ≦ b + c ≦ 1.05 is suppressed to 50 W / kg or less It can be mentioned as an effective positive electrode material.

推定発熱速度を小さくするという観点から、元素Mのなかでも特に、Mn、AlおよびMgが好ましく、Mnが最も好ましい。なお、Al、Mn、Sn、In、Fe、Cu、Mg、Ti、Zn、ZrおよびMoは、いずれも推定発熱速度を低下させる効果がある。  From the viewpoint of reducing the estimated heat generation rate, Mn, Al and Mg are particularly preferable among the elements M, and Mn is most preferable. Al, Mn, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, Zr and Mo all have the effect of reducing the estimated heat generation rate.

ここで、a値は、初期値であり、電池の充放電により増減する。初期値は、実質上、放電状態の電池に含まれる複合リチウム酸化物のa値に一致する。合成直後の複合リチウム酸化物の標準的なa値は1である。  Here, the a value is an initial value, and increases or decreases as the battery is charged and discharged. The initial value substantially matches the a value of the composite lithium oxide contained in the discharged battery. The standard a value of the composite lithium oxide immediately after synthesis is 1.

b値が0.02未満では、元素Mの効果が確認できず、0.5を超えると、容量低下が大きくなる。
c値が0.5未満では、一定以上の容量を確保することが困難であり、0.98を超えると、推定発熱速度を低下させる効果が得られない。
If the b value is less than 0.02, the effect of the element M cannot be confirmed. If the b value exceeds 0.5, the capacity reduction increases.
If the c value is less than 0.5, it is difficult to secure a certain capacity or more. If it exceeds 0.98, the effect of reducing the estimated heat generation rate cannot be obtained.

一般式(1)は、0.95≦b+c≦1.05を満たす。合成直後の初期状態(充放電の履歴を有さない状態)において、b+cの標準値は1であるが、b+cは厳密に1である必要はない。0.95≦b+c≦1.05の範囲では、実質上b+c=1と見なすことができる。  The general formula (1) satisfies 0.95 ≦ b + c ≦ 1.05. In the initial state immediately after the synthesis (the state having no charge / discharge history), the standard value of b + c is 1, but b + c does not have to be strictly 1. In the range of 0.95 ≦ b + c ≦ 1.05, b + c = 1 can be considered substantially.

第2に、一般式(2):LiNiCoで表される組成を有し、元素Mは、Al、Mn、Sn、In、Fe、Cu、Mg、Ti、Zn、ZrおよびMoよりなる群から選択される少なくとも1種であり、一般式(2)は、0.9<a<1.2、0.02≦b≦0.5、0.1≦d≦0.5、0.1≦e≦0.5、および0.95≦b+d+e≦1.05を満たす複合リチウム酸化物を、推定発熱速度を50W/kg以下に抑制するのに有効な正極材料として挙げることができる。一般式(2)は、0.15≦b≦0.4、0.3≦d≦0.5および0.15≦e≦0.4を満たすことが特に好ましい。Secondly, it has a composition represented by the general formula (2): Li a Mb Ni d Co e O 2 , and the element M is Al, Mn, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn And at least one selected from the group consisting of Zr and Mo, the general formula (2) is: 0.9 <a <1.2, 0.02 ≦ b ≦ 0.5, 0.1 ≦ d ≦ Composite lithium oxide satisfying 0.5, 0.1 ≦ e ≦ 0.5, and 0.95 ≦ b + d + e ≦ 1.05 as a positive electrode material effective for suppressing the estimated heat generation rate to 50 W / kg or less Can be mentioned. The general formula (2) particularly preferably satisfies 0.15 ≦ b ≦ 0.4, 0.3 ≦ d ≦ 0.5, and 0.15 ≦ e ≦ 0.4.

一般式(2)でも、a値は、初期値であり、電池の充放電により増減する。また、b値が0.02未満では、元素Mの効果が確認できず、0.5を超えると、容量低下が大きくなる。
d値が0.1未満では、Niの添加効果(例えば理論容量を向上させる効果)が低く、0.5を超えると、電圧が低くなる上に、寿命特性も低下する。
e値が0.1未満では、Coの添加効果(例えば電圧を向上させる効果)が低く、0.5を超えると、正極の利用率が低下する。
Also in General formula (2), a value is an initial value, and it increases / decreases with charging / discharging of a battery. On the other hand, if the b value is less than 0.02, the effect of the element M cannot be confirmed, and if it exceeds 0.5, the capacity reduction increases.
If the d value is less than 0.1, the effect of adding Ni (for example, the effect of improving the theoretical capacity) is low, and if it exceeds 0.5, the voltage is lowered and the life characteristics are also deteriorated.
When the e value is less than 0.1, the effect of adding Co (for example, the effect of improving the voltage) is low, and when it exceeds 0.5, the utilization factor of the positive electrode decreases.

一般式(2)は、0.95≦b+d+e≦1.05を満たす。ただし、合成直後の初期状態(充放電の履歴を有さない状態)において、b+d+eの標準値は1であるが、b+d+eは厳密に1である必要はない。0.95≦b+d+e≦1.05の範囲では、実質上b+d+e=1と見なすことができる。  The general formula (2) satisfies 0.95 ≦ b + d + e ≦ 1.05. However, the standard value of b + d + e is 1 in the initial state immediately after synthesis (the state having no charge / discharge history), but b + d + e is not necessarily exactly 1. In the range of 0.95 ≦ b + d + e ≦ 1.05, it can be considered that b + d + e = 1 substantially.

一般式(2)で表され、200℃における推定発熱速度を50W/kg以下に制御する正極材料の具体例として、例えばLiMnNiCo(0.15≦b≦0.35、0.3≦d≦0.5および0.25≦e≦0.35)が挙げられる。As a specific example of the positive electrode material represented by the general formula (2) and controlling the estimated heat generation rate at 200 ° C. to 50 W / kg or less, for example, LiMn b Ni d Co e O 2 (0.15 ≦ b ≦ 0.35, 0.3 ≦ d ≦ 0.5 and 0.25 ≦ e ≦ 0.35).

第3に、任意の組成を有し、元素Mを含み、元素Mは、Al、Mn、Sn、In、Fe、Cu、Mg、Ti、Zn、ZrおよびMoよりなる群から選択される少なくとも1種であり、元素Mは、内部よりも表層部に多く分布する複合リチウム酸化物を、推定発熱速度を50W/kg以下に抑制するのに有効な正極材料として挙げることができる。  Third, it has an arbitrary composition and includes an element M, and the element M is at least one selected from the group consisting of Al, Mn, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, Zr, and Mo. The element M can be cited as a positive electrode material effective for suppressing the estimated heat generation rate to 50 W / kg or less of the composite lithium oxide that is distributed more in the surface layer than in the inside.

このような正極材料は、任意の組成を有する複合リチウム酸化物(例えば一般式(1)または(2)で表される複合リチウム酸化物)の表面に、元素Mを含む化合物(例えば、硝酸塩、硫酸塩など)を付与し、元素Mを複合リチウム酸化物内に拡散させることにより得ることができる。例えば、複合リチウム酸化物と少量の元素Mを含む化合物を混合し、適温で焼成すれば、元素Mが複合リチウム酸化物の表面から内部に拡散する。その結果、元素Mが内部よりも表層部に多く分布する複合リチウム酸化物を得ることができる。あるいは、元素Mを含む化合物を溶解もしくは分散させた液と、複合リチウム酸化物とを混合し、その後、液状成分を除去することで、元素Mを担持した複合リチウム酸化物を得ることができる。この複合リチウム酸化物を適温(例えば300〜700℃)で焼成すれば、元素Mが複合リチウム酸化物の表面から内部に拡散する。  Such a positive electrode material includes a compound (for example, nitrate, etc.) containing the element M on the surface of a composite lithium oxide having an arbitrary composition (for example, a composite lithium oxide represented by the general formula (1) or (2)). Sulfate) and the like, and the element M can be obtained by diffusing into the composite lithium oxide. For example, when a compound containing a composite lithium oxide and a small amount of the element M is mixed and fired at an appropriate temperature, the element M diffuses from the surface of the composite lithium oxide to the inside. As a result, it is possible to obtain a composite lithium oxide in which the element M is distributed more in the surface layer portion than in the inside. Alternatively, a composite lithium oxide carrying the element M can be obtained by mixing a liquid in which a compound containing the element M is dissolved or dispersed and the composite lithium oxide, and then removing the liquid component. When the composite lithium oxide is fired at an appropriate temperature (for example, 300 to 700 ° C.), the element M diffuses from the surface of the composite lithium oxide to the inside.

元素Mを含む化合物は、200℃における推定発熱速度を抑制する効果が大きい。ただし、複合リチウム酸化物に添加する元素Mを含む化合物の量が多くなると、正極の利用率が低下し、電池のエネルギー密度が低下する。また、正極の発熱反応は、活物質粒子の表面で起こる。よって、元素Mを活物質粒子の表層部に多く存在させることで、正極の利用率を大きく低下させずに、効率よく発熱を抑制できる。すなわち、元素Mを活物質粒子の表層部に集中分布させることで、少量の元素Mにより、推定発熱速度を抑制できる。  The compound containing the element M has a large effect of suppressing the estimated heat generation rate at 200 ° C. However, when the amount of the compound containing the element M added to the composite lithium oxide increases, the utilization factor of the positive electrode decreases and the energy density of the battery decreases. Further, the exothermic reaction of the positive electrode occurs on the surface of the active material particles. Therefore, the presence of a large amount of the element M in the surface layer portion of the active material particles can efficiently suppress heat generation without greatly reducing the utilization factor of the positive electrode. That is, the estimated heat generation rate can be suppressed by a small amount of the element M by concentrating and distributing the element M on the surface layer portion of the active material particles.

複合リチウム酸化物1モルあたり、元素Mが0.0001〜0.05モルとなる量の元素Mを含む化合物を用いることが好ましい。  It is preferable to use a compound containing the element M in an amount such that the element M is 0.0001 to 0.05 mole per mole of the composite lithium oxide.

第4に、一般式(3):X−Si−Yで表されるSi化合物で処理されている複合リチウム酸化物を、推定発熱速度を50W/kg以下に抑制するのに有効な正極材料として挙げることができる。ここで、Xは、複合リチウム酸化物と反応する官能基を含み、Yは、C、H、O、FまたはSiを含む官能基を含む。このようなSi化合物で複合リチウム酸化物の表面を改質することにより、活物質粒子の表面で起こる発熱反応が抑制され、推定発熱速度が抑制される。また、Si化合物で複合リチウム酸化物を処理しても、正極の利用率は大きく低下しない。Fourth, a positive electrode material effective for suppressing the estimated heat generation rate to 50 W / kg or less for the composite lithium oxide treated with the Si compound represented by the general formula (3): X—Si—Y 3 Can be mentioned. Here, X includes a functional group that reacts with the composite lithium oxide, and Y includes a functional group including C, H, O, F, or Si. By modifying the surface of the composite lithium oxide with such a Si compound, the exothermic reaction occurring on the surface of the active material particles is suppressed, and the estimated heat generation rate is suppressed. Moreover, even if the composite lithium oxide is treated with the Si compound, the utilization factor of the positive electrode is not greatly reduced.

例えば、複合リチウム酸化物を、X−Si−Yで表されるシランカップリング剤で処理することが望ましい。複合リチウム酸化物を、X−Si−Yで表されるシランカップリング剤で処理する方法は、特に限定されない。例えば、シランカップリング剤を水と混合し、得られた混合液を複合リチウム酸化物と混合し、その後、乾燥させる。ここで、シランカップリング剤と水との混合液において、シランカップリング剤の濃度は、0.01重量%〜5重量%程度が好ましく、0.1重量%〜3重量%程度が更に好ましい。また、シランカップリング剤の量は、複合リチウム酸化物100重量部あたり、0.001〜0.5重量部が好ましく、0.01〜0.1重量部が更に好ましい。For example, it is desirable to treat the composite lithium oxide with a silane coupling agent represented by X—Si—Y 3 . The method for treating the composite lithium oxide with the silane coupling agent represented by X—Si—Y 3 is not particularly limited. For example, a silane coupling agent is mixed with water, and the resulting mixture is mixed with a composite lithium oxide and then dried. Here, in the liquid mixture of the silane coupling agent and water, the concentration of the silane coupling agent is preferably about 0.01 wt% to 5 wt%, and more preferably about 0.1 wt% to 3 wt%. Further, the amount of the silane coupling agent is preferably 0.001 to 0.5 parts by weight, more preferably 0.01 to 0.1 parts by weight, per 100 parts by weight of the composite lithium oxide.

シランカップリング剤には、例えば、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、β−(3、4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、β−(3、4エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、γ−クロルプロピルトリメトキシシラン、γ−クロルプロピルトリエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシランなどを用いることができる。これらのうちでは、特に、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、β−(3、4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、β−(3、4エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシランが好ましい。  Examples of the silane coupling agent include vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltrichlorosilane, vinyltris (2-methoxyethoxy) silane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, and γ-methacryloxypropyltriethoxy. Silane, γ-aminopropyltriethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltriethoxy Silane, γ-ureidopropyltriethoxysilane, γ-ureidopropyltrimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltriethoxysilane, γ-glycidoxy Propyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltriethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltriethoxysilane, γ-chloropropyltrimethoxysilane, γ-chloropropyltriethoxysilane, methyltri Ethoxysilane, methyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane and the like can be used. Among these, in particular, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltris (2-methoxyethoxy) silane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-methacryloxypropyltriethoxysilane, γ-aminopropyl Triethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltriethoxysilane, γ-ureidopropyl Triethoxysilane, γ-ureidopropyltrimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltriethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-Grease Sidoxypropyltriethoxysilane is preferred.

耐熱性絶縁層は、例えば、無機酸化物フィラーおよび樹脂成分を含む。無機酸化物フィラーは、耐熱性が高い。よって、電池が比較的高温に至った場合でも、耐熱性絶縁層は、機械的強度を高く維持することができる。耐熱性絶縁層には、様々な樹脂成分を用いることができるが、耐熱性の高い樹脂成分を用いることにより、特に優れた耐熱性絶縁層が得られる。
耐熱性絶縁層は、例えば、無機酸化物フィラーおよび結着剤(樹脂成分)を含む場合と、耐熱性樹脂(樹脂成分)からなる場合があるが、特に限定されない。無機酸化物フィラーおよび結着剤を含む耐熱性絶縁層は、機械強度が比較的高いので、耐久性が高い。ここで、無機酸化物フィラーおよび結着剤を含む耐熱性絶縁層は、無機酸化物フィラーを主成分とする。例えば耐熱性絶縁層の80重量%以上、好ましくは90重量%以上が無機酸化物フィラーである。耐熱性樹脂からなる耐熱性絶縁層は、例えば20重量%を超える耐熱性樹脂を含む。
耐熱性樹脂からなる耐熱性絶縁層は、無機酸化物フィラーを主成分として含む耐熱性絶縁層に比べ、柔軟性が高い。これは無機酸化物フィラーよりも耐熱性樹脂の方が柔軟なためである。よって、耐熱性樹脂からなる耐熱性絶縁層は、充放電に伴う極板の膨張および収縮に追従しやすく、高い耐熱性を保持できる。よって、釘刺し安全性も高くなる。
耐熱性樹脂からなる耐熱性絶縁層は、例えば80重量%未満の無機酸化物フィラーを含むことができる。無機酸化物フィラーを含ませることにより、柔軟性と耐久性とのバランスに優れた耐熱性絶縁層が得られる。耐熱性樹脂は耐熱性絶縁層の柔軟性に寄与し、機械的強度の高い無機酸化物フィラーは耐久性に寄与する。耐熱性絶縁層に無機酸化物フィラーを含ませることにより、電池の高出力特性が向上する。詳細は不明であるが、これは、柔軟性と耐久性との相乗効果により、耐熱性絶縁層の空隙構造が適正化されるためと考えられる。良好な高出力特性を確保する観点から、耐熱性樹脂からなる耐熱性絶縁層は、25重量%〜75重量%の絶縁性フィラーを含むことが望ましい。
The heat resistant insulating layer includes, for example, an inorganic oxide filler and a resin component. The inorganic oxide filler has high heat resistance. Therefore, even when the battery reaches a relatively high temperature, the heat-resistant insulating layer can maintain high mechanical strength. Although various resin components can be used for the heat resistant insulating layer, a particularly excellent heat resistant insulating layer can be obtained by using a resin component having high heat resistance.
The heat-resistant insulating layer may include, for example, an inorganic oxide filler and a binder (resin component) or a heat-resistant resin (resin component), but is not particularly limited. A heat-resistant insulating layer containing an inorganic oxide filler and a binder has a relatively high mechanical strength and therefore has a high durability. Here, the heat-resistant insulating layer containing the inorganic oxide filler and the binder is mainly composed of the inorganic oxide filler. For example, 80% by weight or more, preferably 90% by weight or more of the heat-resistant insulating layer is the inorganic oxide filler. The heat resistant insulating layer made of a heat resistant resin contains, for example, a heat resistant resin exceeding 20% by weight.
A heat resistant insulating layer made of a heat resistant resin has higher flexibility than a heat resistant insulating layer containing an inorganic oxide filler as a main component. This is because the heat resistant resin is more flexible than the inorganic oxide filler. Therefore, the heat-resistant insulating layer made of a heat-resistant resin can easily follow the expansion and contraction of the electrode plate accompanying charging / discharging, and can maintain high heat resistance. Therefore, the nail penetration safety is also increased.
The heat-resistant insulating layer made of a heat-resistant resin can contain, for example, less than 80% by weight of an inorganic oxide filler. By including an inorganic oxide filler, a heat-resistant insulating layer excellent in balance between flexibility and durability can be obtained. The heat-resistant resin contributes to the flexibility of the heat-resistant insulating layer, and the inorganic oxide filler having high mechanical strength contributes to durability. By including an inorganic oxide filler in the heat resistant insulating layer, the high output characteristics of the battery are improved. Although details are unknown, it is thought that this is because the void structure of the heat-resistant insulating layer is optimized by the synergistic effect of flexibility and durability. From the viewpoint of securing good high-output characteristics, the heat-resistant insulating layer made of a heat-resistant resin desirably contains 25% to 75% by weight of an insulating filler.

耐熱性絶縁層の樹脂成分(結着剤もしくは耐熱性樹脂)は、250℃以上の熱分解開始温度を有することが望ましい。樹脂成分は、高温で大きく変形しないことが望ましい。よって、樹脂成分は、非晶質もしくは非結晶性であることが望ましい。樹脂成分の熱変形開始温度もしくはガラス転移温度(Tg)は250℃以上であることが望ましい。  The resin component (binder or heat resistant resin) of the heat resistant insulating layer desirably has a thermal decomposition starting temperature of 250 ° C. or higher. It is desirable that the resin component does not greatly deform at high temperatures. Therefore, the resin component is desirably amorphous or non-crystalline. The thermal deformation start temperature or glass transition temperature (Tg) of the resin component is desirably 250 ° C. or higher.

樹脂成分の熱分解開始温度や熱変形開始温度やガラス転移温度は、示差走査熱量測定(DSC:differential scanning calorimetry)や、熱重量測定−示差熱分析(TG−DTA:thermogravimetry−differential thermal analysis)により測定することができる。例えば、TG−DTA測定における重量変化の始点は、熱分解開始温度に相当し、DSC測定における吸熱方向への変曲点は、熱変形温度やガラス転移温度に相当する。  The thermal decomposition initiation temperature, thermal deformation initiation temperature, and glass transition temperature of the resin component are measured by differential scanning calorimetry (DSC) or thermogravimetry-differential thermal analysis (TG-DTA). Can be measured. For example, the starting point of weight change in the TG-DTA measurement corresponds to the thermal decomposition start temperature, and the inflection point in the endothermic direction in the DSC measurement corresponds to the thermal deformation temperature or the glass transition temperature.

耐熱性絶縁層を構成する結着剤の具体例としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のフッ素樹脂、アクリロニトリル単位を含むゴム性状高分子(変性アクリロニトリルゴム)を好ましく用いることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも適度な耐熱性、弾力性および結着性を有することから、アクリロニトリル単位を含むゴム性状高分子が最も適している。
耐熱性絶縁層を構成する耐熱性樹脂の具体例としては、例えば、芳香族ポリアミド(アラミド)等のポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂などを好ましく用いることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
無機酸化物フィラーおよび結着剤を含む耐熱性絶縁層は、負極の少なくとも一方の面に形成もしくは接着されていることが好ましく、負極の両面に形成もしくは接着されていることが更に好ましい。耐熱性樹脂からなる耐熱性絶縁層は、セパレータの少なくとも一方の面に形成もしくは接着されていることが好ましく、耐熱性絶縁層は比較的脆いため、セパレータの一方の面だけに形成もしくは接着されていることが更に好ましい。耐熱性樹脂からなる耐熱性絶縁層が、セパレータの一方の面だけに形成されている場合、セパレータの厚みAと、耐熱性絶縁層の厚みBとの比率:A/Bは、耐熱性絶縁層の破損を防ぐ観点から、例えば3≦A/B≦12、もしくは、4≦A/B≦6である。
As specific examples of the binder constituting the heat-resistant insulating layer, for example, a fluororesin such as polyvinylidene fluoride (PVDF) or a rubbery polymer (modified acrylonitrile rubber) containing an acrylonitrile unit can be preferably used. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, rubbery polymers containing acrylonitrile units are most suitable because they have appropriate heat resistance, elasticity and binding properties.
As specific examples of the heat-resistant resin constituting the heat-resistant insulating layer, for example, polyamide resins such as aromatic polyamide (aramid), polyimide resins, polyamide-imide resins, and the like can be preferably used. These may be used alone or in combination of two or more.
The heat-resistant insulating layer containing the inorganic oxide filler and the binder is preferably formed or bonded on at least one surface of the negative electrode, and more preferably formed or bonded on both surfaces of the negative electrode. The heat-resistant insulating layer made of a heat-resistant resin is preferably formed or bonded to at least one surface of the separator. Since the heat-resistant insulating layer is relatively brittle, it is formed or bonded only to one surface of the separator. More preferably. When the heat-resistant insulating layer made of a heat-resistant resin is formed only on one side of the separator, the ratio between the thickness A of the separator and the thickness B of the heat-resistant insulating layer: A / B is the heat-resistant insulating layer For example, 3 ≦ A / B ≦ 12 or 4 ≦ A / B ≦ 6.

無機酸化物フィラーには、例えばアルミナ(Al)、チタニア(TiO)、シリカ(SiO)、ジルコニア、マグネシア等を用いることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでは、安定性、コスト、取り扱いの容易さの観点から、特にアルミナ(なかでもα−アルミナ)やマグネシアが好ましい。As the inorganic oxide filler, for example, alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), silica (SiO 2 ), zirconia, magnesia and the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, alumina (in particular, α-alumina) and magnesia are particularly preferable from the viewpoints of stability, cost, and ease of handling.

無機酸化物フィラーのメディアン径(D50:平均粒径)は、特に限定されないが、一般に0.1〜5μmの範囲であり、0.2〜1.5μmであることが望ましい。  Although the median diameter (D50: average particle diameter) of an inorganic oxide filler is not specifically limited, Generally it is the range of 0.1-5 micrometers, and it is desirable that it is 0.2-1.5 micrometers.

無機酸化物フィラーおよび結着剤を含む耐熱性絶縁層に占める無機酸化物フィラーの含有率は、50重量%以上99重量%以下であることが好ましく、90重量%以上99重量%以下であることが更に好ましい。無機酸化物フィラーの含有率が50重量%を下回ると、樹脂成分が過多となる。よって、フィラー粒子による細孔構造の制御が困難になることがある。一方、無機酸化物フィラーの含有率が99重量%を上回ると、樹脂成分が過少となる。よって、耐熱性絶縁層の強度や、電極表面もしくはセパレータ表面に対する密着性が低下する場合がある。  The content of the inorganic oxide filler in the heat-resistant insulating layer containing the inorganic oxide filler and the binder is preferably 50% by weight or more and 99% by weight or less, and 90% by weight or more and 99% by weight or less. Is more preferable. When the content of the inorganic oxide filler is less than 50% by weight, the resin component becomes excessive. Therefore, it may be difficult to control the pore structure with the filler particles. On the other hand, when the content of the inorganic oxide filler exceeds 99% by weight, the resin component becomes excessive. Therefore, the strength of the heat-resistant insulating layer and the adhesion to the electrode surface or separator surface may be reduced.

耐熱性絶縁層の厚みは、特に限定されない。耐熱性絶縁層による短絡抑制機能もしくは短絡点の絶縁化を十分に確保し、かつ設計容量を維持する観点から、耐熱性絶縁層の厚みは、例えば1μm以上、15μm以下である。無機酸化物フィラーおよび結着剤を含む耐熱性絶縁層の厚みは、例えば3〜15μm、もしくは、3〜8μmである。耐熱性樹脂からなる耐熱性絶縁層の厚みは、例えば1.5〜7μm、もしくは、1.7〜6.7μmである。耐熱性絶縁層の厚みが大きすぎると、耐熱性絶縁層は脆いため、電極を捲回する際に破損する場合がある。一方、厚みが小さすぎると、耐熱性絶縁層の強度が小さくなり、破損する場合がある。  The thickness of the heat resistant insulating layer is not particularly limited. The thickness of the heat-resistant insulating layer is, for example, 1 μm or more and 15 μm or less from the viewpoint of sufficiently ensuring the short-circuit suppressing function by the heat-resistant insulating layer or insulating the short-circuit point and maintaining the design capacity. The thickness of the heat-resistant insulating layer containing the inorganic oxide filler and the binder is, for example, 3 to 15 μm or 3 to 8 μm. The thickness of the heat resistant insulating layer made of the heat resistant resin is, for example, 1.5 to 7 μm or 1.7 to 6.7 μm. If the thickness of the heat-resistant insulating layer is too large, the heat-resistant insulating layer is brittle and may be damaged when the electrode is wound. On the other hand, if the thickness is too small, the strength of the heat-resistant insulating layer is reduced and may be damaged.

本発明には、様々な従来のセパレータを用いることができる。例えばポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂からなる単層構造のセパレータや、ポリオレフィン樹脂からなる多層構造のセパレータを用いることができる。セパレータの厚みは、特に限定されないが、15〜25μm程度が望ましい。  Various conventional separators can be used in the present invention. For example, a separator having a single layer structure made of a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene, or a separator having a multilayer structure made of a polyolefin resin can be used. Although the thickness of a separator is not specifically limited, About 15-25 micrometers is desirable.

正極合剤は、複合リチウム酸化物からなる活物質を必須成分として含み、結着剤、導電材などを任意成分として含む。正極の結着剤には、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、変性アクリロニトリルゴム粒子、PVDF等を用いることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いても良い。PTFEや変性アクリロニトリルゴム粒子は、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレンオキシド、変性アクリロニトリルゴム等と組み合わせて用いることが好ましい。これらは、正極合剤と液状成分を含むペーストの増粘剤となる。正極の導電材には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、各種黒鉛等を用いることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いても良い。正極合剤に含まれる結着剤および導電材の量は、活物質100重量部あたり、それぞれ0.1〜5重量部および1〜10重量部が好適である。  The positive electrode mixture includes an active material composed of a composite lithium oxide as an essential component, and includes a binder, a conductive material, and the like as optional components. As the positive electrode binder, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), modified acrylonitrile rubber particles, PVDF, or the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more. PTFE and modified acrylonitrile rubber particles are preferably used in combination with carboxymethyl cellulose, polyethylene oxide, modified acrylonitrile rubber and the like. These serve as a thickener for the paste containing the positive electrode mixture and the liquid component. As the conductive material for the positive electrode, acetylene black, ketjen black, various graphites, and the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more. The amount of the binder and the conductive material contained in the positive electrode mixture is preferably 0.1 to 5 parts by weight and 1 to 10 parts by weight, respectively, per 100 parts by weight of the active material.

炭素材料もしくは合金材料を含む負極には、従来の負極で用いられている様々な材料を用いることができる。炭素材料には、例えば各種天然黒鉛、各種人造黒鉛を用いることができる。合金材料には、例えばケイ素合金、錫合金等を用いることができる。炭素材料と合金材料とを複合して用いることもできる。負極にも、結着剤や導電材を含ませることができる。負極の結着剤や導電材にも、正極の結着剤や導電材として挙げた上記の材料を用いることができる。  Various materials used in conventional negative electrodes can be used for the negative electrode including a carbon material or an alloy material. As the carbon material, for example, various natural graphites and various artificial graphites can be used. For example, a silicon alloy or a tin alloy can be used as the alloy material. A composite of a carbon material and an alloy material can also be used. The negative electrode can also contain a binder and a conductive material. The materials mentioned above as the binder and conductive material for the positive electrode can also be used for the negative electrode binder and conductive material.

非水電解質には、リチウム塩を溶質として溶解した非水溶媒が好ましく用いられる。リチウム塩および非水溶媒ともに特に限定されないが、リチウム塩には、例えばLiPF、LiBF等を用いることが好ましい。非水溶媒には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等を用いることが好ましい。非水溶媒は、1種を単独で用いるよりも、2種以上を組み合わせて用いることが好ましい。また、非水電解質には、添加剤として、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、シクロヘキシルベンゼン等を添加することが望ましい。As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous solvent in which a lithium salt is dissolved as a solute is preferably used. The lithium salt and the non-aqueous solvent are not particularly limited, but it is preferable to use, for example, LiPF 6 or LiBF 4 as the lithium salt. As the non-aqueous solvent, it is preferable to use ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, or the like. The non-aqueous solvent is preferably used in combination of two or more, rather than using one alone. In addition, it is desirable to add vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, cyclohexylbenzene, or the like as an additive to the non-aqueous electrolyte.

以下、本発明を各種実験および実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。  Hereinafter, the present invention will be specifically described based on various experiments and examples, but the present invention is not limited to the following examples.

[実験1]
短絡点近傍温度の測定
円筒形18650(直径18mm、高さ65mm)の非水電解質二次電池を10セル作製した。ここで、正極活物質には、コバルト酸リチウム(LiCoO)を用いた。また、負極表面に、無機酸化物フィラーおよび樹脂成分からなる耐熱性絶縁層を形成した。これらのセルを用いて、釘刺し試験を行い、釘刺し直後の0.5秒間に、短絡点近傍の温度が何℃まで上昇するかを調べた。
[Experiment 1]
Measurement of temperature near short-circuit point Ten cells of a cylindrical 18650 (diameter 18 mm, height 65 mm) non-aqueous electrolyte secondary battery were produced. Here, lithium cobaltate (LiCoO 2 ) was used as the positive electrode active material. Moreover, the heat resistant insulating layer which consists of an inorganic oxide filler and a resin component was formed in the negative electrode surface. Using these cells, a nail penetration test was performed, and it was examined to what degree the temperature in the vicinity of the short-circuiting point rose to 0.5 seconds immediately after the nail penetration.

ここでは、電池表面に熱電対を取り付け、熱電対近傍に釘を刺して、電池表面温度を測定した。結果を表1に示す。  Here, a thermocouple was attached to the battery surface, and a nail was stabbed near the thermocouple, and the battery surface temperature was measured. The results are shown in Table 1.

Figure 2007072595
Figure 2007072595

上記の円筒形18650の非水電解質二次電池は、以下の要領で作製した。
(i)正極の作製
コバルト酸リチウム3kgと、結着剤としての呉羽化学(株)製のPVDF#1320(PVDFを12重量%含むN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液)1kgと、アセチレンブラック90gと、適量のNMPとを、双腕式練合機で攪拌し、正極合剤ペーストを調製した。このペーストを15μm厚のアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥後、圧延して、正極合剤層を形成した。この際、アルミニウム箔および正極合剤層からなる極板の厚みを160μmに制御した。得られた極板を、直径18mm、高さ65mmサイズの円筒形の電池ケースに挿入可能な幅と長さに裁断し、正極を得た。
The cylindrical 18650 non-aqueous electrolyte secondary battery was manufactured in the following manner.
(I) Production of positive electrode 3 kg of lithium cobaltate, 1 kg of PVDF # 1320 (N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution containing 12% by weight of PVDF) manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd. as a binder, and acetylene 90 g of black and an appropriate amount of NMP were stirred with a double-arm kneader to prepare a positive electrode mixture paste. This paste was applied to both sides of a 15 μm thick aluminum foil, dried and then rolled to form a positive electrode mixture layer. Under the present circumstances, the thickness of the electrode plate which consists of aluminum foil and a positive mix layer was controlled to 160 micrometers. The obtained electrode plate was cut into a width and a length that could be inserted into a cylindrical battery case having a diameter of 18 mm and a height of 65 mm to obtain a positive electrode.

(ii)負極の作製
人造黒鉛3kgと、日本ゼオン(株)製のBM−400B(スチレン−ブタジエン共重合体を40重量%含む水性分散液)75gと、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)30gと、適量の水とを、双腕式練合機で攪拌し、負極合剤ペーストを調製した。このペーストを10μm厚の銅箔の両面に塗布し、乾燥後、圧延して、負極合剤層を形成した。この際、銅箔および負極合剤層からなる極板の厚みを180μmに制御した。得られた極板を、前記電池ケースに挿入可能な幅と長さに裁断し、負極を得た。
(Ii) Production of negative electrode 3 kg of artificial graphite, 75 g of BM-400B (aqueous dispersion containing 40% by weight of styrene-butadiene copolymer) manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener 30 g and an appropriate amount of water were stirred with a double arm kneader to prepare a negative electrode mixture paste. This paste was applied to both sides of a 10 μm thick copper foil, dried and then rolled to form a negative electrode mixture layer. Under the present circumstances, the thickness of the electrode plate which consists of copper foil and a negative mix layer was controlled to 180 micrometers. The obtained electrode plate was cut into a width and a length that can be inserted into the battery case to obtain a negative electrode.

(iii)非水電解質の調製
エチレンカーボネートと、メチルエチルカーボネートとを、体積比1:3で含む混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を1mol/Lの濃度で溶解し、非水電解質を調製した。
(Iii) Preparation of non-aqueous electrolyte Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent containing ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate in a volume ratio of 1: 3. A water electrolyte was prepared.

(iv)耐熱性絶縁層の原料ペーストの調製
無機酸化物フィラーであるメディアン径0.3μmのアルミナを950gと、樹脂成分である日本ゼオン(株)製のBM−720H(アクリロニトリル単位を含むゴム性状高分子を8重量%含むNMP溶液)625gと、適量のNMPとを、双腕式練合機で攪拌し、耐熱性絶縁層の原料ペーストを調製した。
(Iv) Preparation of heat-resistant insulating layer raw material paste 950 g of alumina having a median diameter of 0.3 μm, which is an inorganic oxide filler, and BM-720H, a resin component, made by Nippon Zeon Co., Ltd. (rubber-like material containing acrylonitrile units) 625 g of an NMP solution containing 8% by weight of a polymer) and an appropriate amount of NMP were stirred with a double-arm kneader to prepare a heat-resistant insulating layer raw material paste.

(v)電池の組立
耐熱性絶縁層の原料ペーストを負極の両面に塗布し、塗膜を乾燥させて、各面に厚みが0.5μmの耐熱性絶縁層を形成した。
正極と、厚み0.5μmの耐熱性絶縁層を形成した負極とを、厚み20μmのポリエチレン樹脂の単層からなるセパレータを介して捲回して、極板群を構成した。この極板群を電池ケース内に挿入し、非水電解質を5.5g電池ケース内に注液し、ケースの開口部を封口した。こうして、円筒形の非水電解質二次電池(公称容量2000mAh)を完成させた。
(V) Battery assembly The raw material paste for the heat-resistant insulating layer was applied to both sides of the negative electrode, and the coating film was dried to form a heat-resistant insulating layer having a thickness of 0.5 μm on each side.
A positive electrode and a negative electrode on which a heat-resistant insulating layer having a thickness of 0.5 μm was formed were wound through a separator made of a single layer of a polyethylene resin having a thickness of 20 μm to constitute an electrode plate group. This electrode plate group was inserted into the battery case, and 5.5 g of the nonaqueous electrolyte was injected into the battery case, and the opening of the case was sealed. Thus, a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery (nominal capacity 2000 mAh) was completed.

釘刺し試験は、以下の条件で行った。
まず、各電池(円筒形電池1〜10)に対し、以下の充電を行った。
定電流充電:1400mA(終止電圧4.25V)
定電圧充電:4.25V(終止電流100mA)
充電後の電池に対して、その側面から、2.7mm径の鉄製丸釘を、20℃環境下で、5mm/秒の速度で貫通させ、貫通後0.5秒間の短絡点近傍(すなわち釘刺し点近傍)の電池温度を観測した。
The nail penetration test was performed under the following conditions.
First, each battery (cylindrical batteries 1 to 10) was charged as follows.
Constant current charging: 1400mA (end voltage 4.25V)
Constant voltage charge: 4.25V (end current 100mA)
From the side of the battery after charging, a 2.7 mm diameter iron round nail is penetrated at a speed of 5 mm / second in an environment of 20 ° C. The battery temperature in the vicinity of the puncture point was observed.

表1の結果より、短絡点近傍の温度は0.5秒間で、最低でも200℃まで上昇していることがわかった。充電状態のコバルト酸リチウムは、200℃付近になると熱分解を起こすことが一般的に知られている。このことから、釘刺し試験のように同時多発的に短絡点が生じる状況では、短絡点近傍で電流によるジュール発熱が継続的に起こり、正極活物質の分解反応熱が発生したと予想される。このことは、無機酸化物フィラーと樹脂成分からなる耐熱性絶縁層を具備する従来の電池では、同時多発的に内部短絡が発生する状況では、安全性を確実に確保できないことを示唆している。  From the results in Table 1, it was found that the temperature in the vicinity of the short-circuit point increased to 200 ° C. at the minimum in 0.5 seconds. It is generally known that lithium cobalt oxide in a charged state undergoes thermal decomposition at around 200 ° C. From this, in the situation where short-circuit points occur at the same time as in the nail penetration test, it is expected that Joule heat generation due to current occurs continuously in the vicinity of the short-circuit point and heat of decomposition reaction of the positive electrode active material is generated. This suggests that, in a conventional battery having a heat-resistant insulating layer composed of an inorganic oxide filler and a resin component, safety cannot be reliably ensured in a situation where internal short-circuits occur at the same time. .

以上の結果より、同時多発的に内部短絡が発生する状況においても安全性を確実に確保するためには、正極材料の熱安定性を制御することが非常に重要であることが理解できる。より具体的には、耐熱性絶縁層による短絡防止を講じるだけではなく、正極活物質の熱分解反応を抑制することが重要となる。正極活物質は、短絡点近傍が200℃以上の高温に達した場合でも分解しにくい材料であることが要望される。  From the above results, it can be understood that it is very important to control the thermal stability of the positive electrode material in order to ensure safety even in a situation where internal short-circuits occur simultaneously and frequently. More specifically, it is important not only to prevent short-circuiting by the heat-resistant insulating layer but also to suppress the thermal decomposition reaction of the positive electrode active material. The positive electrode active material is required to be a material that does not easily decompose even when the vicinity of the short circuit point reaches a high temperature of 200 ° C. or higher.

[実験2]
正極活物質の検討
耐熱性絶縁層と正極活物質の熱安定性が非常に重要な要件であることから、次に正極合剤の熱安定性の検討を行った。ここでは、表2に示す正極材料1〜3を含む正極合剤の200℃における推定発熱速度を測定した。
[Experiment 2]
Examination of positive electrode active material Since the heat stability of the heat-resistant insulating layer and the positive electrode active material is a very important requirement, the thermal stability of the positive electrode mixture was examined next. Here, the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture containing the positive electrode materials 1 to 3 shown in Table 2 was measured.

Figure 2007072595
Figure 2007072595

表2に示した材料を正極活物質として用い、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製し、得られた電池を以下の条件で充電した。以下、正極材料1〜3を用いて作製した電池を、それぞれ電池1A〜3Aと称する。
定電流充電:1400mA(終止電圧4.25V)
定電圧充電:4.25V(終止電流100mA)
ただし、電池電圧4.25Vのとき、金属Liに対する正極電位は4.35Vに相当する。
Using the material shown in Table 2 as the positive electrode active material, a cylindrical 18650 non-aqueous electrolyte secondary battery was prepared in the same manner as in Experiment 1, and the obtained battery was charged under the following conditions. Hereinafter, the batteries produced using the positive electrode materials 1 to 3 are referred to as batteries 1A to 3A, respectively.
Constant current charging: 1400mA (end voltage 4.25V)
Constant voltage charge: 4.25V (end current 100mA)
However, when the battery voltage is 4.25V, the positive electrode potential with respect to the metal Li corresponds to 4.35V.

充電状態の電池1A〜3Aを、露点−40℃以下の雰囲気で分解し、正極を取り出した。その正極を3×6cmの試料に切り出した。次いで、正極の試料を、内面にNiメッキを施した鉄製円筒ケース(直径8mm、高さ65mm)に封入し、ケースの開口部を封口した。  The batteries 1A to 3A in a charged state were decomposed in an atmosphere having a dew point of −40 ° C. or less, and the positive electrode was taken out. The positive electrode was cut into a 3 × 6 cm sample. Next, the positive electrode sample was enclosed in an iron cylindrical case (diameter: 8 mm, height: 65 mm) whose inner surface was plated with Ni, and the opening of the case was sealed.

次に、円筒ケース内に密封された正極の試料を用い、加速速度熱量計もしくは暴走反応測定装置(Accelerated rate calorimeter:ARC)を用いて、表3に示す条件で、絶対温度Tと正極合剤の発熱速度Vとの関係に関するデータを求めた。  Next, using a positive electrode sample sealed in a cylindrical case, and using an accelerated rate calorimeter or an accelerated rate calorimeter (ARC), the absolute temperature T and the positive electrode mixture under the conditions shown in Table 3 The data regarding the relationship with the exothermic rate V was obtained.

Figure 2007072595
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ARCでは、試料が断熱環境に置かれるため、試料の温度上昇速度は、そのまま試料の発熱速度を反映する。発熱反応が検知感度以上の発熱速度を有するまで、段階的に強制的な昇温を繰り返し、検知感度以上の発熱速度を検知すると、断熱環境で、試料の発熱速度の測定が行われる。  In ARC, since the sample is placed in an adiabatic environment, the temperature increase rate of the sample directly reflects the heat generation rate of the sample. Until the exothermic reaction has a heat generation rate equal to or higher than the detection sensitivity, forced heating is repeated step by step, and when the heat generation rate higher than the detection sensitivity is detected, the heat generation rate of the sample is measured in an adiabatic environment.

表3中の用語の意味を、概念図2を参照しながら以下に記す。
昇温ステップ:試料の自発的な発熱が検知されない領域において、段階的に強制的に上昇させる環境温度の温度幅(図2の「1」)である。
発熱検知感度:試料の自己発熱を検知する感度(図2の「2」)である。感度は材料に基づいて任意に設定される。検知時間(Δt)内における試料の自発的な発熱による温度上昇幅をΔTとした場合、感度はΔT/Δtで表される。
昇温後安定時間:所定の昇温ステップに基づいて、強制的に環境温度を昇温させた後、試料温度と炉内環境温度とが安定するまで放置する時間(図2の「3」)である。この時間は任意に設定される。
発熱認識温度幅:試料の自己発熱を認識する温度幅(図2の「4」)である。発熱認識温度幅が0.2℃で、発熱検知感度が0.04℃/分である場合、0.04℃/分以上の昇温が5分間(0.2/0.04)継続した場合に発熱有りと認識される。
The meanings of terms in Table 3 are described below with reference to the conceptual diagram 2.
Temperature rising step: a temperature range (“1” in FIG. 2) of the environmental temperature that is forcibly increased in a stepwise manner in a region where no spontaneous heat generation of the sample is detected.
Exothermic detection sensitivity: Sensitivity to detect self-heating of the sample (“2” in FIG. 2). Sensitivity is arbitrarily set based on the material. When the temperature rise due to the spontaneous heat generation of the sample within the detection time (Δt) is ΔT, the sensitivity is represented by ΔT / Δt.
Stabilization time after temperature increase: After the environmental temperature is forcibly increased based on a predetermined temperature increase step, the sample temperature and the environmental temperature in the furnace are allowed to stabilize ("3" in FIG. 2) It is. This time is arbitrarily set.
Heat generation recognition temperature range: A temperature range ("4" in FIG. 2) for recognizing self-heating of the sample. When the heat generation recognition temperature range is 0.2 ° C and the heat generation detection sensitivity is 0.04 ° C / min, when the temperature rise of 0.04 ° C / min or more continues for 5 minutes (0.2 / 0.04) Is recognized as having fever.

従来、正極活物質の熱安定性の評価には、示差走査熱量測定(DSC:differential scanning calorimetry)や熱重量測定−示差熱分析(TG−DTA:thermogravimetry−differential thermal analysis)等の熱分析装置が利用されている。しかし、DSCやTG−DTAによる熱安定性の評価には、以下の問題点がある。まず、DSCやTG−DTA等による測定では、発熱速度や発熱ピークが測定条件(昇温速度やサンプル量)によって変化する。よって、発熱速度を正確に求めるには適さない。次に、内部短絡等では、短絡点近傍が瞬時に200℃以上まで上昇する。よって、200℃未満で起こる発熱も同時に発生する。しかし、DSCやTG−DTA等では温度域の異なる発熱の速度を予測することができない。反面、ARCは断熱測定のため、サンプルの温度上昇速度は、そのままサンプルの発熱速度を表す。このため、ARCは、熱分析手法と異なり、発熱反応の反応速度を測定するのに非常に有効である。そこで、本発明では、内部短絡時における正極合剤の熱安定性の評価においてARCを用いた。  Conventionally, thermal analysis equipment such as differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetry-differential thermal analysis (TG-DTA) is used to evaluate the thermal stability of the positive electrode active material. It's being used. However, evaluation of thermal stability by DSC or TG-DTA has the following problems. First, in the measurement by DSC, TG-DTA, etc., the heat generation rate and the heat generation peak vary depending on the measurement conditions (temperature increase rate and sample amount). Therefore, it is not suitable for accurately obtaining the heat generation rate. Next, in the case of an internal short circuit or the like, the vicinity of the short circuit point instantaneously rises to 200 ° C. or higher. Therefore, heat generation that occurs at less than 200 ° C. occurs at the same time. However, DSC, TG-DTA, etc. cannot predict the rate of heat generation in different temperature ranges. On the other hand, since ARC is an adiabatic measurement, the temperature rise rate of the sample represents the heat generation rate of the sample as it is. For this reason, unlike the thermal analysis method, ARC is very effective in measuring the reaction rate of the exothermic reaction. Therefore, in the present invention, ARC was used in evaluating the thermal stability of the positive electrode mixture at the time of an internal short circuit.

ARCにより得られたデータは、図1に示すように、アレニウスの定理に基づいてプロットした。すなわち、絶対温度Tの逆数(X座標)と、発熱速度Vの対数(Y座標)との関係をプロットした。こうして得られた化学反応の発熱速度を示すプロットの集合は、直線で近似することができる。よって、近似直線を所定の温度軸に外挿することによって、実際に発熱が観測された温度領域とは異なる温度領域における発熱速度を推定することが可能となる。ここでは、図1に示すように、T<200℃(473K)の発熱領域に存在するプロットに適合した近似直線を求め、その近似直線をT=200℃(473K)の温度軸に外挿して、推定発熱速度を求めた。得られた推定発熱速度の結果を表4に示す。  The data obtained by ARC was plotted based on the Arrhenius theorem as shown in FIG. That is, the relationship between the reciprocal of the absolute temperature T (X coordinate) and the logarithm of the heat generation rate V (Y coordinate) was plotted. The set of plots showing the exothermic rate of the chemical reaction thus obtained can be approximated by a straight line. Therefore, by extrapolating the approximate straight line to a predetermined temperature axis, it is possible to estimate the heat generation rate in a temperature region different from the temperature region in which heat generation is actually observed. Here, as shown in FIG. 1, an approximate straight line suitable for the plot existing in the heat generation region of T <200 ° C. (473 K) is obtained, and the approximate straight line is extrapolated to the temperature axis of T = 200 ° C. (473 K). The estimated heat generation rate was obtained. The results of the estimated heat generation rate obtained are shown in Table 4.

Figure 2007072595
Figure 2007072595

次に、電池1A〜3Aの釘刺し試験を、実験1と同じ条件で行ったところ、正極材料1(LiMn1/3Ni1/3Co1/3)を用いた電池1Aの場合だけ、釘刺し直後の短絡点近傍の温度が200℃に達しなかった。また、試験後の電池電圧は、試験前に比べて、ほとんど降下しておらず、試験終了まで電池表面(短絡点から離れた位置)の最高温度も80℃に達しなかった。このことから、内部短絡発生後、短絡点の絶縁化が有効に働き、ジュール発熱の発生を最小限に抑制できたと考えられる。Next, when the nail penetration test of the batteries 1A to 3A was performed under the same conditions as in Experiment 1, only in the case of the battery 1A using the positive electrode material 1 (LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 ). The temperature near the short-circuit point immediately after nail penetration did not reach 200 ° C. In addition, the battery voltage after the test did not drop much compared to before the test, and the maximum temperature on the battery surface (position away from the short circuit point) did not reach 80 ° C. until the end of the test. From this, it is considered that after the occurrence of an internal short circuit, the insulation of the short circuit point worked effectively and the generation of Joule heat could be suppressed to a minimum.

以上の結果より、正極材料の熱安定性が所定値、すなわちARC測定から導かれた200℃における推定発熱速度が10W/kgである場合には、同時多発的に内部短絡が発生する状況においても、安全性を確保できたものと考えることができる。この結果は、耐熱性絶縁層の作用と正極材料の熱安定性との相乗効果によるものであり、このような相乗効果が、従来にない高い安全性を有する電池の実現を可能にしたものと考えられる。このことは、従来は同時多発的に短絡点が生じる状況では電池温度を80℃未満に抑制することが不可能であったが、本発明によれば、それが可能となることを意味する。  From the above results, when the thermal stability of the positive electrode material is a predetermined value, that is, when the estimated heat generation rate at 200 ° C. derived from the ARC measurement is 10 W / kg, even in a situation where internal short-circuits occur simultaneously and frequently. It can be considered that safety was ensured. This result is due to a synergistic effect between the action of the heat-resistant insulating layer and the thermal stability of the positive electrode material, and this synergistic effect has enabled the realization of a battery with high safety that has not been achieved in the past. Conceivable. This means that, in the past, it was impossible to suppress the battery temperature below 80 ° C. in a situation where short-circuit points occur simultaneously and frequently, but according to the present invention, this is possible.

次に、実施例について説明する。
《電池X1〜X18および電池Y1〜Y12》
表2に示した正極材料1〜3およびそれらを混合した以下の正極材料A〜Eを用いた。耐熱性絶縁層の接着面を表5記載のように設定した。さらに耐熱性絶縁層の乾燥後の接着面一つあたりの厚みを表5記載のように設定した。それ以外は、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製した。
Next, examples will be described.
<< Batteries X1 to X18 and Batteries Y1 to Y12 >>
The positive electrode materials 1 to 3 shown in Table 2 and the following positive electrode materials A to E obtained by mixing them were used. The adhesive surface of the heat resistant insulating layer was set as shown in Table 5. Furthermore, the thickness per adhesive surface after drying of the heat-resistant insulating layer was set as shown in Table 5. Other than that was carried out similarly to the experiment 1, and produced the cylindrical 18650 nonaqueous electrolyte secondary battery.

正極材料A:正極材料1が90重量%、正極材料2が10重量%の混合物
正極材料B:正極材料1が80重量%、正極材料2が20重量%の混合物
正極材料C:正極材料1が70重量%、正極材料2が30重量%の混合物
正極材料D:正極材料1が60重量%、正極材料2が40重量%の混合物
正極材料E:正極材料1が50重量%、正極材料2が50重量%の混合物
Positive electrode material A: a mixture of 90% by weight of positive electrode material 1 and 10% by weight of positive electrode material 2 Positive electrode material B: a mixture of 80% by weight of positive electrode material 1 and 20% by weight of positive electrode material 2 Positive electrode material C: positive electrode material 1 Mixture of 70 wt% and positive electrode material 2 30 wt% Positive electrode material D: mixture of positive electrode material 1 60 wt% and positive electrode material 2 40 wt% Positive electrode material E: 50 wt% of positive electrode material 1 and positive electrode material 2 50% by weight of mixture

ただし、電池X7〜X12、X16〜X18、電池Y3、Y4、Y8、Y11、Y12においては、セパレータの片面だけに、特許文献2の実施例で開示されているアラミド樹脂と無機酸化物フィラーからなる厚み0.5〜5μmの膜を耐熱性絶縁層として形成した。具体的には、以下の要領で耐熱性絶縁層を形成した。  However, in the batteries X7 to X12, X16 to X18, and the batteries Y3, Y4, Y8, Y11, and Y12, only one side of the separator is made of an aramid resin and an inorganic oxide filler disclosed in the example of Patent Document 2. A film having a thickness of 0.5 to 5 μm was formed as a heat-resistant insulating layer. Specifically, a heat-resistant insulating layer was formed as follows.

攪拌翼、温度計、窒素流入管および粉体添加口を有するセパラブルフラスコを十分に乾燥した。乾燥したセパラブルフラスコ内に、NMP4200gと、200℃で2時間乾燥させた塩化カルシウム270gを添加し、100℃に昇温した。塩化カルシウムが完全に溶解した後に、フラスコ内を20±2℃に戻し、パラフェニレンジアミン(PPD)130gを添加し、完全に溶解させた。この溶液を20±2℃に保ったまま、テレフタル酸クロライド(TPC)を5分毎に24gずつ、10回(計240g)分割投入した。その後、この溶液を1時間熟成させ、減圧下で30分間攪拌し、脱気し、ポリパラフェニレンテレフタルアミド(PPTA:熱分解開始温度400℃以上、非晶質)の重合液を得た。  The separable flask having a stirring blade, a thermometer, a nitrogen inflow pipe and a powder addition port was sufficiently dried. In a dry separable flask, 4200 g of NMP and 270 g of calcium chloride dried at 200 ° C. for 2 hours were added, and the temperature was raised to 100 ° C. After the calcium chloride was completely dissolved, the inside of the flask was returned to 20 ± 2 ° C., and 130 g of paraphenylenediamine (PPD) was added and completely dissolved. While maintaining this solution at 20 ± 2 ° C., 24 g of terephthalic acid chloride (TPC) was dividedly added 10 times (total 240 g) every 5 minutes. Thereafter, the solution was aged for 1 hour, stirred for 30 minutes under reduced pressure, and degassed to obtain a polymerization solution of polyparaphenylene terephthalamide (PPTA: thermal decomposition start temperature of 400 ° C. or higher, amorphous).

この重合液に、5.8重量%の塩化カルシウムを溶かしたNMP溶液を徐々に添加し、最終的にPPTAが2.8重量%となるようにした。ここに平均粒径0.5μmのアルミナ粒子を添加し、PPTA溶液:アルミナが重量比で97:3のペーストを得た。このペーストをバーコータでセパレータの片面に塗布し、80℃の熱風で乾燥させた。その後、イオン交換水を用いてセパレータを洗浄し、塩化カルシウム除去し、PPTAからなる耐熱性絶縁層を有するセパレータを得た。極板群においては、耐熱性絶縁層が正極側になるようにセパレータを配置した。  To this polymerization solution, an NMP solution in which 5.8% by weight of calcium chloride was dissolved was gradually added so that the PPTA finally became 2.8% by weight. Alumina particles having an average particle size of 0.5 μm were added thereto to obtain a paste having a PPTA solution: alumina weight ratio of 97: 3. This paste was applied to one side of the separator with a bar coater and dried with hot air at 80 ° C. Thereafter, the separator was washed with ion-exchanged water, calcium chloride was removed, and a separator having a heat-resistant insulating layer made of PPTA was obtained. In the electrode plate group, the separator was disposed so that the heat-resistant insulating layer was on the positive electrode side.

電池Y5、6においては、正極、負極およびセパレータのいずれにも耐熱性絶縁層を形成しなかった。
実験2と同様の条件で、正極合剤の200℃における推定発熱速度を求めた。結果を表5に示す。
実験1と同様の条件で、電池の釘刺し試験を行い、短絡点から離れた電池表面の最高到達温度を調べた。電池X1〜X18および電池Y1〜Y12の電池は、それぞれ10個ずつ作製し、釘刺し試験は10個の電池で行った。各電池について、10個の電池のうち、80℃に達しなかった電池の最高到達温度の平均値と、80℃に達した電池の個数を求めた。10個すべてが80℃以上の最高到達温度を示したものについては、表5に「80℃以上」と示した。結果を表5に示す。
In batteries Y5 and 6, no heat-resistant insulating layer was formed on any of the positive electrode, the negative electrode, and the separator.
Under the same conditions as in Experiment 2, the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture was determined. The results are shown in Table 5.
A battery nail penetration test was performed under the same conditions as in Experiment 1, and the maximum temperature reached on the battery surface away from the short-circuit point was examined. Ten batteries, each of batteries X1 to X18 and batteries Y1 to Y12, were prepared, and the nail penetration test was performed with 10 batteries. For each battery, among the 10 batteries, the average value of the highest reached temperatures of the batteries that did not reach 80 ° C. and the number of batteries that reached 80 ° C. were determined. Table 10 shows “80 ° C. or higher” for all the ten samples that showed a maximum temperature of 80 ° C. or higher. The results are shown in Table 5.

Figure 2007072595
Figure 2007072595

正極材料1:LiMn1/3Ni1/3Co1/3
正極材料2:LiAl0.05Ni0.8Co0.15
正極材料3:LiCoO
正極材料A:正極材料1/正極材料2=90/10(wt%)
正極材料B:正極材料1/正極材料2=80/20(wt%)
正極材料C:正極材料1/正極材料2=70/30(wt%)
正極材料D:正極材料1/正極材料2=60/40(wt%)
正極材料E:正極材料1/正極材料2=50/50(wt%)
Cathode material 1: LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2
Cathode material 2: LiAl 0.05 Ni 0.8 Co 0.15 O 2
Cathode material 3: LiCoO 2
Cathode material A: Cathode material 1 / Cathode material 2 = 90/10 (wt%)
Cathode material B: Cathode material 1 / Cathode material 2 = 80/20 (wt%)
Cathode material C: Cathode material 1 / Cathode material 2 = 70/30 (wt%)
Cathode material D: Cathode material 1 / Cathode material 2 = 60/40 (wt%)
Cathode material E: Cathode material 1 / Cathode material 2 = 50/50 (wt%)

以下、評価結果について説明する。
電池Y5、Y6より、コバルト酸リチウムに比べて比較的熱安定性の高い正極活物質を用いたとしても、同時多発的な内部短絡が発生すると、耐熱性絶縁層が存在しない場合には、電池表面の最高到達温度を常に80℃未満に抑えられないことが理解できる。
Hereinafter, the evaluation results will be described.
Even if a positive electrode active material having a relatively high thermal stability compared to lithium cobaltate is used from the batteries Y5 and Y6, if a simultaneous internal short circuit occurs, the battery is not present. It can be seen that the maximum surface temperature cannot always be kept below 80 ° C.

電池Y7〜Y12に示されるように、耐熱性絶縁層を有する電池であっても、上記方法で求めた200℃における推定発熱速度が50W/kgを超える正極活物質を用いた場合には、発熱反応の連鎖を抑制することができず、電池表面の最高到達温度を常に80℃未満に抑えられないことが理解できる。  As shown in batteries Y7 to Y12, even when the battery has a heat-resistant insulating layer, heat is generated when a positive electrode active material having an estimated heat generation rate at 200 ° C. exceeding 50 W / kg determined by the above method is used. It can be understood that the chain of reactions cannot be suppressed, and the maximum temperature reached on the battery surface cannot always be kept below 80 ° C.

電池X13〜18および電池Y9〜12の対比から、耐熱性絶縁層の作用を最大限に有効活用できる安全領域は、正極活物質の200℃における推定発熱速度が50W/kg以下の領域であることがわかる。この領域を外れると、電池の最高到達温度の上昇が顕著となることが理解できる。正極活物質の200℃における推定発熱速度が50W/kg以下の領域では、発熱反応の連鎖が効果的に抑制され、短絡点で発生した発熱が効率良く拡散するものと考えられる。  From the comparison of the batteries X13 to 18 and the batteries Y9 to 12, the safe area where the action of the heat-resistant insulating layer can be effectively utilized is the area where the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode active material is 50 W / kg or less. I understand. It can be understood that if the temperature is outside this region, the increase in the maximum temperature of the battery becomes significant. In the region where the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode active material is 50 W / kg or less, it is considered that the chain of exothermic reactions is effectively suppressed, and the heat generated at the short-circuit point is efficiently diffused.

電池X1〜6より、耐熱性絶縁層の厚みは、一定以上の厚みがあれば、同時多発的に短絡が生じる場合の電池の最高到達温度を抑制する効果に、それほど大きく影響しないことがわかる。耐熱性絶縁層の厚みが大きい方が、最高到達温度は低くなっているが、あまり厚くなると電池のエネルギー密度を高く維持することが困難になるとともに、捲回の際に破損しやすくなる。耐熱性絶縁層は、脆いので、過剰に厚いと、捲回の際に、部分的に電極表面やセパレータ表面から脱落する。このことは、比較例2において、80℃以上に達した電池の数が特異的に多くなったことから確認できる。よって、熱安定性の高い正極活物質を用いた場合でも、釘刺し試験において、高度な安全性を維持できなくなる。耐熱性絶縁層の厚みは、例えば1〜15μm程度の範囲、もしくは、3〜10μmであればよい。耐熱性絶縁層をセパレータの表面に形成した電池X7〜12においても、同様の結果が得られている。アラミド樹脂を含む耐熱性絶縁層の厚みは、例えば1.7〜6.7μmであればよい。  From the batteries X1 to 6, it can be seen that if the thickness of the heat-resistant insulating layer has a certain thickness or more, the effect of suppressing the maximum temperature of the battery when multiple shorts occur simultaneously does not greatly affect. When the thickness of the heat-resistant insulating layer is larger, the maximum temperature reached is lower. However, if the thickness is too large, it becomes difficult to maintain the energy density of the battery at a high level, and the battery tends to be damaged during winding. Since the heat-resistant insulating layer is brittle, if it is excessively thick, it partially falls off from the electrode surface or separator surface during winding. This can be confirmed from the fact that in Comparative Example 2, the number of batteries that reached 80 ° C. or higher specifically increased. Therefore, even when a positive electrode active material with high thermal stability is used, a high level of safety cannot be maintained in the nail penetration test. The thickness of the heat resistant insulating layer may be, for example, in the range of about 1 to 15 μm, or 3 to 10 μm. Similar results are obtained in the batteries X7 to 12 in which the heat-resistant insulating layer is formed on the surface of the separator. The thickness of the heat resistant insulating layer containing the aramid resin may be, for example, 1.7 to 6.7 μm.

耐熱性絶縁層が1μm未満の厚みになると、耐熱性絶縁層それ自身の機械的強度が低下する。よって、短絡に伴う衝撃により、耐熱性絶縁層が破壊されやすくなる。このことは、電池Y1において、80℃以上に達した電池の数が特異的に多くなったことから確認できる。よって、耐熱性絶縁層が1μm未満の厚みになると、絶縁化機能は、ある程度低下すると考えられる。  When the heat-resistant insulating layer has a thickness of less than 1 μm, the mechanical strength of the heat-resistant insulating layer itself decreases. Therefore, the heat-resistant insulating layer is easily destroyed due to an impact accompanying a short circuit. This can be confirmed from the fact that the number of batteries that reached 80 ° C. or higher in the battery Y1 specifically increased. Therefore, it is considered that the insulating function is reduced to some extent when the heat-resistant insulating layer has a thickness of less than 1 μm.

《電池X19A〜X30Aおよび電池Y13A》
表6−1に示した正極材料4〜13、および、正極材料1と3とを混合した以下の正極材料F〜Hを用いた。耐熱性絶縁層の接着面を表6−1記載のように設定した。耐熱性絶縁層の乾燥後の接着面一つあたりの厚みを表6−1記載のように設定した。それ以外は、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製した。
<< Batteries X19A to X30A and Battery Y13A >>
The following positive electrode materials F to H obtained by mixing the positive electrode materials 4 to 13 shown in Table 6-1 and the positive electrode materials 1 and 3 were used. The adhesive surface of the heat resistant insulating layer was set as shown in Table 6-1. The thickness per adhesive surface after drying of the heat resistant insulating layer was set as shown in Table 6-1. Other than that was carried out similarly to the experiment 1, and produced the cylindrical 18650 nonaqueous electrolyte secondary battery.

《電池X19B〜X30Bおよび電池Y13B》
表6−2に示した正極材料4〜13、および、正極材料1と3とを混合した以下の正極材料F〜Hを用いた。耐熱性絶縁層の接着面を表6−2記載のように設定した。耐熱性絶縁層の乾燥後の厚みを表6−2記載のように設定した。ただし、電池X9と同様に、セパレータの片面だけに、特許文献2の実施例で開示されているアラミド樹脂と無機酸化物フィラーからなる厚み5μmの膜を耐熱性絶縁層として形成した。それ以外は、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製した。
正極材料4〜13には、表7記載の組成(LiMNiCo)の複合リチウム酸化物を用いた。
<< Batteries X19B to X30B and Battery Y13B >>
The following positive electrode materials F to H obtained by mixing the positive electrode materials 4 to 13 shown in Table 6-2 and the positive electrode materials 1 and 3 were used. The adhesive surface of the heat resistant insulating layer was set as shown in Table 6-2. The thickness after drying of the heat-resistant insulating layer was set as shown in Table 6-2. However, similarly to the battery X9, a film having a thickness of 5 μm made of an aramid resin and an inorganic oxide filler disclosed in Examples of Patent Document 2 was formed only on one side of the separator as a heat-resistant insulating layer. Other than that was carried out similarly to the experiment 1, and produced the cylindrical 18650 nonaqueous electrolyte secondary battery.
The cathode material 4 to 13, using a composite lithium oxide having the composition described in Table 7 (LiM b Ni d Co e O 2).

正極材料F:正極材料1が90重量%、正極材料3が10重量%の混合物
正極材料G:正極材料1が80重量%、正極材料3が20重量%の混合物
正極材料H:正極材料1が70重量%、正極材料3が30重量%の混合物
Positive electrode material F: mixture of 90% by weight of positive electrode material 1 and 10% by weight of positive electrode material 3 Positive electrode material G: mixture of 80% by weight of positive electrode material 1 and 20% by weight of positive electrode material 3 Positive electrode material H: positive electrode material 1 Mixture of 70 wt% and positive electrode material 3 30 wt%

Figure 2007072595
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Figure 2007072595
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Figure 2007072595
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実験2と同様の条件で、正極合剤の200℃における推定発熱速度を求めた。結果を表6−1および表6−2に示す。
実験1と同様の条件で、電池の釘刺し試験を行い、電池表面の最高到達温度を調べた。電池X19A〜X30A、X19B〜X30Bおよび電池Y13A、Y13Bの電池は、それぞれ10個ずつ作製し、釘刺し試験は10個の電池で行った。各電池について、10個の電池表面の最高到達温度の平均値を求めた。その結果を表6−1および表6−2に示す。10個全ての電池の最高到達温度は、80℃未満であった。
Under the same conditions as in Experiment 2, the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture was determined. The results are shown in Table 6-1 and Table 6-2.
A battery nail penetration test was performed under the same conditions as in Experiment 1, and the maximum temperature reached on the battery surface was examined. Ten batteries X19A to X30A, X19B to X30B, and batteries Y13A and Y13B were produced, respectively, and the nail penetration test was performed with 10 batteries. For each battery, the average value of the maximum temperature reached on the surface of 10 batteries was determined. The results are shown in Table 6-1 and Table 6-2. The maximum temperature reached for all 10 cells was less than 80 ° C.

以下、評価結果について説明する。
電池X21Aと電池X22A〜X30Aとの対比、および、電池X21Bと電池X22B〜X30Bとの対比から、Al、Sn、In、Fe、Cu、Mg、Ti、ZnおよびMoには、推定発熱速度を低下させる効果があることが理解できる。なお、表7記載の複合リチウム酸化物のように、元素MとしてMnと他の元素Mとを併用する場合、Mnと元素Mとのモル比は、99:1〜50:50、さらには97:3〜90:10とすることが好ましい。
Hereinafter, the evaluation results will be described.
From the comparison between the battery X21A and the batteries X22A to X30A and the comparison between the battery X21B and the batteries X22B to X30B, the estimated heat generation rate is reduced for Al, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, and Mo. It can be understood that there is an effect. Incidentally, as in the lithium complex oxide described in Table 7, when used in combination Mn and other elements M 1 as the element M, the molar ratio of Mn and the element M 1 is 99: 1 to 50: 50, more Is preferably 97: 3 to 90:10.

活物質にコバルト酸リチウム(正極材料3)を添加することにより、正極の高密度化が可能となるので、電池高容量化の観点からは好ましい。しかし、その割合が30%の正極材料Hでは、釘刺し安全性が低下している。よって、コバルト酸リチウムを併用する場合、その量は、活物質全体の20重量%以下とするのが好ましい。  By adding lithium cobaltate (positive electrode material 3) to the active material, it becomes possible to increase the density of the positive electrode, which is preferable from the viewpoint of increasing the battery capacity. However, in the positive electrode material H whose ratio is 30%, nail penetration safety is lowered. Therefore, when lithium cobaltate is used in combination, the amount is preferably 20% by weight or less of the entire active material.

《電池X31A〜X41A》
表8−1に示した正極材料14〜24(組成LiCo0.980.02の複合リチウム酸化物)を用いた。電池X9と同様に、アラミド樹脂と無機酸化物フィラーからなる耐熱性絶縁層を、セパレータ表面に、乾燥後の厚みが5μmになるように形成した。それ以外は、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製した。実験2と同様の条件で、正極合剤の200℃における推定発熱速度を求めた。各電池について、釘刺し試験を行い10個の電池表面の最高到達温度の平均値を求めた。結果を表8−1に示す。10個全ての電池の最高到達温度は、80℃未満であった。
<< Batteries X31A to X41A >>
Positive electrode materials 14 to 24 (composite lithium oxide of composition LiCo 0.98 M 0.02 O 2 ) shown in Table 8-1 were used. Similarly to the battery X9, a heat-resistant insulating layer made of an aramid resin and an inorganic oxide filler was formed on the separator surface so that the thickness after drying was 5 μm. Other than that was carried out similarly to the experiment 1, and produced the cylindrical 18650 nonaqueous electrolyte secondary battery. Under the same conditions as in Experiment 2, the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture was determined. About each battery, the nail penetration test was done and the average value of the highest attained temperature of 10 battery surfaces was calculated | required. The results are shown in Table 8-1. The maximum temperature reached for all 10 cells was less than 80 ° C.

《電池X31B〜X41B》
表8−2に示した正極材料14〜24(組成LiCo0.980.02の複合リチウム酸化物)を用いた。電池X4と同様に、無機酸化物フィラーとBM−720Hを含む耐熱性絶縁層を、負極の両面に、乾燥後の厚みが5μmになるように形成した。それ以外は、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製した。実験2と同様の条件で、正極合剤の200℃における推定発熱速度を求めた。各電池について、釘刺し試験を行い10個の電池表面の最高到達温度の平均値を求めた。結果を表8−2に示す。10個全ての電池の最高到達温度は、80℃未満であった。
<< Batteries X31B to X41B >>
The positive electrode materials 14 to 24 (composite lithium oxide of composition LiCo 0.98 M 0.02 O 2 ) shown in Table 8-2 were used. Similarly to the battery X4, a heat-resistant insulating layer containing an inorganic oxide filler and BM-720H was formed on both sides of the negative electrode so that the thickness after drying was 5 μm. Other than that was carried out similarly to the experiment 1, and produced the cylindrical 18650 nonaqueous electrolyte secondary battery. Under the same conditions as in Experiment 2, the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture was determined. About each battery, the nail penetration test was done and the average value of the highest attained temperature of 10 battery surfaces was calculated | required. The results are shown in Table 8-2. The maximum temperature reached for all 10 cells was less than 80 ° C.

Figure 2007072595
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Figure 2007072595
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Mn、Al、Sn、In、Fe、Cu、Mg、Ti、Zn、ZrおよびMoには、推定発熱速度を低下させる効果が認められた。正極材料3をベースとした組成においても、元素Mを添加することにより、200℃における推定発熱速度を50W/kg以下に抑制することができた。また、元素Mと耐熱性絶縁層との相乗効果により、釘刺し安全性が飛躍的に向上した。  Mn, Al, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, Zr and Mo were found to have an effect of reducing the estimated heat generation rate. Also in the composition based on the positive electrode material 3, by adding the element M, the estimated heat generation rate at 200 ° C. could be suppressed to 50 W / kg or less. In addition, the safety of nail penetration has been dramatically improved by the synergistic effect of the element M and the heat-resistant insulating layer.

《電池X42A〜X52A》
表9−1に示した正極材料25〜35を用いた。電池X9と同様に、アラミド樹脂と無機酸化物フィラーからなる耐熱性絶縁層を、セパレータ表面に、乾燥後の厚みが5μmになるように形成した。それ以外は、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製した。実験2と同様の条件で、正極合剤の200℃における推定発熱速度を求めた。各電池について、釘刺し試験を行い、10個の電池表面の最高到達温度の平均値を求めた。結果を表9−1に示す。10個全ての電池の最高到達温度は、80℃未満であった。
<< Batteries X42A to X52A >>
The positive electrode materials 25 to 35 shown in Table 9-1 were used. Similarly to the battery X9, a heat-resistant insulating layer made of an aramid resin and an inorganic oxide filler was formed on the separator surface so that the thickness after drying was 5 μm. Other than that was carried out similarly to the experiment 1, and produced the cylindrical 18650 nonaqueous electrolyte secondary battery. Under the same conditions as in Experiment 2, the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture was determined. Each battery was subjected to a nail penetration test, and the average value of the maximum temperature reached on the surface of 10 batteries was determined. The results are shown in Table 9-1. The maximum temperature reached for all 10 cells was less than 80 ° C.

《電池X42B〜X52B》
表9−2に示した正極材料25〜35を用いた。電池X4と同様に、無機酸化物フィラーとBM−720Hを含む耐熱性絶縁層を、負極の両面に、乾燥後の厚みが5μmになるように形成した。それ以外は、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製した。実験2と同様の条件で、正極合剤の200℃における推定発熱速度を求めた。各電池について、釘刺し試験を行い、10個の電池表面の最高到達温度の平均値を求めた。結果を表9−2に示す。10個全ての電池の最高到達温度は、80℃未満であった。
<< Batteries X42B to X52B >>
The positive electrode materials 25 to 35 shown in Table 9-2 were used. Similarly to the battery X4, a heat-resistant insulating layer containing an inorganic oxide filler and BM-720H was formed on both sides of the negative electrode so that the thickness after drying was 5 μm. Other than that was carried out similarly to the experiment 1, and produced the cylindrical 18650 nonaqueous electrolyte secondary battery. Under the same conditions as in Experiment 2, the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture was determined. Each battery was subjected to a nail penetration test, and the average value of the maximum temperature reached on the surface of 10 batteries was determined. The results are shown in Table 9-2. The maximum temperature reached for all 10 cells was less than 80 ° C.

正極材料25〜34は、正極材料2(LiAl0.05Ni0.8Co0.15)と、表9に示す元素Mの酸化物とを混合し、1000℃で、空気雰囲気中で焼成して調製した。元素Mの酸化物の量は、1molの正極材料2に対し、0.01molとした。その結果、添加した酸化物から正極材料2に元素Mが拡散し、内部よりも表層部に元素Mが多く分布する複合リチウム酸化物からなる正極材料25〜34が得られた。The positive electrode materials 25 to 34 were prepared by mixing the positive electrode material 2 (LiAl 0.05 Ni 0.8 Co 0.15 O 2 ) and an oxide of the element M shown in Table 9 at 1000 ° C. in an air atmosphere. Prepared by firing. The amount of the element M oxide was 0.01 mol with respect to 1 mol of the positive electrode material 2. As a result, positive electrode materials 25 to 34 made of composite lithium oxide in which the element M diffuses from the added oxide into the positive electrode material 2 and the element M is distributed more in the surface layer than in the interior were obtained.

正極材料35は、正極材料2を、シランカップリング剤であるビニルトリメトキシシランで処理して調製した。ここでは、シランカップリング剤と水との混合液(シランカップリング剤の濃度0.1重量%)に、正極材料を含浸させた後、乾燥させた。  The positive electrode material 35 was prepared by treating the positive electrode material 2 with vinyltrimethoxysilane, which is a silane coupling agent. Here, the positive electrode material was impregnated in a mixed solution of silane coupling agent and water (the concentration of the silane coupling agent was 0.1% by weight) and then dried.

Figure 2007072595
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Figure 2007072595
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表9−1および表9−2の結果でも、表8−1および表8−2と同様に、元素Mには、推定発熱速度を低下させる効果が認められた。元素Mが活物質の表層部に高濃度に分布しているため、推定発熱速度を抑制する効果は顕著であった。また、元素Mと耐熱性絶縁層との相乗効果により、釘刺し安全性が飛躍的に向上した。また、シランカップリング剤による処理でも、元素Mの添加と同様の効果が得られた。  Also in the results of Tables 9-1 and 9-2, as in Tables 8-1 and 8-2, the element M was found to have an effect of reducing the estimated heat generation rate. Since the element M is distributed at a high concentration in the surface layer portion of the active material, the effect of suppressing the estimated heat generation rate is remarkable. In addition, the safety of nail penetration has been dramatically improved by the synergistic effect of the element M and the heat-resistant insulating layer. Moreover, the same effect as the addition of the element M was obtained by the treatment with the silane coupling agent.

《電池X53A〜X55A》
正極材料1と正極材料24とを混合した以下の正極材料36〜38を用いた。電池X9と同様に、アラミド樹脂と無機酸化物フィラーからなる耐熱性絶縁層を、セパレータ表面に、乾燥後の厚みが5μmになるように形成した。それ以外は、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製した。実験2と同様の条件で、正極合剤の200℃における推定発熱速度を求めた。各実施例について、釘刺し試験を行い、10個の電池表面の最高到達温度の平均値を求めた。結果を表10−1に示す。10個全ての電池の最高到達温度は、80℃未満であった。
<Batteries X53A to X55A>
The following positive electrode materials 36 to 38 obtained by mixing the positive electrode material 1 and the positive electrode material 24 were used. Similarly to the battery X9, a heat-resistant insulating layer made of an aramid resin and an inorganic oxide filler was formed on the separator surface so that the thickness after drying was 5 μm. Other than that was carried out similarly to the experiment 1, and produced the cylindrical 18650 nonaqueous electrolyte secondary battery. Under the same conditions as in Experiment 2, the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture was determined. About each Example, the nail penetration test was done and the average value of the highest attained temperature of 10 battery surfaces was calculated | required. The results are shown in Table 10-1. The maximum temperature reached for all 10 cells was less than 80 ° C.

《電池X53B〜X55B》
正極材料1と正極材料24とを混合した以下の正極材料36〜38を用いた。電池X4と同様に、無機酸化物フィラーとBM−720Hを含む耐熱性絶縁層を、負極の両面に、乾燥後の厚みが5μmになるように形成した。それ以外は、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製した。実験2と同様の条件で、正極合剤の200℃における推定発熱速度を求めた。各電池について、釘刺し試験を行い、10個の電池表面の最高到達温度の平均値を求めた。結果を表10−2に示す。10個全ての電池の最高到達温度は、80℃未満であった。
<Batteries X53B to X55B>
The following positive electrode materials 36 to 38 obtained by mixing the positive electrode material 1 and the positive electrode material 24 were used. Similarly to the battery X4, a heat-resistant insulating layer containing an inorganic oxide filler and BM-720H was formed on both sides of the negative electrode so that the thickness after drying was 5 μm. Other than that was carried out similarly to the experiment 1, and produced the cylindrical 18650 nonaqueous electrolyte secondary battery. Under the same conditions as in Experiment 2, the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture was determined. Each battery was subjected to a nail penetration test, and the average value of the maximum temperature reached on the surface of 10 batteries was determined. The results are shown in Table 10-2. The maximum temperature reached for all 10 cells was less than 80 ° C.

正極材料36:正極材料1が10重量%、正極材料24が90重量%の混合物
正極材料37:正極材料1が50重量%、正極材料24が50重量%の混合物
正極材料38:正極材料1が90重量%、正極材料24が10重量%の混合物
Positive electrode material 36: Mixture of 10% by weight of positive electrode material 1 and 90% by weight of positive electrode material 24 Positive electrode material 37: Mixture of 50% by weight of positive electrode material 1 and 50% by weight of positive electrode material 24 Positive electrode material 38: Positive electrode material 1 90% by weight, mixture of positive electrode material 24 by 10% by weight

Figure 2007072595
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表10−1および表10−2より、推定発熱速度が50W/kg以下に抑制された正極材料同士を混合した場合でも、釘刺し安全性が顕著に向上することがわかった。  From Table 10-1 and Table 10-2, it was found that even when positive electrode materials whose estimated heat generation rate was suppressed to 50 W / kg or less were mixed, nail penetration safety was significantly improved.

《電池X56、57および59》
耐熱性絶縁層の接着面を表11記載のように設定した。セパレータに耐熱性絶縁層を形成した場合には、表11記載のように耐熱性絶縁層を正極側または負極側だけに配置した。それ以外は、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製した。
<< Batteries X56, 57 and 59 >>
The adhesive surface of the heat resistant insulating layer was set as shown in Table 11. When the heat-resistant insulating layer was formed on the separator, the heat-resistant insulating layer was disposed only on the positive electrode side or the negative electrode side as shown in Table 11. Other than that was carried out similarly to the experiment 1, and produced the cylindrical 18650 nonaqueous electrolyte secondary battery.

《電池X58》
アラミド樹脂の代わりにポリアミドイミド樹脂(熱分解開始温度400℃以上、非晶質、ガラス転移点250℃)を用いたこと以外、電池X9と同様に電池を作製した。
<Battery X58>
A battery was produced in the same manner as the battery X9, except that a polyamide-imide resin (thermal decomposition starting temperature 400 ° C. or higher, amorphous, glass transition point 250 ° C.) was used instead of the aramid resin.

《電池X60》
耐熱性絶縁層を負極側に配置したこと以外、電池X9と同様に電池を作製した。
<Battery X60>
A battery was produced in the same manner as the battery X9, except that the heat-resistant insulating layer was disposed on the negative electrode side.

《電池X61》
耐熱性絶縁層を負極側に配置したこと以外、電池X58と同様に電池を作製した。
<Battery X61>
A battery was produced in the same manner as the battery X58, except that the heat-resistant insulating layer was disposed on the negative electrode side.

《電池X62》
耐熱性絶縁層の原料ペーストを、フッ素樹脂シート上に塗布し、乾燥後、剥離して、正極からも負極からもセパレータからも独立した、厚み5μmの耐熱性絶縁層からなるシートを作製した。耐熱性絶縁層からなるシートを、正極とセパレータとの間に挿入したこと以外、電池Y6と同様に電池を作製した。
<Battery X62>
The raw material paste for the heat-resistant insulating layer was applied onto the fluororesin sheet, dried and then peeled to produce a sheet made of a heat-resistant insulating layer having a thickness of 5 μm that was independent from the positive electrode, the negative electrode, and the separator. A battery was produced in the same manner as the battery Y6 except that a sheet composed of a heat-resistant insulating layer was inserted between the positive electrode and the separator.

《電池X63》
電池X62に準じて、電池X9と同様の組成のポリアミド樹脂を含む耐熱性絶縁層からなるシートを作製し、電池X62と同様に電池を作製した。
<Battery X63>
A sheet made of a heat-resistant insulating layer containing a polyamide resin having the same composition as that of the battery X9 was prepared in accordance with the battery X62, and a battery was prepared in the same manner as the battery X62.

《電池X64》
電池X62に準じて、電池X58と同様の組成のポリアミドイミド(PAI)樹脂を含む耐熱性絶縁層からなるシートを作製し、電池X62と同様に電池を作製した。
<Battery X64>
In accordance with the battery X62, a sheet made of a heat-resistant insulating layer containing a polyamideimide (PAI) resin having the same composition as the battery X58 was produced, and a battery was produced in the same manner as the battery X62.

《電池X65》
耐熱性絶縁層の無機酸化物フィラーとして、メディアン径0.3μmのアルミナの代わりに、メディアン径0.3μmのマグネシア(酸化マグネシウム)を用いたこと以外、電池X4と同様に電池を作製した。
<Battery X65>
A battery was produced in the same manner as the battery X4, except that magnesia (magnesium oxide) having a median diameter of 0.3 μm was used instead of alumina having a median diameter of 0.3 μm as the inorganic oxide filler of the heat-resistant insulating layer.

《電池X66》
耐熱性絶縁層の無機酸化物フィラーとして、メディアン径0.3μmのアルミナの代わりに、メディアン径0.3μmのマグネシア(酸化マグネシウム)を用いたこと以外、電池X56と同様に電池を作製した。
<Battery X66>
A battery was produced in the same manner as the battery X56, except that magnesia (magnesium oxide) having a median diameter of 0.3 μm was used as the inorganic oxide filler of the heat-resistant insulating layer instead of alumina having a median diameter of 0.3 μm.

電池X56〜X66に関し、実験1と同様の条件で、釘刺し試験を行い、10個の電池表面の最高到達温度の平均値を求めた。結果を表11に示す。  With respect to the batteries X56 to X66, a nail penetration test was performed under the same conditions as in Experiment 1, and the average value of the maximum reached temperatures of the 10 battery surfaces was determined. The results are shown in Table 11.

Figure 2007072595
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以下評価結果について説明する。
表11が示すように、耐熱性絶縁層がどのような材質であっても、釘刺し試験における安全性は向上した。これにより、耐熱性および絶縁性を有する材質であれば、同様の効果が得られることが確認できた。また、耐熱性絶縁層は、セパレータまたは負極の表面に形成した方が、効果が大きいことがわかった。さらに、アルミナの代わりにマグネシアを用いても、同様の結果が得られることがわかった。
The evaluation results will be described below.
As Table 11 shows, the safety in the nail penetration test was improved regardless of the material of the heat-resistant insulating layer. Accordingly, it was confirmed that the same effect can be obtained if the material has heat resistance and insulation. It was also found that the heat resistant insulating layer was more effective when formed on the surface of the separator or the negative electrode. Furthermore, it has been found that similar results can be obtained by using magnesia instead of alumina.

上記実施例では、円筒形の非水電解質二次電池を作製したが、本発明の電池の形状は円筒形に限定されるものではない。また、負極材料には炭素材料を用い、充電電圧4.25Vにおける結果を示したが、Si合金やSn合金を用いた場合にも、同様に安全性向上の効果が得られる。また、より高電圧領域(4.2〜4.6V)まで充電される電池においても、推定発熱速度が50W/kg以下である正極合剤と、耐熱性絶縁層とを併用することにより、同様に安全性向上の効果が得られる。  In the above example, a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery was manufactured, but the shape of the battery of the present invention is not limited to a cylindrical shape. Moreover, although the carbon material was used for the negative electrode material and the result in the charging voltage of 4.25V was shown, also when using Si alloy and Sn alloy, the effect of a safety improvement is acquired similarly. Further, in a battery charged to a higher voltage range (4.2 to 4.6 V), the same can be obtained by using a positive electrode mixture having an estimated heat generation rate of 50 W / kg or less and a heat-resistant insulating layer in combination. The safety improvement effect can be obtained.

本発明は、特に、高いエネルギー密度と優れた安全性との両立が求められる非水電解質二次電池に適しており、例えば携帯情報端末および携帯電子機器のようなポータブル機器の電源としての利用可能性が高い。ただし、本発明のリチウム二次電池は、例えば家庭用小型電力貯蔵装置、自動二輪車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の電源にも用いることができ、用途は特に限定されない。本発明のリチウム二次電池の形状は、特に限定されないが、例えば円筒型や角型が好適である。本発明のリチウム二次電池は、多機能化ポータブル機器(PDA)、電動工具、パーソナルコンピュータ(PC)、電動玩具、電動ロボット等の電源、大型バックアップ電源、非常用バックアップ電源(USP)、自然エネルギー発電の平準化電源、回生エネルギー利用システム等に特に好適である。  The present invention is particularly suitable for non-aqueous electrolyte secondary batteries that require both high energy density and excellent safety, and can be used as a power source for portable devices such as portable information terminals and portable electronic devices. High nature. However, the lithium secondary battery of the present invention can be used for a power source of, for example, a household small-sized power storage device, a motorcycle, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, and the use is not particularly limited. The shape of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but for example, a cylindrical shape or a rectangular shape is suitable. The lithium secondary battery of the present invention is a multifunctional portable device (PDA), electric tool, personal computer (PC), electric toy, electric robot, etc., large backup power supply, emergency backup power supply (USP), natural energy It is particularly suitable for a power generation leveling power source, a regenerative energy utilization system, and the like.

本発明は、非水電解質二次電池に関し、特にその安全性の改善に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly to improvement of its safety.

近年、電子機器のポータブル化およびコードレス化が急速に進んでいる。これに伴い、電子機器の駆動用電源として、高電圧および高エネルギー密度を有する非水電解質二次電池の実用化が進んでいる。   In recent years, electronic devices have become rapidly portable and cordless. Accordingly, non-aqueous electrolyte secondary batteries having a high voltage and a high energy density have been put into practical use as power sources for driving electronic devices.

非水電解質二次電池の正極は、一般に酸化還元電位の高い複合リチウム酸化物を含む。複合リチウム酸化物には、例えばコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム等が用いられる。一方、非水電解質二次電池の負極は、一般に炭素材料を含む。また、非水電解質二次電池は、リチウム塩を溶解させた非水溶媒からなる電解質を含む。リチウム塩には、例えばLiClO4、LiPF6等が用いられる。正極と負極との間にはセパレータが介在している。セパレータには、例えばポリオレフィン系材料からなる微多孔フィルムが用いられている。 The positive electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery generally contains a composite lithium oxide having a high redox potential. As the composite lithium oxide, for example, lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate or the like is used. On the other hand, the negative electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery generally contains a carbon material. The nonaqueous electrolyte secondary battery includes an electrolyte made of a nonaqueous solvent in which a lithium salt is dissolved. For example, LiClO 4 , LiPF 6 or the like is used as the lithium salt. A separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode. For the separator, for example, a microporous film made of a polyolefin-based material is used.

何らかの要因により、電池内部で比較的低い抵抗の短絡が発生した場合、短絡点には大きな電流が集中して流れる。そのため、電池が発熱して高温に至ることがある。このような現象が起こらないように、電池には様々な安全対策が講じられている。   When a short circuit with a relatively low resistance occurs inside the battery for some reason, a large current flows in a concentrated manner at the short circuit point. Therefore, the battery may generate heat and reach a high temperature. Various safety measures are taken for the battery so that this phenomenon does not occur.

製造工程の側面では、金属粉の管理や、製造雰囲気中の粉塵の管理を行い、電池内部への異物の混入を防止している。また、抵抗の低い集電体の露出部分を、例えば絶縁テープで保護することにより、内部短絡を極力抑制している。   In the aspect of the manufacturing process, the metal powder is managed and the dust in the manufacturing atmosphere is managed to prevent foreign matter from entering the battery. Moreover, the internal short circuit is suppressed as much as possible by protecting the exposed portion of the current collector having a low resistance with, for example, an insulating tape.

シャットダウン機能を有するセパレータも用いられている。万一、電池内部で比較的低い抵抗の短絡が発生した場合、シャットダウン機能を有するセパレータの細孔は、約135℃で閉塞し、イオン電流を遮断する。よって、短絡電流はカットされ、発熱が停止する。しかし、電池の表面温度は約120℃程度に上昇する。   A separator having a shutdown function is also used. In the unlikely event that a short circuit with a relatively low resistance occurs inside the battery, the pores of the separator having a shutdown function are blocked at about 135 ° C. and block the ionic current. Therefore, the short circuit current is cut and heat generation stops. However, the surface temperature of the battery rises to about 120 ° C.

内部短絡を防止するために、電極上に、無機微粒子および樹脂結着剤からなり、厚み0.1〜200μmである層を形成することも提案されている。電池の内部短絡は、電池の製造工程中に、電極から部分的に脱落する材料に起因する。この提案は、このような内部短絡を抑制し、生産歩留まりを向上させることを目的とする(特許文献1参照)。   In order to prevent an internal short circuit, it has also been proposed to form a layer made of inorganic fine particles and a resin binder and having a thickness of 0.1 to 200 μm on the electrode. The internal short circuit of the battery is due to the material that partially falls off the electrode during the battery manufacturing process. This proposal aims at suppressing such an internal short circuit and improving a production yield (refer patent document 1).

セパレータ上に、耐熱性樹脂(例えばアラミド)を付与することも提案されている。この提案も、電池の内部短絡を防止するための安全対策を意図したものである(特許文献2参照)。
特開平7−220759号公報 特開平9−208736号公報
It has also been proposed to provide a heat resistant resin (for example, aramid) on the separator. This proposal is also intended as a safety measure for preventing an internal short circuit of the battery (see Patent Document 2).
Japanese Patent Laid-Open No. 7-220759 JP-A-9-208736

従来の提案によれば、局所的な内部短絡が発生した場合には、ある程度、発熱を抑制することが可能である。しかし、例えば釘刺し試験を行う場合には、同時に多数の短絡部が発生する。釘刺し試験は、電池が多数の内部短絡を伴って破損した際の安全性を評価する試験である。このような極端な短絡状態では、必ずしも電池の発熱を抑制することができず、電池が高温に至ることがある。   According to the conventional proposal, it is possible to suppress heat generation to some extent when a local internal short circuit occurs. However, for example, when performing a nail penetration test, a large number of short-circuit portions are generated at the same time. The nail penetration test is a test for evaluating safety when a battery is damaged with a number of internal short circuits. In such an extreme short-circuit state, heat generation of the battery cannot always be suppressed, and the battery may reach a high temperature.

例えば、正極がコバルト酸リチウムを含み、負極がグラファイトを含み、セパレータがポリエチレン製微多孔フィルムである一般的なリチウムイオン電池の釘刺し試験を行うと、セパレータのシャットダウン機能が発現するまで電池温度は上昇し、電池の表面温度は120℃付近になる。この温度上昇は、短絡電流により電池内部で発生したジュール熱による。   For example, when a nail penetration test of a general lithium ion battery in which the positive electrode includes lithium cobaltate, the negative electrode includes graphite, and the separator is a polyethylene microporous film, the battery temperature is increased until the separator shutdown function is exhibited. As a result, the surface temperature of the battery reaches around 120 ° C. This temperature rise is due to Joule heat generated inside the battery due to the short-circuit current.

セパレータのシャットダウン機能により、短絡電流がカットされるため、電池温度がそれ以上に達するほどの発熱は抑制される。蓄電池工業会で定められている釘刺し試験および圧壊試験における安全性評価の基準によれば、発煙、発火および破裂のないことが要求される。一方、電池温度に関する基準は特に定められていない。そのため、電池の表面温度が120℃程度となっても、シャットダウン機能により発熱が抑制されれば、安全性の基準を満たすことになる。   Since the short-circuit current is cut by the shutdown function of the separator, heat generation to the extent that the battery temperature reaches more than that is suppressed. According to the standards for safety evaluation in the nail penetration test and the crushing test established by the Storage Battery Industry Association, it is required that there is no smoke, ignition or rupture. On the other hand, the standard regarding battery temperature is not specifically defined. Therefore, even if the surface temperature of the battery is about 120 ° C., the safety standard is satisfied if heat generation is suppressed by the shutdown function.

しかし、安全性の基準を満たす場合であっても、電池の表面温度が120℃付近にまで上昇すると、その電池を内蔵した電子機器の温度も上昇する。よって、電子機器の筐体の変形等が起こり、電子機器の安全性が低減する可能性がある。よって、電池の安全性もしくは信頼性を更に高めることが望まれている。例えば内部短絡が発生した場合でも、電池表面の最高到達温度を80℃以下に抑制することが熱望されている。   However, even when the safety standard is satisfied, when the surface temperature of the battery rises to around 120 ° C., the temperature of the electronic device incorporating the battery also rises. Therefore, the deformation | transformation of the housing | casing of an electronic device, etc. occur, and the safety | security of an electronic device may reduce. Therefore, it is desired to further increase the safety or reliability of the battery. For example, even when an internal short circuit occurs, it is eager to suppress the maximum temperature reached on the battery surface to 80 ° C. or lower.

特許文献1の提案(電極上に、無機微粒子および樹脂結着剤からなり、厚み0.1〜200μmである層を形成する提案)では、釘刺し試験においては、電池温度が80℃を超える高温に達する場合がある。   In the proposal of Patent Document 1 (a proposal of forming a layer made of inorganic fine particles and a resin binder and having a thickness of 0.1 to 200 μm on the electrode), in the nail penetration test, the battery temperature exceeds 80 ° C. May be reached.

特許文献2の提案(セパレータ上に、耐熱性樹脂を付与する提案)でも、釘刺し試験においては、電池表面温度が80℃を超える高温に達する場合がある。   Even in the proposal of Patent Document 2 (a proposal of providing a heat-resistant resin on the separator), the battery surface temperature may reach a high temperature exceeding 80 ° C. in the nail penetration test.

よって、従来の提案では、釘刺し試験のように、同時に多数の短絡点が発生する場合には、必ずしも電池表面温度を80℃以下に抑制することができない。釘刺し試験において、電池表面高温が80℃を超える理由として以下が考えられる。   Therefore, in the conventional proposal, when a large number of short-circuit points occur simultaneously as in the nail penetration test, the battery surface temperature cannot always be suppressed to 80 ° C. or lower. In the nail penetration test, the following is considered as the reason why the battery surface high temperature exceeds 80 ° C.

単発的な内部短絡であれば、無機微粒子および樹脂結着剤からなる層や耐熱性樹脂の存在により、短絡点の拡大は防がれる。短絡点は自己の発熱によって瞬時に焼失するため、短絡状態は0.1〜0.5秒間で終了し、その後、電気的な絶縁が回復する。短絡電流が遮断されると、発生した熱は電池全体へ拡散する。よって、電池温度がそれほど高温に達することはない。短絡点以外の低温部位は、比較的低温であるため、熱の拡散は速やかに起こる。   In the case of a single internal short circuit, the expansion of the short circuit point is prevented by the presence of a layer composed of inorganic fine particles and a resin binder and a heat resistant resin. Since the short-circuit point is instantaneously burned off by its own heat generation, the short-circuit state is completed in 0.1 to 0.5 seconds, and then electrical insulation is restored. When the short-circuit current is interrupted, the generated heat diffuses throughout the battery. Therefore, the battery temperature does not reach that high temperature. Since the low temperature region other than the short circuit point is relatively low temperature, heat diffusion occurs quickly.

一方、釘刺し試験の場合、電池内に同時に多数の短絡点が発生する。このような過酷な状況では、内部短絡による発熱だけでなく、正極活物質の熱分解反応による発熱が連続的に発生すると考えられる。よって、熱を拡散する放熱速度が、発熱速度に追いつかず、正極活物質の熱分解反応が連鎖的に拡大すると考えられる。これにより、短絡点付近では、正極活物質の脱落や焼失が起こる。よって、正極集電体(例えばアルミニウム箔)が露出し、新たな短絡点が生成される。その結果、内部短絡状態が持続し、電池表面温度はシャットダウン機能が作動する120℃付近まで上昇し続けることになる。なお、単発的な内部短絡であれば、正極活物質の熱分解反応が進行することはない。正極活物質の脱落や焼失による短絡点の増加も起こらないと考えられる。   On the other hand, in the case of the nail penetration test, a number of short-circuit points are simultaneously generated in the battery. In such a severe situation, it is considered that not only heat generation due to an internal short circuit but also heat generation due to a thermal decomposition reaction of the positive electrode active material continuously occurs. Therefore, it is considered that the heat dissipation rate for diffusing heat cannot catch up with the heat generation rate, and the thermal decomposition reaction of the positive electrode active material expands in a chain. As a result, the positive electrode active material falls off or is burned out near the short circuit point. Therefore, the positive electrode current collector (for example, aluminum foil) is exposed, and a new short-circuit point is generated. As a result, the internal short-circuit state continues, and the battery surface temperature continues to rise to around 120 ° C. where the shutdown function operates. In addition, if it is a single internal short circuit, the thermal decomposition reaction of a positive electrode active material will not advance. It is considered that there is no increase in the number of short-circuit points due to falling off or burning out of the positive electrode active material.

本発明は、上記状況の改善を図るものであり、高エネルギー密度を維持しながら、従来よりも安全性を高めた非水電解質二次電池を提供するものである。   The present invention is intended to improve the above-described situation, and provides a nonaqueous electrolyte secondary battery having higher safety than the conventional one while maintaining a high energy density.

本発明は、複合リチウム酸化物を含む正極合剤およびこれを担持する正極集電体を含む正極、リチウムを吸蔵および放出可能な材料を含む負極、正極と負極との間に介在するポリオレフィン樹脂を含むセパレータ、非水電解質、ならびに、正極と負極との間に介在する耐熱性絶縁層を具備する非水電解質二次電池であって、正極と負極とが、これらの間に介在するセパレータおよび耐熱性絶縁層とともに捲回されており、正極合剤の200℃における推定発熱速度は、50W/kg以下である、非水電解質二次電池に関する。
耐熱性絶縁層の厚みは、例えば1μm以上、15μm以下、もしくは、1μm以上、5μm以下である。
推定発熱速度は、例えば(i)加速速度熱量計もしくは暴走反応測定装置(ARC)により、絶対温度Tと、正極合剤の発熱速度Vとの関係を求め、(ii)アレニウスの定理に基づいて、絶対温度Tの逆数(X座標)と、発熱速度Vの対数(Y座標)との関係をプロットし、(iii)T<200℃(473K)の発熱領域に存在するプロットに適合する近似直線を求め、(iv)得られた近似直線を、T=200℃(473K)の温度軸に外挿することにより求められる。
The present invention relates to a positive electrode mixture including a composite lithium oxide and a positive electrode including a positive electrode current collector supporting the same, a negative electrode including a material capable of occluding and releasing lithium, and a polyolefin resin interposed between the positive electrode and the negative electrode. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a separator, a non-aqueous electrolyte, and a heat-resistant insulating layer interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode and the negative electrode are interposed between them and the heat resistance The non-aqueous electrolyte secondary battery is wound together with the conductive insulating layer and has an estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture of 50 W / kg or less.
The thickness of the heat resistant insulating layer is, for example, 1 μm or more and 15 μm or less, or 1 μm or more and 5 μm or less.
Estimated exothermic rate is obtained by, for example, (i) determining the relationship between the absolute temperature T and the exothermic rate V of the positive electrode mixture with an acceleration rate calorimeter or a runaway reaction measuring device (ARC), and (ii) based on the Arrhenius theorem Plot the relationship between the reciprocal of absolute temperature T (X coordinate) and the logarithm (Y coordinate) of heat generation rate V, and (iii) an approximate straight line that fits the plot existing in the heat generation region of T <200 ° C. (473 K) (Iv) It is obtained by extrapolating the obtained approximate straight line to the temperature axis of T = 200 ° C. (473 K).

ここで、発熱領域とは、上記アレニウスの定理に基づくプロットにおいて、負の傾きを有する近似直線の傾きの絶対値が最も大きくなる領域を指す。すなわち、近似直線は、負の傾きの絶対値が最大となるように描く。また、外挿(Extrapolation)は、既知の数値データを基にして、そのデータの範囲外において予想される数値を求める方法であり、様々な分野で用いられている。   Here, the heat generation region refers to a region where the absolute value of the slope of the approximate straight line having a negative slope is the largest in the plot based on the Arrhenius theorem. That is, the approximate straight line is drawn so that the absolute value of the negative slope is maximized. Further, extrapolation is a method for obtaining a numerical value expected outside the range of the data based on known numerical data, and is used in various fields.

複合リチウム酸化物には、例えば以下を用いることが好ましい。
(i)一般式(1):LiabMec2で表される組成を有し、元素Mは、Al、Mn、Sn、In、Fe、Cu、Mg、Ti、Zn、ZrおよびMoよりなる群から選択される少なくとも1種であり、元素Meは、NiおよびCoよりなる群から選択される少なくとも1種であり、一般式(1)は、0.9<a<1.2、0.02≦b≦0.5、0.5≦c≦0.98、および0.95≦b+c≦1.05を満たす複合リチウム酸化物。
For example, the following is preferably used for the composite lithium oxide.
(I) General formula (1): It has a composition represented by Li a M b Me c O 2 , and the element M is Al, Mn, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, Zr and It is at least one selected from the group consisting of Mo, the element Me is at least one selected from the group consisting of Ni and Co, and the general formula (1) is 0.9 <a <1.2. , 0.02 ≦ b ≦ 0.5, 0.5 ≦ c ≦ 0.98, and 0.95 ≦ b + c ≦ 1.05.

(ii)一般式(2):LiabNidCoe2で表される組成を有し、元素Mは、Al、Mn、Sn、In、Fe、Cu、Mg、Ti、Zn、ZrおよびMoよりなる群から選択される少なくとも1種であり、一般式(2)は、0.9<a<1.2、0.02≦b≦0.5、0.1≦d≦0.5、0.1≦e≦0.5、および0.95≦b+d+e≦1.05を満たす複合リチウム酸化物。一般式(2)は、0.15≦b≦0.4、0.3≦d≦0.5および0.15≦e≦0.4を満たすことが特に好ましい。 (Ii) General formula (2): It has a composition represented by Li a Mb Ni d Co e O 2 , and the element M is Al, Mn, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, It is at least one selected from the group consisting of Zr and Mo, and the general formula (2) is 0.9 <a <1.2, 0.02 ≦ b ≦ 0.5, 0.1 ≦ d ≦ 0. .5, 0.1 ≦ e ≦ 0.5, and 0.95 ≦ b + d + e ≦ 1.05. The general formula (2) particularly preferably satisfies 0.15 ≦ b ≦ 0.4, 0.3 ≦ d ≦ 0.5, and 0.15 ≦ e ≦ 0.4.

(iii)任意の組成を有し、元素Mを含み、元素Mは、Al、Mn、Sn、In、Fe、Cu、Mg、Ti、Zn、ZrおよびMoよりなる群から選択される少なくとも1種であり、元素Mは、内部よりも表層部に多く分布する複合リチウム酸化物。一般式(1)および(2)で表される複合リチウム酸化物においても、元素Mは、複合リチウム酸化物の内部よりも表層部に多く分布することが望ましい。 (Iii) It has an arbitrary composition and includes the element M, and the element M is at least one selected from the group consisting of Al, Mn, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, Zr, and Mo. The element M is a composite lithium oxide distributed more in the surface layer than in the interior. Also in the composite lithium oxide represented by the general formulas (1) and (2), it is desirable that the element M is distributed more in the surface layer portion than in the composite lithium oxide.

複合リチウム酸化物は、一般式(3):X−Si−Y3で表されるSi化合物で処理されていることが望ましい。ここで、Xは、複合リチウム酸化物と反応する官能基を含み、Yは、C、H、O、FまたはSiを含む官能基を含む。 The composite lithium oxide is preferably treated with a Si compound represented by the general formula (3): X—Si—Y 3 . Here, X includes a functional group that reacts with the composite lithium oxide, and Y includes a functional group including C, H, O, F, or Si.

本発明によれば、同時に多数の短絡点が生じる過酷な状況においても、内部短絡による発熱と連鎖的な発熱反応とが効果的に抑制される。よって、短絡の持続が回避されるため、電池の最高到達温度を安定して80℃以下に抑制することが可能となる。本発明によれば、高エネルギー密度を維持しながら、従来よりも安全性を高めた非水電解質二次電池を提供できる。   According to the present invention, even in a harsh situation in which a number of short-circuit points are generated at the same time, heat generation due to internal short-circuiting and chained exothermic reaction are effectively suppressed. Therefore, since the short circuit is avoided, the maximum temperature of the battery can be stably suppressed to 80 ° C. or lower. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nonaqueous electrolyte secondary battery which improved safety | security compared with the past can be provided, maintaining a high energy density.

本発明の非水電解質二次電池は、複合リチウム酸化物を含む正極合剤およびこれを担持する正極集電体を含む正極、リチウムを吸蔵および放出可能な材料を含む負極、ポリオレフィン樹脂を含むセパレータ、非水電解質、ならびに、正極と負極との間に介在する耐熱性絶縁層を具備する。   The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a positive electrode mixture including a composite lithium oxide and a positive electrode including a positive electrode current collector supporting the negative electrode, a negative electrode including a material capable of inserting and extracting lithium, and a separator including a polyolefin resin And a non-aqueous electrolyte and a heat-resistant insulating layer interposed between the positive electrode and the negative electrode.

耐熱性絶縁層は、例えば、正極および負極のどちらか一方において、他方の電極と対向する面に形成すればよいが、耐熱性絶縁層の配置はこれに限定されない。また、耐熱性絶縁層は、正極の少なくとも一方の面だけに形成してもよく、負極の少なくとも一方の面だけに形成してもよく、セパレータの少なくとも一方の面だけに形成してもよい。また、耐熱性絶縁層は、正極の少なくとも一方の面と負極の少なくとも一方の面だけに形成してもよく、負極の少なくとも一方の面とセパレータの少なくとも一方の面だけに形成してもよく、セパレータの少なくとも一方の面と正極の少なくとも一方の面だけに形成してもよい。また、耐熱性絶縁層は、正極の少なくとも一方の面と負極の少なくとも一方の面とセパレータの少なくとも一方の面に形成してもよい。さらに、耐熱性絶縁層は、正極からも、負極からも、セパレータからも独立したシート状であってもよい。ただし、耐熱性絶縁層は、正極の少なくとも一方の面、負極の少なくとも一方の面、または、セパレータの少なくとも一方の面に、接着されていることが望ましい。   For example, the heat resistant insulating layer may be formed on one of the positive electrode and the negative electrode on the surface facing the other electrode, but the arrangement of the heat resistant insulating layer is not limited thereto. The heat-resistant insulating layer may be formed only on at least one surface of the positive electrode, may be formed only on at least one surface of the negative electrode, or may be formed only on at least one surface of the separator. Further, the heat-resistant insulating layer may be formed only on at least one surface of the positive electrode and at least one surface of the negative electrode, or may be formed only on at least one surface of the negative electrode and at least one surface of the separator, It may be formed only on at least one surface of the separator and at least one surface of the positive electrode. The heat-resistant insulating layer may be formed on at least one surface of the positive electrode, at least one surface of the negative electrode, and at least one surface of the separator. Further, the heat-resistant insulating layer may be in the form of a sheet independent from the positive electrode, the negative electrode, and the separator. However, it is desirable that the heat-resistant insulating layer is bonded to at least one surface of the positive electrode, at least one surface of the negative electrode, or at least one surface of the separator.

本発明は、正極合剤の200℃における推定発熱速度が50W/kg以下に制御されている点に一つの特徴を有する。ここで、推定発熱速度は、例えば(i)加速速度熱量計もしくは暴走反応測定装置(Accelerated rate calorimeter:ARC)により、絶対温度Tと正極合剤の発熱速度Vとの関係を求め、(ii)アレニウスの定理に基づいて、絶対温度Tの逆数(X座標)および発熱速度Vの対数(Y座標)との関係をプロットし、(iii)T<200℃(473K)の発熱領域に存在するプロットに適合する近似直線を求め、(iv)得られた近似直線をT=200℃(473K)の温度軸に外挿することにより、求められる。   The present invention has one feature in that the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture is controlled to 50 W / kg or less. Here, the estimated exothermic rate is obtained by, for example, (i) determining the relationship between the absolute temperature T and the exothermic rate V of the positive electrode mixture by using an accelerated rate calorimeter (ARC) or (ii) Based on the Arrhenius theorem, the relationship between the reciprocal of the absolute temperature T (X coordinate) and the logarithm of the heat generation rate V (Y coordinate) is plotted, and (iii) a plot existing in the heat generation region of T <200 ° C. (473 K) (Iv) is obtained by extrapolating the obtained approximate line to the temperature axis of T = 200 ° C. (473 K).

上記外挿で求められる正極合剤の200℃における推定発熱速度が50W/kg以下である場合、特に同時多発的に短絡点が生じる過酷な状況において、耐熱性絶縁層による安全性への寄与が顕著に高められる。本発明は、このような知見に基づいており、従来に比べて極めて高度な安全性を実現している。   When the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture obtained by the above extrapolation is 50 W / kg or less, the heat-resistant insulating layer contributes to safety, particularly in a severe situation in which short-circuit points occur simultaneously and frequently. Markedly enhanced. The present invention is based on such knowledge and realizes a very high level of safety compared to the prior art.

例えば以下のような正極材料を用いることにより、正極合剤の200℃における推定発熱速度を50W/kg以下に抑制することができる。
第1に、一般式(1):LiabMec2で表される組成を有し、元素Mは、Al、Mn、Sn、In、Fe、Cu、Mg、Ti、Zn、ZrおよびMoよりなる群から選択される少なくとも1種であり、元素Meは、NiおよびCoよりなる群から選択される少なくとも1種であり、一般式(1)は、0.9<a<1.2、0.02≦b≦0.5、0.5≦c≦0.98、および0.95≦b+c≦1.05を満たす複合リチウム酸化物を、推定発熱速度を50W/kg以下に抑制するのに有効な正極材料として挙げることができる。
For example, by using the following positive electrode material, the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture can be suppressed to 50 W / kg or less.
First, it has a composition represented by the general formula (1): Li a M b Me c O 2 , and the element M is Al, Mn, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, Zr. And Mo is at least one selected from the group consisting of Mo, the element Me is at least one selected from the group consisting of Ni and Co, and the general formula (1) is 0.9 <a <1. 2, the estimated heat generation rate of composite lithium oxide satisfying 0.02 ≦ b ≦ 0.5, 0.5 ≦ c ≦ 0.98, and 0.95 ≦ b + c ≦ 1.05 is suppressed to 50 W / kg or less It can be mentioned as an effective positive electrode material.

推定発熱速度を小さくするという観点から、元素Mのなかでも特に、Mn、AlおよびMgが好ましく、Mnが最も好ましい。なお、Al、Mn、Sn、In、Fe、Cu、Mg、Ti、Zn、ZrおよびMoは、いずれも推定発熱速度を低下させる効果がある。   From the viewpoint of reducing the estimated heat generation rate, Mn, Al and Mg are particularly preferable among the elements M, and Mn is most preferable. Al, Mn, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, Zr and Mo all have the effect of reducing the estimated heat generation rate.

ここで、a値は、初期値であり、電池の充放電により増減する。初期値は、実質上、放電状態の電池に含まれる複合リチウム酸化物のa値に一致する。合成直後の複合リチウム酸化物の標準的なa値は1である。   Here, the a value is an initial value, and increases or decreases as the battery is charged and discharged. The initial value substantially matches the a value of the composite lithium oxide contained in the discharged battery. The standard a value of the composite lithium oxide immediately after synthesis is 1.

b値が0.02未満では、元素Mの効果が確認できず、0.5を超えると、容量低下が大きくなる。
c値が0.5未満では、一定以上の容量を確保することが困難であり、0.98を超えると、推定発熱速度を低下させる効果が得られない。
If the b value is less than 0.02, the effect of the element M cannot be confirmed. If the b value exceeds 0.5, the capacity reduction increases.
If the c value is less than 0.5, it is difficult to secure a certain capacity or more. If it exceeds 0.98, the effect of reducing the estimated heat generation rate cannot be obtained.

一般式(1)は、0.95≦b+c≦1.05を満たす。合成直後の初期状態(充放電の履歴を有さない状態)において、b+cの標準値は1であるが、b+cは厳密に1である必要はない。0.95≦b+c≦1.05の範囲では、実質上b+c=1と見なすことができる。   The general formula (1) satisfies 0.95 ≦ b + c ≦ 1.05. In the initial state immediately after the synthesis (the state having no charge / discharge history), the standard value of b + c is 1, but b + c does not have to be strictly 1. In the range of 0.95 ≦ b + c ≦ 1.05, b + c = 1 can be considered substantially.

第2に、一般式(2):LiabNidCoe2で表される組成を有し、元素Mは、Al、Mn、Sn、In、Fe、Cu、Mg、Ti、Zn、ZrおよびMoよりなる群から選択される少なくとも1種であり、一般式(2)は、0.9<a<1.2、0.02≦b≦0.5、0.1≦d≦0.5、0.1≦e≦0.5、および0.95≦b+d+e≦1.05を満たす複合リチウム酸化物を、推定発熱速度を50W/kg以下に抑制するのに有効な正極材料として挙げることができる。一般式(2)は、0.15≦b≦0.4、0.3≦d≦0.5および0.15≦e≦0.4を満たすことが特に好ましい。 Second, it has a composition represented by the general formula (2): Li a Mb Ni d Co e O 2 , and the element M is Al, Mn, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn And at least one selected from the group consisting of Zr and Mo, the general formula (2) is: 0.9 <a <1.2, 0.02 ≦ b ≦ 0.5, 0.1 ≦ d ≦ Composite lithium oxide satisfying 0.5, 0.1 ≦ e ≦ 0.5, and 0.95 ≦ b + d + e ≦ 1.05 as a positive electrode material effective for suppressing the estimated heat generation rate to 50 W / kg or less Can be mentioned. The general formula (2) particularly preferably satisfies 0.15 ≦ b ≦ 0.4, 0.3 ≦ d ≦ 0.5, and 0.15 ≦ e ≦ 0.4.

一般式(2)でも、a値は、初期値であり、電池の充放電により増減する。また、b値が0.02未満では、元素Mの効果が確認できず、0.5を超えると、容量低下が大きくなる。
d値が0.1未満では、Niの添加効果(例えば理論容量を向上させる効果)が低く、0.5を超えると、電圧が低くなる上に、寿命特性も低下する。
e値が0.1未満では、Coの添加効果(例えば電圧を向上させる効果)が低く、0.5を超えると、正極の利用率が低下する。
Also in General formula (2), a value is an initial value, and it increases / decreases with charging / discharging of a battery. On the other hand, if the b value is less than 0.02, the effect of the element M cannot be confirmed, and if it exceeds 0.5, the capacity reduction increases.
If the d value is less than 0.1, the effect of adding Ni (for example, the effect of improving the theoretical capacity) is low, and if it exceeds 0.5, the voltage is lowered and the life characteristics are also deteriorated.
When the e value is less than 0.1, the effect of adding Co (for example, the effect of improving the voltage) is low, and when it exceeds 0.5, the utilization factor of the positive electrode decreases.

一般式(2)は、0.95≦b+d+e≦1.05を満たす。ただし、合成直後の初期状態(充放電の履歴を有さない状態)において、b+d+eの標準値は1であるが、b+d+eは厳密に1である必要はない。0.95≦b+d+e≦1.05の範囲では、実質上b+d+e=1と見なすことができる。   The general formula (2) satisfies 0.95 ≦ b + d + e ≦ 1.05. However, the standard value of b + d + e is 1 in the initial state immediately after synthesis (the state having no charge / discharge history), but b + d + e is not necessarily exactly 1. In the range of 0.95 ≦ b + d + e ≦ 1.05, it can be considered that b + d + e = 1 substantially.

一般式(2)で表され、200℃における推定発熱速度を50W/kg以下に制御する正極材料の具体例として、例えばLiMnbNidCoe2(0.15≦b≦0.35、0.3≦d≦0.5および0.25≦e≦0.35)が挙げられる。 As a specific example of the positive electrode material represented by the general formula (2) and controlling the estimated heat generation rate at 200 ° C. to 50 W / kg or less, for example, LiMn b Ni d Co e O 2 (0.15 ≦ b ≦ 0.35, 0.3 ≦ d ≦ 0.5 and 0.25 ≦ e ≦ 0.35).

第3に、任意の組成を有し、元素Mを含み、元素Mは、Al、Mn、Sn、In、Fe、Cu、Mg、Ti、Zn、ZrおよびMoよりなる群から選択される少なくとも1種であり、元素Mは、内部よりも表層部に多く分布する複合リチウム酸化物を、推定発熱速度を50W/kg以下に抑制するのに有効な正極材料として挙げることができる。   Third, it has an arbitrary composition and includes an element M, and the element M is at least one selected from the group consisting of Al, Mn, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, Zr, and Mo. The element M can be cited as a positive electrode material effective for suppressing the estimated heat generation rate to 50 W / kg or less of the composite lithium oxide that is distributed more in the surface layer than in the inside.

このような正極材料は、任意の組成を有する複合リチウム酸化物(例えば一般式(1)または(2)で表される複合リチウム酸化物)の表面に、元素Mを含む化合物(例えば、硝酸塩、硫酸塩など)を付与し、元素Mを複合リチウム酸化物内に拡散させることにより得ることができる。例えば、複合リチウム酸化物と少量の元素Mを含む化合物を混合し、適温で焼成すれば、元素Mが複合リチウム酸化物の表面から内部に拡散する。その結果、元素Mが内部よりも表層部に多く分布する複合リチウム酸化物を得ることができる。あるいは、元素Mを含む化合物を溶解もしくは分散させた液と、複合リチウム酸化物とを混合し、その後、液状成分を除去することで、元素Mを担持した複合リチウム酸化物を得ることができる。この複合リチウム酸化物を適温(例えば300〜700℃)で焼成すれば、元素Mが複合リチウム酸化物の表面から内部に拡散する。   Such a positive electrode material includes a compound (for example, nitrate, etc.) containing the element M on the surface of a composite lithium oxide having an arbitrary composition (for example, a composite lithium oxide represented by the general formula (1) or (2)). Sulfate) and the like, and the element M can be obtained by diffusing into the composite lithium oxide. For example, when a compound containing a composite lithium oxide and a small amount of the element M is mixed and fired at an appropriate temperature, the element M diffuses from the surface of the composite lithium oxide to the inside. As a result, it is possible to obtain a composite lithium oxide in which the element M is distributed more in the surface layer portion than in the inside. Alternatively, a composite lithium oxide carrying the element M can be obtained by mixing a liquid in which a compound containing the element M is dissolved or dispersed and the composite lithium oxide, and then removing the liquid component. When the composite lithium oxide is fired at an appropriate temperature (for example, 300 to 700 ° C.), the element M diffuses from the surface of the composite lithium oxide to the inside.

元素Mを含む化合物は、200℃における推定発熱速度を抑制する効果が大きい。ただし、複合リチウム酸化物に添加する元素Mを含む化合物の量が多くなると、正極の利用率が低下し、電池のエネルギー密度が低下する。また、正極の発熱反応は、活物質粒子の表面で起こる。よって、元素Mを活物質粒子の表層部に多く存在させることで、正極の利用率を大きく低下させずに、効率よく発熱を抑制できる。すなわち、元素Mを活物質粒子の表層部に集中分布させることで、少量の元素Mにより、推定発熱速度を抑制できる。   The compound containing the element M has a large effect of suppressing the estimated heat generation rate at 200 ° C. However, when the amount of the compound containing the element M added to the composite lithium oxide increases, the utilization factor of the positive electrode decreases and the energy density of the battery decreases. Further, the exothermic reaction of the positive electrode occurs on the surface of the active material particles. Therefore, the presence of a large amount of the element M in the surface layer portion of the active material particles can efficiently suppress heat generation without greatly reducing the utilization factor of the positive electrode. That is, the estimated heat generation rate can be suppressed by a small amount of the element M by concentrating and distributing the element M on the surface layer portion of the active material particles.

複合リチウム酸化物1モルあたり、元素Mが0.0001〜0.05モルとなる量の元素Mを含む化合物を用いることが好ましい。   It is preferable to use a compound containing the element M in an amount such that the element M is 0.0001 to 0.05 mole per mole of the composite lithium oxide.

第4に、一般式(3):X−Si−Y3で表されるSi化合物で処理されている複合リチウム酸化物を、推定発熱速度を50W/kg以下に抑制するのに有効な正極材料として挙げることができる。ここで、Xは、複合リチウム酸化物と反応する官能基を含み、Yは、C、H、O、FまたはSiを含む官能基を含む。このようなSi化合物で複合リチウム酸化物の表面を改質することにより、活物質粒子の表面で起こる発熱反応が抑制され、推定発熱速度が抑制される。また、Si化合物で複合リチウム酸化物を処理しても、正極の利用率は大きく低下しない。 Fourth, a positive electrode material effective for suppressing the estimated heat generation rate to 50 W / kg or less for the composite lithium oxide treated with the Si compound represented by the general formula (3): X—Si—Y 3 Can be mentioned. Here, X includes a functional group that reacts with the composite lithium oxide, and Y includes a functional group including C, H, O, F, or Si. By modifying the surface of the composite lithium oxide with such a Si compound, the exothermic reaction occurring on the surface of the active material particles is suppressed, and the estimated heat generation rate is suppressed. Moreover, even if the composite lithium oxide is treated with the Si compound, the utilization factor of the positive electrode is not greatly reduced.

例えば、複合リチウム酸化物を、X−Si−Y3で表されるシランカップリング剤で処理することが望ましい。複合リチウム酸化物を、X−Si−Y3で表されるシランカップリング剤で処理する方法は、特に限定されない。例えば、シランカップリング剤を水と混合し、得られた混合液を複合リチウム酸化物と混合し、その後、乾燥させる。ここで、シランカップリング剤と水との混合液において、シランカップリング剤の濃度は、0.01重量%〜5重量%程度が好ましく、0.1重量%〜3重量%程度が更に好ましい。また、シランカップリング剤の量は、複合リチウム酸化物100重量部あたり、0.001〜0.5重量部が好ましく、0.01〜0.1重量部が更に好ましい。 For example, it is desirable to treat the composite lithium oxide with a silane coupling agent represented by X—Si—Y 3 . The method for treating the composite lithium oxide with the silane coupling agent represented by X—Si—Y 3 is not particularly limited. For example, a silane coupling agent is mixed with water, and the resulting mixture is mixed with a composite lithium oxide and then dried. Here, in the liquid mixture of the silane coupling agent and water, the concentration of the silane coupling agent is preferably about 0.01 wt% to 5 wt%, and more preferably about 0.1 wt% to 3 wt%. Further, the amount of the silane coupling agent is preferably 0.001 to 0.5 parts by weight, more preferably 0.01 to 0.1 parts by weight, per 100 parts by weight of the composite lithium oxide.

シランカップリング剤には、例えば、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリス(2- メトキシエトキシ)シラン、γ- メタアクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ- メタアクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ- アミノプロピルトリエトキシシラン、γ- アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β- (アミノエチル)- γ- アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β- (アミノエチル)- γ- アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-ウレイドプロピルトリエトキシシラン、γ- ウレイドプロピルトリメトキシシラン、β- (3、4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、β- (3、4エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、γ- グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ- グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ- メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ- メルカプトプロピルトリエトキシシラン、γ- クロルプロピルトリメトキシシラン、γ- クロルプロピルトリエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシランなどを用いることができる。これらのうちでは、特に、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリス(2- メトキシエトキシ)シラン、γ- メタアクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ- メタアクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ- アミノプロピルトリエトキシシラン、γ- アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β-(アミノエチル)- γ- アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β- (アミノエチル)- γ- アミノプロピルトリエトキシシラン、γ- ウレイドプロピルトリエトキシシラン、γ- ウレイドプロピルトリメトキシシラン、β- (3、4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、β- (3、4エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、γ- グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ- グリシドキシプロピルトリエトキシシランが好ましい。   Examples of the silane coupling agent include vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltrichlorosilane, vinyltris (2-methoxyethoxy) silane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, and γ-methacryloxypropyltriethoxy. Silane, γ-aminopropyltriethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltriethoxy Silane, γ-ureidopropyltriethoxysilane, γ-ureidopropyltrimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltriethoxysilane, γ-glycid Xylpropyltrime Xysilane, γ-glycidoxypropyltriethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltriethoxysilane, γ-chloropropyltrimethoxysilane, γ-chloropropyltriethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyl Trimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, and the like can be used. Among these, in particular, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltris (2-methoxyethoxy) silane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-methacryloxypropyltriethoxysilane, γ-aminopropyl Triethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltriethoxysilane, γ-ureidopropyl Triethoxysilane, γ-ureidopropyltrimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltriethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-Glycidoxypropi Triethoxysilane are preferred.

耐熱性絶縁層は、例えば、無機酸化物フィラーおよび樹脂成分を含む。無機酸化物フィラーは、耐熱性が高い。よって、電池が比較的高温に至った場合でも、耐熱性絶縁層は、機械的強度を高く維持することができる。耐熱性絶縁層には、様々な樹脂成分を用いることができるが、耐熱性の高い樹脂成分を用いることにより、特に優れた耐熱性絶縁層が得られる。
耐熱性絶縁層は、例えば、無機酸化物フィラーおよび結着剤(樹脂成分)を含む場合と、耐熱性樹脂(樹脂成分)からなる場合があるが、特に限定されない。無機酸化物フィラーおよび結着剤を含む耐熱性絶縁層は、機械強度が比較的高いので、耐久性が高い。ここで、無機酸化物フィラーおよび結着剤を含む耐熱性絶縁層は、無機酸化物フィラーを主成分とする。例えば耐熱性絶縁層の80重量%以上、好ましくは90重量%以上が無機酸化物フィラーである。耐熱性樹脂からなる耐熱性絶縁層は、例えば20重量%を超える耐熱性樹脂を含む。
耐熱性樹脂からなる耐熱性絶縁層は、無機酸化物フィラーを主成分として含む耐熱性絶縁層に比べ、柔軟性が高い。これは無機酸化物フィラーよりも耐熱性樹脂の方が柔軟なためである。よって、耐熱性樹脂からなる耐熱性絶縁層は、充放電に伴う極板の膨張および収縮に追従しやすく、高い耐熱性を保持できる。よって、釘刺し安全性も高くなる。
耐熱性樹脂からなる耐熱性絶縁層は、例えば80重量%未満の無機酸化物フィラーを含むことができる。無機酸化物フィラーを含ませることにより、柔軟性と耐久性とのバランスに優れた耐熱性絶縁層が得られる。耐熱性樹脂は耐熱性絶縁層の柔軟性に寄与し、機械的強度の高い無機酸化物フィラーは耐久性に寄与する。耐熱性絶縁層に無機酸化物フィラーを含ませることにより、電池の高出力特性が向上する。詳細は不明であるが、これは、柔軟性と耐久性との相乗効果により、耐熱性絶縁層の空隙構造が適正化されるためと考えられる。良好な高出力特性を確保する観点から、耐熱性樹脂からなる耐熱性絶縁層は、25重量%〜75重量%の絶縁性フィラーを含むことが望ましい。
The heat resistant insulating layer includes, for example, an inorganic oxide filler and a resin component. The inorganic oxide filler has high heat resistance. Therefore, even when the battery reaches a relatively high temperature, the heat-resistant insulating layer can maintain high mechanical strength. Although various resin components can be used for the heat resistant insulating layer, a particularly excellent heat resistant insulating layer can be obtained by using a resin component having high heat resistance.
The heat-resistant insulating layer may include, for example, an inorganic oxide filler and a binder (resin component) or a heat-resistant resin (resin component), but is not particularly limited. A heat-resistant insulating layer containing an inorganic oxide filler and a binder has a relatively high mechanical strength and therefore has a high durability. Here, the heat-resistant insulating layer containing the inorganic oxide filler and the binder is mainly composed of the inorganic oxide filler. For example, 80% by weight or more, preferably 90% by weight or more of the heat-resistant insulating layer is the inorganic oxide filler. The heat resistant insulating layer made of a heat resistant resin contains, for example, a heat resistant resin exceeding 20% by weight.
A heat resistant insulating layer made of a heat resistant resin has higher flexibility than a heat resistant insulating layer containing an inorganic oxide filler as a main component. This is because the heat resistant resin is more flexible than the inorganic oxide filler. Therefore, the heat-resistant insulating layer made of a heat-resistant resin can easily follow the expansion and contraction of the electrode plate accompanying charging / discharging, and can maintain high heat resistance. Therefore, the nail penetration safety is also increased.
The heat-resistant insulating layer made of a heat-resistant resin can contain, for example, less than 80% by weight of an inorganic oxide filler. By including an inorganic oxide filler, a heat-resistant insulating layer excellent in balance between flexibility and durability can be obtained. The heat-resistant resin contributes to the flexibility of the heat-resistant insulating layer, and the inorganic oxide filler having high mechanical strength contributes to durability. By including an inorganic oxide filler in the heat resistant insulating layer, the high output characteristics of the battery are improved. Although details are unknown, it is thought that this is because the void structure of the heat-resistant insulating layer is optimized by the synergistic effect of flexibility and durability. From the viewpoint of securing good high-output characteristics, the heat-resistant insulating layer made of a heat-resistant resin desirably contains 25% to 75% by weight of an insulating filler.

耐熱性絶縁層の樹脂成分(結着剤もしくは耐熱性樹脂)は、250℃以上の熱分解開始温度を有することが望ましい。樹脂成分は、高温で大きく変形しないことが望ましい。よって、樹脂成分は、非晶質もしくは非結晶性であることが望ましい。樹脂成分の熱変形開始温度もしくはガラス転移温度(Tg)は250℃以上であることが望ましい。   The resin component (binder or heat resistant resin) of the heat resistant insulating layer desirably has a thermal decomposition starting temperature of 250 ° C. or higher. It is desirable that the resin component does not greatly deform at high temperatures. Therefore, the resin component is desirably amorphous or non-crystalline. The thermal deformation start temperature or glass transition temperature (Tg) of the resin component is desirably 250 ° C. or higher.

樹脂成分の熱分解開始温度や熱変形開始温度やガラス転移温度は、示差走査熱量測定(DSC:differential scanning calorimetry)や、熱重量測定−示差熱分析(TG−DTA:thermogravimetry-differential thermal analysis)により測定することができる。例えば、TG−DTA測定における重量変化の始点は、熱分解開始温度に相当し、DSC測定における吸熱方向への変曲点は、熱変形温度やガラス転移温度に相当する。   The thermal decomposition start temperature, thermal deformation start temperature, and glass transition temperature of the resin component are determined by differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetry-differential thermal analysis (TG-DTA). Can be measured. For example, the starting point of weight change in the TG-DTA measurement corresponds to the thermal decomposition start temperature, and the inflection point in the endothermic direction in the DSC measurement corresponds to the thermal deformation temperature or the glass transition temperature.

耐熱性絶縁層を構成する結着剤の具体例としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のフッ素樹脂、アクリロニトリル単位を含むゴム性状高分子(変性アクリロニトリルゴム)を好ましく用いることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも適度な耐熱性、弾力性および結着性を有することから、アクリロニトリル単位を含むゴム性状高分子が最も適している。
耐熱性絶縁層を構成する耐熱性樹脂の具体例としては、例えば、芳香族ポリアミド(アラミド)等のポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂などを好ましく用いることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
無機酸化物フィラーおよび結着剤を含む耐熱性絶縁層は、負極の少なくとも一方の面に形成もしくは接着されていることが好ましく、負極の両面に形成もしくは接着されていることが更に好ましい。耐熱性樹脂からなる耐熱性絶縁層は、セパレータの少なくとも一方の面に形成もしくは接着されていることが好ましく、耐熱性絶縁層は比較的脆いため、セパレータの一方の面だけに形成もしくは接着されていることが更に好ましい。耐熱性樹脂からなる耐熱性絶縁層が、セパレータの一方の面だけに形成されている場合、セパレータの厚みAと、耐熱性絶縁層の厚みBとの比率:A/Bは、耐熱性絶縁層の破損を防ぐ観点から、例えば3≦A/B≦12、もしくは、4≦A/B≦6である。
As specific examples of the binder constituting the heat-resistant insulating layer, for example, a fluororesin such as polyvinylidene fluoride (PVDF) or a rubbery polymer (modified acrylonitrile rubber) containing an acrylonitrile unit can be preferably used. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, rubbery polymers containing acrylonitrile units are most suitable because they have appropriate heat resistance, elasticity and binding properties.
As specific examples of the heat-resistant resin constituting the heat-resistant insulating layer, for example, polyamide resins such as aromatic polyamide (aramid), polyimide resins, polyamide-imide resins, and the like can be preferably used. These may be used alone or in combination of two or more.
The heat-resistant insulating layer containing the inorganic oxide filler and the binder is preferably formed or bonded on at least one surface of the negative electrode, and more preferably formed or bonded on both surfaces of the negative electrode. The heat-resistant insulating layer made of a heat-resistant resin is preferably formed or bonded to at least one surface of the separator. Since the heat-resistant insulating layer is relatively brittle, it is formed or bonded only to one surface of the separator. More preferably. When the heat-resistant insulating layer made of a heat-resistant resin is formed only on one side of the separator, the ratio between the thickness A of the separator and the thickness B of the heat-resistant insulating layer: A / B is the heat-resistant insulating layer For example, 3 ≦ A / B ≦ 12 or 4 ≦ A / B ≦ 6.

無機酸化物フィラーには、例えばアルミナ(Al23)、チタニア(TiO2)、シリカ(SiO2)、ジルコニア、マグネシア等を用いることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでは、安定性、コスト、取り扱いの容易さの観点から、特にアルミナ(なかでもα−アルミナ)やマグネシアが好ましい。 As the inorganic oxide filler, for example, alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), silica (SiO 2 ), zirconia, magnesia and the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, alumina (in particular, α-alumina) and magnesia are particularly preferable from the viewpoints of stability, cost, and ease of handling.

無機酸化物フィラーのメディアン径(D50:平均粒径)は、特に限定されないが、一般に0.1〜5μmの範囲であり、0.2〜1.5μmであることが望ましい。   The median diameter (D50: average particle diameter) of the inorganic oxide filler is not particularly limited, but is generally in the range of 0.1 to 5 [mu] m, and preferably 0.2 to 1.5 [mu] m.

無機酸化物フィラーおよび結着剤を含む耐熱性絶縁層に占める無機酸化物フィラーの含有率は、50重量%以上99重量%以下であることが好ましく、90重量%以上99重量%以下であることが更に好ましい。無機酸化物フィラーの含有率が50重量%を下回ると、樹脂成分が過多となる。よって、フィラー粒子による細孔構造の制御が困難になることがある。一方、無機酸化物フィラーの含有率が99重量%を上回ると、樹脂成分が過少となる。よって、耐熱性絶縁層の強度や、電極表面もしくはセパレータ表面に対する密着性が低下する場合がある。   The content of the inorganic oxide filler in the heat-resistant insulating layer containing the inorganic oxide filler and the binder is preferably 50% by weight or more and 99% by weight or less, and 90% by weight or more and 99% by weight or less. Is more preferable. When the content of the inorganic oxide filler is less than 50% by weight, the resin component becomes excessive. Therefore, it may be difficult to control the pore structure with the filler particles. On the other hand, when the content of the inorganic oxide filler exceeds 99% by weight, the resin component becomes excessive. Therefore, the strength of the heat-resistant insulating layer and the adhesion to the electrode surface or separator surface may be reduced.

耐熱性絶縁層の厚みは、特に限定されない。耐熱性絶縁層による短絡抑制機能もしくは短絡点の絶縁化を十分に確保し、かつ設計容量を維持する観点から、耐熱性絶縁層の厚みは、例えば1μm以上、15μm以下である。無機酸化物フィラーおよび結着剤を含む耐熱性絶縁層の厚みは、例えば3〜15μm、もしくは、3〜8μmである。耐熱性樹脂からなる耐熱性絶縁層の厚みは、例えば1.5〜7μm、もしくは、1.7〜6.7μmである。耐熱性絶縁層の厚みが大きすぎると、耐熱性絶縁層は脆いため、電極を捲回する際に破損する場合がある。一方、厚みが小さすぎると、耐熱性絶縁層の強度が小さくなり、破損する場合がある。   The thickness of the heat resistant insulating layer is not particularly limited. The thickness of the heat-resistant insulating layer is, for example, 1 μm or more and 15 μm or less from the viewpoint of sufficiently ensuring the short-circuit suppressing function by the heat-resistant insulating layer or insulating the short-circuit point and maintaining the design capacity. The thickness of the heat-resistant insulating layer containing the inorganic oxide filler and the binder is, for example, 3 to 15 μm or 3 to 8 μm. The thickness of the heat resistant insulating layer made of the heat resistant resin is, for example, 1.5 to 7 μm or 1.7 to 6.7 μm. If the thickness of the heat-resistant insulating layer is too large, the heat-resistant insulating layer is brittle and may be damaged when the electrode is wound. On the other hand, if the thickness is too small, the strength of the heat-resistant insulating layer is reduced and may be damaged.

本発明には、様々な従来のセパレータを用いることができる。例えばポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂からなる単層構造のセパレータや、ポリオレフィン樹脂からなる多層構造のセパレータを用いることができる。セパレータの厚みは、特に限定されないが、15〜25μm程度が望ましい。   Various conventional separators can be used in the present invention. For example, a separator having a single layer structure made of a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene, or a separator having a multilayer structure made of a polyolefin resin can be used. Although the thickness of a separator is not specifically limited, About 15-25 micrometers is desirable.

正極合剤は、複合リチウム酸化物からなる活物質を必須成分として含み、結着剤、導電材などを任意成分として含む。正極の結着剤には、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、変性アクリロニトリルゴム粒子、PVDF等を用いることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いても良い。PTFEや変性アクリロニトリルゴム粒子は、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレンオキシド、変性アクリロニトリルゴム等と組み合わせて用いることが好ましい。これらは、正極合剤と液状成分を含むペーストの増粘剤となる。正極の導電材には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、各種黒鉛等を用いることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いても良い。正極合剤に含まれる結着剤および導電材の量は、活物質100重量部あたり、それぞれ0.1〜5重量部および1〜10重量部が好適である。   The positive electrode mixture includes an active material composed of a composite lithium oxide as an essential component, and includes a binder, a conductive material, and the like as optional components. As the positive electrode binder, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), modified acrylonitrile rubber particles, PVDF, or the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more. PTFE and modified acrylonitrile rubber particles are preferably used in combination with carboxymethyl cellulose, polyethylene oxide, modified acrylonitrile rubber and the like. These serve as a thickener for the paste containing the positive electrode mixture and the liquid component. As the conductive material for the positive electrode, acetylene black, ketjen black, various graphites, and the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more. The amount of the binder and the conductive material contained in the positive electrode mixture is preferably 0.1 to 5 parts by weight and 1 to 10 parts by weight, respectively, per 100 parts by weight of the active material.

炭素材料もしくは合金材料を含む負極には、従来の負極で用いられている様々な材料を用いることができる。炭素材料には、例えば各種天然黒鉛、各種人造黒鉛を用いることができる。合金材料には、例えばケイ素合金、錫合金等を用いることができる。炭素材料と合金材料とを複合して用いることもできる。負極にも、結着剤や導電材を含ませることができる。負極の結着剤や導電材にも、正極の結着剤や導電材として挙げた上記の材料を用いることができる。   Various materials used in conventional negative electrodes can be used for the negative electrode including a carbon material or an alloy material. As the carbon material, for example, various natural graphites and various artificial graphites can be used. For example, a silicon alloy or a tin alloy can be used as the alloy material. A composite of a carbon material and an alloy material can also be used. The negative electrode can also contain a binder and a conductive material. The materials mentioned above as the binder and conductive material for the positive electrode can also be used for the negative electrode binder and conductive material.

非水電解質には、リチウム塩を溶質として溶解した非水溶媒が好ましく用いられる。リチウム塩および非水溶媒ともに特に限定されないが、リチウム塩には、例えばLiPF6、LiBF4等を用いることが好ましい。非水溶媒には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等を用いることが好ましい。非水溶媒は、1種を単独で用いるよりも、2種以上を組み合わせて用いることが好ましい。また、非水電解質には、添加剤として、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、シクロヘキシルベンゼン等を添加することが望ましい。 As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous solvent in which a lithium salt is dissolved as a solute is preferably used. The lithium salt and the non-aqueous solvent are not particularly limited, but it is preferable to use, for example, LiPF 6 or LiBF 4 as the lithium salt. As the non-aqueous solvent, it is preferable to use ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, or the like. The non-aqueous solvent is preferably used in combination of two or more, rather than using one alone. In addition, it is desirable to add vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, cyclohexylbenzene, or the like as an additive to the non-aqueous electrolyte.

以下、本発明を各種実験および実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described based on various experiments and examples, but the present invention is not limited to the following examples.

[実験1]
短絡点近傍温度の測定
円筒形18650(直径18mm、高さ65mm)の非水電解質二次電池を10セル作製した。ここで、正極活物質には、コバルト酸リチウム(LiCoO2)を用いた。また、負極表面に、無機酸化物フィラーおよび樹脂成分からなる耐熱性絶縁層を形成した。これらのセルを用いて、釘刺し試験を行い、釘刺し直後の0.5秒間に、短絡点近傍の温度が何℃まで上昇するかを調べた。
[Experiment 1]
Measurement of temperature near short-circuit point Ten cells of a cylindrical 18650 (diameter 18 mm, height 65 mm) non-aqueous electrolyte secondary battery were produced. Here, lithium cobaltate (LiCoO 2 ) was used as the positive electrode active material. Moreover, the heat resistant insulating layer which consists of an inorganic oxide filler and a resin component was formed in the negative electrode surface. Using these cells, a nail penetration test was performed, and it was examined to what degree the temperature in the vicinity of the short-circuiting point rose to 0.5 seconds immediately after the nail penetration.

ここでは、電池表面に熱電対を取り付け、熱電対近傍に釘を刺して、電池表面温度を測定した。結果を表1に示す。   Here, a thermocouple was attached to the battery surface, and a nail was stabbed near the thermocouple, and the battery surface temperature was measured. The results are shown in Table 1.

Figure 2007072595
Figure 2007072595

上記の円筒形18650の非水電解質二次電池は、以下の要領で作製した。
(i)正極の作製
コバルト酸リチウム3kgと、結着剤としての呉羽化学(株)製のPVDF#1320(PVDFを12重量%含むN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液)1kgと、アセチレンブラック90gと、適量のNMPとを、双腕式練合機で攪拌し、正極合剤ペーストを調製した。このペーストを15μm厚のアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥後、圧延して、正極合剤層を形成した。この際、アルミニウム箔および正極合剤層からなる極板の厚みを160μmに制御した。得られた極板を、直径18mm、高さ65mmサイズの円筒形の電池ケースに挿入可能な幅と長さに裁断し、正極を得た。
The cylindrical 18650 non-aqueous electrolyte secondary battery was manufactured in the following manner.
(I) Preparation of positive electrode 3 kg of lithium cobaltate, 1 kg of PVDF # 1320 (N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution containing 12% by weight of PVDF) manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd. as a binder, and acetylene 90 g of black and an appropriate amount of NMP were stirred with a double-arm kneader to prepare a positive electrode mixture paste. This paste was applied to both sides of a 15 μm thick aluminum foil, dried and then rolled to form a positive electrode mixture layer. Under the present circumstances, the thickness of the electrode plate which consists of aluminum foil and a positive mix layer was controlled to 160 micrometers. The obtained electrode plate was cut into a width and a length that could be inserted into a cylindrical battery case having a diameter of 18 mm and a height of 65 mm to obtain a positive electrode.

(ii)負極の作製
人造黒鉛3kgと、日本ゼオン(株)製のBM−400B(スチレン−ブタジエン共重合体を40重量%含む水性分散液)75gと、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)30gと、適量の水とを、双腕式練合機で攪拌し、負極合剤ペーストを調製した。このペーストを10μm厚の銅箔の両面に塗布し、乾燥後、圧延して、負極合剤層を形成した。この際、銅箔および負極合剤層からなる極板の厚みを180μmに制御した。得られた極板を、前記電池ケースに挿入可能な幅と長さに裁断し、負極を得た。
(Ii) Production of negative electrode 3 kg of artificial graphite, 75 g of BM-400B (aqueous dispersion containing 40% by weight of styrene-butadiene copolymer) manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener 30 g and an appropriate amount of water were stirred with a double arm kneader to prepare a negative electrode mixture paste. This paste was applied to both sides of a 10 μm thick copper foil, dried and then rolled to form a negative electrode mixture layer. Under the present circumstances, the thickness of the electrode plate which consists of copper foil and a negative mix layer was controlled to 180 micrometers. The obtained electrode plate was cut into a width and a length that can be inserted into the battery case to obtain a negative electrode.

(iii)非水電解質の調製
エチレンカーボネートと、メチルエチルカーボネートとを、体積比1:3で含む混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1mol/Lの濃度で溶解し、非水電解質を調製した。
(Iii) Preparation of nonaqueous electrolyte Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent containing ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate in a volume ratio of 1: 3, A water electrolyte was prepared.

(iv)耐熱性絶縁層の原料ペーストの調製
無機酸化物フィラーであるメディアン径0.3μmのアルミナを950gと、樹脂成分である日本ゼオン(株)製のBM−720H(アクリロニトリル単位を含むゴム性状高分子を8重量%含むNMP溶液)625gと、適量のNMPとを、双腕式練合機で攪拌し、耐熱性絶縁層の原料ペーストを調製した。
(Iv) Preparation of heat-resistant insulating layer raw material paste 950 g of alumina having a median diameter of 0.3 μm, which is an inorganic oxide filler, and BM-720H, a resin component, made by Nippon Zeon Co., Ltd. (rubber properties containing acrylonitrile units) 625 g of an NMP solution containing 8% by weight of a polymer) and an appropriate amount of NMP were stirred with a double-arm kneader to prepare a heat-resistant insulating layer raw material paste.

(v)電池の組立
耐熱性絶縁層の原料ペーストを負極の両面に塗布し、塗膜を乾燥させて、各面に厚みが0.5μmの耐熱性絶縁層を形成した。
正極と、厚み0.5μmの耐熱性絶縁層を形成した負極とを、厚み20μmのポリエチレン樹脂の単層からなるセパレータを介して捲回して、極板群を構成した。この極板群を電池ケース内に挿入し、非水電解質を5.5g電池ケース内に注液し、ケースの開口部を封口した。こうして、円筒形の非水電解質二次電池(公称容量2000mAh)を完成させた。
(V) Assembly of battery The raw material paste for the heat-resistant insulating layer was applied to both sides of the negative electrode, and the coating film was dried to form a heat-resistant insulating layer having a thickness of 0.5 μm on each side.
A positive electrode and a negative electrode on which a heat-resistant insulating layer having a thickness of 0.5 μm was formed were wound through a separator made of a single layer of a polyethylene resin having a thickness of 20 μm to constitute an electrode plate group. This electrode plate group was inserted into the battery case, and 5.5 g of the nonaqueous electrolyte was injected into the battery case, and the opening of the case was sealed. Thus, a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery (nominal capacity 2000 mAh) was completed.

釘刺し試験は、以下の条件で行った。
まず、各電池(円筒形電池1〜10)に対し、以下の充電を行った。
定電流充電:1400mA(終止電圧4.25V)
定電圧充電:4.25V(終止電流100mA)
充電後の電池に対して、その側面から、2.7mm径の鉄製丸釘を、20℃環境下で、5mm/秒の速度で貫通させ、貫通後0.5秒間の短絡点近傍(すなわち釘刺し点近傍)の電池温度を観測した。
The nail penetration test was performed under the following conditions.
First, each battery (cylindrical batteries 1 to 10) was charged as follows.
Constant current charging: 1400mA (end voltage 4.25V)
Constant voltage charge: 4.25V (end current 100mA)
From the side of the battery after charging, a 2.7 mm diameter iron round nail is penetrated at a speed of 5 mm / second in an environment of 20 ° C. The battery temperature in the vicinity of the puncture point was observed.

表1の結果より、短絡点近傍の温度は0.5秒間で、最低でも200℃まで上昇していることがわかった。充電状態のコバルト酸リチウムは、200℃付近になると熱分解を起こすことが一般的に知られている。このことから、釘刺し試験のように同時多発的に短絡点が生じる状況では、短絡点近傍で電流によるジュール発熱が継続的に起こり、正極活物質の分解反応熱が発生したと予想される。このことは、無機酸化物フィラーと樹脂成分からなる耐熱性絶縁層を具備する従来の電池では、同時多発的に内部短絡が発生する状況では、安全性を確実に確保できないことを示唆している。   From the results in Table 1, it was found that the temperature in the vicinity of the short-circuit point increased to 200 ° C. at the minimum in 0.5 seconds. It is generally known that lithium cobalt oxide in a charged state undergoes thermal decomposition at around 200 ° C. From this, in the situation where short-circuit points occur at the same time as in the nail penetration test, it is expected that Joule heat generation due to current occurs continuously in the vicinity of the short-circuit point and heat of decomposition reaction of the positive electrode active material is generated. This suggests that, in a conventional battery having a heat-resistant insulating layer composed of an inorganic oxide filler and a resin component, safety cannot be reliably ensured in a situation where internal short-circuits occur at the same time. .

以上の結果より、同時多発的に内部短絡が発生する状況においても安全性を確実に確保するためには、正極材料の熱安定性を制御することが非常に重要であることが理解できる。より具体的には、耐熱性絶縁層による短絡防止を講じるだけではなく、正極活物質の熱分解反応を抑制することが重要となる。正極活物質は、短絡点近傍が200℃以上の高温に達した場合でも分解しにくい材料であることが要望される。   From the above results, it can be understood that it is very important to control the thermal stability of the positive electrode material in order to ensure safety even in a situation where internal short-circuits occur simultaneously and frequently. More specifically, it is important not only to prevent short-circuiting by the heat-resistant insulating layer but also to suppress the thermal decomposition reaction of the positive electrode active material. The positive electrode active material is required to be a material that does not easily decompose even when the vicinity of the short circuit point reaches a high temperature of 200 ° C. or higher.

[実験2]
正極活物質の検討
耐熱性絶縁層と正極活物質の熱安定性が非常に重要な要件であることから、次に正極合剤の熱安定性の検討を行った。ここでは、表2に示す正極材料1〜3を含む正極合剤の200℃における推定発熱速度を測定した。
[Experiment 2]
Examination of positive electrode active material Since the heat stability of the heat-resistant insulating layer and the positive electrode active material is a very important requirement, the thermal stability of the positive electrode mixture was examined next. Here, the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture containing the positive electrode materials 1 to 3 shown in Table 2 was measured.

Figure 2007072595
Figure 2007072595

表2に示した材料を正極活物質として用い、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製し、得られた電池を以下の条件で充電した。以下、正極材料1〜3を用いて作製した電池を、それぞれ電池1A〜3Aと称する。
定電流充電:1400mA(終止電圧4.25V)
定電圧充電:4.25V(終止電流100mA)
ただし、電池電圧4.25Vのとき、金属Liに対する正極電位は4.35Vに相当する。
Using the material shown in Table 2 as the positive electrode active material, a cylindrical 18650 non-aqueous electrolyte secondary battery was prepared in the same manner as in Experiment 1, and the obtained battery was charged under the following conditions. Hereinafter, the batteries produced using the positive electrode materials 1 to 3 are referred to as batteries 1A to 3A, respectively.
Constant current charging: 1400mA (end voltage 4.25V)
Constant voltage charge: 4.25V (end current 100mA)
However, when the battery voltage is 4.25V, the positive electrode potential with respect to the metal Li corresponds to 4.35V.

充電状態の電池1A〜3Aを、露点−40℃以下の雰囲気で分解し、正極を取り出した。その正極を3×6cmの試料に切り出した。次いで、正極の試料を、内面にNiメッキを施した鉄製円筒ケース(直径8mm、高さ65mm)に封入し、ケースの開口部を封口した。   The batteries 1A to 3A in a charged state were decomposed in an atmosphere having a dew point of −40 ° C. or less, and the positive electrode was taken out. The positive electrode was cut into a 3 × 6 cm sample. Next, the positive electrode sample was enclosed in an iron cylindrical case (diameter: 8 mm, height: 65 mm) whose inner surface was plated with Ni, and the opening of the case was sealed.

次に、円筒ケース内に密封された正極の試料を用い、加速速度熱量計もしくは暴走反応測定装置(Accelerated rate calorimeter:ARC)を用いて、表3に示す条件で、絶対温度Tと正極合剤の発熱速度Vとの関係に関するデータを求めた。   Next, using a positive electrode sample sealed in a cylindrical case, using an acceleration rate calorimeter or a runaway reaction measurement device (Accelerated rate calorimeter: ARC), the absolute temperature T and the positive electrode mixture were mixed under the conditions shown in Table 3. The data regarding the relationship with the exothermic rate V was obtained.

Figure 2007072595
Figure 2007072595

ARCでは、試料が断熱環境に置かれるため、試料の温度上昇速度は、そのまま試料の発熱速度を反映する。発熱反応が検知感度以上の発熱速度を有するまで、段階的に強制的な昇温を繰り返し、検知感度以上の発熱速度を検知すると、断熱環境で、試料の発熱速度の測定が行われる。   In ARC, since the sample is placed in an adiabatic environment, the temperature increase rate of the sample directly reflects the heat generation rate of the sample. Until the exothermic reaction has a heat generation rate equal to or higher than the detection sensitivity, forced heating is repeated step by step, and when the heat generation rate higher than the detection sensitivity is detected, the heat generation rate of the sample is measured in an adiabatic environment.

表3中の用語の意味を、概念図2を参照しながら以下に記す。
昇温ステップ:試料の自発的な発熱が検知されない領域において、段階的に強制的に上昇させる環境温度の温度幅(図2の「1」)である。
発熱検知感度:試料の自己発熱を検知する感度(図2の「2」)である。感度は材料に基づいて任意に設定される。検知時間(Δt)内における試料の自発的な発熱による温度上昇幅をΔTとした場合、感度はΔT/Δtで表される。
昇温後安定時間:所定の昇温ステップに基づいて、強制的に環境温度を昇温させた後、試料温度と炉内環境温度とが安定するまで放置する時間(図2の「3」)である。この時間は任意に設定される。
発熱認識温度幅:試料の自己発熱を認識する温度幅(図2の「4」)である。発熱認識温度幅が0.2℃で、発熱検知感度が0.04℃/分である場合、0.04℃/分以上の昇温が5分間(0.2/0.04)継続した場合に発熱有りと認識される。
The meanings of terms in Table 3 are described below with reference to the conceptual diagram 2.
Temperature rising step: a temperature range (“1” in FIG. 2) of the environmental temperature that is forcibly increased in a stepwise manner in a region where no spontaneous heat generation of the sample is detected.
Exothermic detection sensitivity: Sensitivity to detect self-heating of the sample (“2” in FIG. 2). Sensitivity is arbitrarily set based on the material. When the temperature rise due to the spontaneous heat generation of the sample within the detection time (Δt) is ΔT, the sensitivity is represented by ΔT / Δt.
Stabilization time after temperature increase: After the environmental temperature is forcibly increased based on a predetermined temperature increase step, the sample temperature and the environmental temperature in the furnace are allowed to stabilize ("3" in FIG. 2) It is. This time is arbitrarily set.
Heat generation recognition temperature range: A temperature range ("4" in FIG. 2) for recognizing self-heating of the sample. When the heat generation recognition temperature range is 0.2 ° C and the heat generation detection sensitivity is 0.04 ° C / min, when the temperature rise of 0.04 ° C / min or more continues for 5 minutes (0.2 / 0.04) Is recognized as having fever.

従来、正極活物質の熱安定性の評価には、示差走査熱量測定(DSC:differential scanning calorimetry)や熱重量測定−示差熱分析(TG−DTA:thermogravimetry-differential thermal analysis)等の熱分析装置が利用されている。しかし、DSCやTG−DTAによる熱安定性の評価には、以下の問題点がある。まず、DSCやTG−DTA等による測定では、発熱速度や発熱ピークが測定条件(昇温速度やサンプル量)によって変化する。よって、発熱速度を正確に求めるには適さない。次に、内部短絡等では、短絡点近傍が瞬時に200℃以上まで上昇する。よって、200℃未満で起こる発熱も同時に発生する。しかし、DSCやTG−DTA等では温度域の異なる発熱の速度を予測することができない。反面、ARCは断熱測定のため、サンプルの温度上昇速度は、そのままサンプルの発熱速度を表す。このため、ARCは、熱分析手法と異なり、発熱反応の反応速度を測定するのに非常に有効である。そこで、本発明では、内部短絡時における正極合剤の熱安定性の評価においてARCを用いた。   Conventionally, thermal analysis equipment such as differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetry-differential thermal analysis (TG-DTA) has been used to evaluate the thermal stability of positive electrode active materials. It's being used. However, evaluation of thermal stability by DSC or TG-DTA has the following problems. First, in the measurement by DSC, TG-DTA, etc., the heat generation rate and the heat generation peak vary depending on the measurement conditions (temperature increase rate and sample amount). Therefore, it is not suitable for accurately obtaining the heat generation rate. Next, in the case of an internal short circuit or the like, the vicinity of the short circuit point instantaneously rises to 200 ° C. or higher. Therefore, heat generation that occurs at less than 200 ° C. occurs at the same time. However, DSC, TG-DTA, etc. cannot predict the rate of heat generation in different temperature ranges. On the other hand, since ARC is an adiabatic measurement, the temperature rise rate of the sample represents the heat generation rate of the sample as it is. For this reason, unlike the thermal analysis method, ARC is very effective in measuring the reaction rate of the exothermic reaction. Therefore, in the present invention, ARC was used in evaluating the thermal stability of the positive electrode mixture at the time of an internal short circuit.

ARCにより得られたデータは、図1に示すように、アレニウスの定理に基づいてプロットした。すなわち、絶対温度Tの逆数(X座標)と、発熱速度Vの対数(Y座標)との関係をプロットした。こうして得られた化学反応の発熱速度を示すプロットの集合は、直線で近似することができる。よって、近似直線を所定の温度軸に外挿することによって、実際に発熱が観測された温度領域とは異なる温度領域における発熱速度を推定することが可能となる。ここでは、図1に示すように、T<200℃(473K)の発熱領域に存在するプロットに適合した近似直線を求め、その近似直線をT=200℃(473K)の温度軸に外挿して、推定発熱速度を求めた。得られた推定発熱速度の結果を表4に示す。   The data obtained by ARC was plotted based on the Arrhenius theorem as shown in FIG. That is, the relationship between the reciprocal of the absolute temperature T (X coordinate) and the logarithm of the heat generation rate V (Y coordinate) was plotted. The set of plots showing the exothermic rate of the chemical reaction thus obtained can be approximated by a straight line. Therefore, by extrapolating the approximate straight line to a predetermined temperature axis, it is possible to estimate the heat generation rate in a temperature region different from the temperature region in which heat generation is actually observed. Here, as shown in FIG. 1, an approximate straight line suitable for the plot existing in the heat generation region of T <200 ° C. (473 K) is obtained, and the approximate straight line is extrapolated to the temperature axis of T = 200 ° C. (473 K). The estimated heat generation rate was obtained. The results of the estimated heat generation rate obtained are shown in Table 4.

Figure 2007072595
Figure 2007072595

次に、電池1A〜3Aの釘刺し試験を、実験1と同じ条件で行ったところ、正極材料1(LiMn1/3Ni1/3Co1/32)を用いた電池1Aの場合だけ、釘刺し直後の短絡点近傍の温度が200℃に達しなかった。また、試験後の電池電圧は、試験前に比べて、ほとんど降下しておらず、試験終了まで電池表面(短絡点から離れた位置)の最高温度も80℃に達しなかった。このことから、内部短絡発生後、短絡点の絶縁化が有効に働き、ジュール発熱の発生を最小限に抑制できたと考えられる。 Next, the nail penetration test of the batteries 1A to 3A was performed under the same conditions as in Experiment 1. Only in the case of the battery 1A using the positive electrode material 1 (LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 ). The temperature near the short-circuit point immediately after nail penetration did not reach 200 ° C. In addition, the battery voltage after the test did not drop much compared to before the test, and the maximum temperature on the battery surface (position away from the short circuit point) did not reach 80 ° C. until the end of the test. From this, it is considered that after the occurrence of an internal short circuit, the insulation of the short circuit point worked effectively and the generation of Joule heat could be suppressed to a minimum.

以上の結果より、正極材料の熱安定性が所定値、すなわちARC測定から導かれた200℃における推定発熱速度が10W/kgである場合には、同時多発的に内部短絡が発生する状況においても、安全性を確保できたものと考えることができる。この結果は、耐熱性絶縁層の作用と正極材料の熱安定性との相乗効果によるものであり、このような相乗効果が、従来にない高い安全性を有する電池の実現を可能にしたものと考えられる。このことは、従来は同時多発的に短絡点が生じる状況では電池温度を80℃未満に抑制することが不可能であったが、本発明によれば、それが可能となることを意味する。   From the above results, when the thermal stability of the positive electrode material is a predetermined value, that is, when the estimated heat generation rate at 200 ° C. derived from the ARC measurement is 10 W / kg, even in a situation where internal short-circuits occur simultaneously and frequently. It can be considered that safety was ensured. This result is due to a synergistic effect between the action of the heat-resistant insulating layer and the thermal stability of the positive electrode material, and this synergistic effect has enabled the realization of a battery with high safety that has not been achieved in the past. Conceivable. This means that, in the past, it was impossible to suppress the battery temperature below 80 ° C. in a situation where short-circuit points occur simultaneously and frequently, but according to the present invention, this is possible.

次に、実施例について説明する。
《電池X1〜X18および電池Y1〜Y12》
表2に示した正極材料1〜3およびそれらを混合した以下の正極材料A〜Eを用いた。耐熱性絶縁層の接着面を表5記載のように設定した。さらに耐熱性絶縁層の乾燥後の接着面一つあたりの厚みを表5記載のように設定した。それ以外は、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製した。
Next, examples will be described.
<< Batteries X1 to X18 and Batteries Y1 to Y12 >>
The positive electrode materials 1 to 3 shown in Table 2 and the following positive electrode materials A to E obtained by mixing them were used. The adhesive surface of the heat resistant insulating layer was set as shown in Table 5. Furthermore, the thickness per adhesive surface after drying of the heat-resistant insulating layer was set as shown in Table 5. Other than that was carried out similarly to the experiment 1, and produced the cylindrical 18650 nonaqueous electrolyte secondary battery.

正極材料A:正極材料1が90重量%、正極材料2が10重量%の混合物
正極材料B:正極材料1が80重量%、正極材料2が20重量%の混合物
正極材料C:正極材料1が70重量%、正極材料2が30重量%の混合物
正極材料D:正極材料1が60重量%、正極材料2が40重量%の混合物
正極材料E:正極材料1が50重量%、正極材料2が50重量%の混合物
Cathode material A: Mixture of 90 wt% of cathode material 1 and 10 wt% of cathode material 2 Cathode material B: Mixture of 80 wt% of cathode material 1 and 20 wt% of cathode material 2 Cathode material C: Cathode material 1 Mixture of 70% by weight, 30% by weight of positive electrode material 2 Positive electrode material D: 60% by weight of positive electrode material 1 and 40% by weight of positive electrode material 2 Positive electrode material E: 50% by weight of positive electrode material 1 and positive electrode material 2 50% by weight of mixture

ただし、電池X7〜X12、X16〜X18、電池Y3、Y4、Y8、Y11、Y12においては、セパレータの片面だけに、特許文献2の実施例で開示されているアラミド樹脂と無機酸化物フィラーからなる厚み0.5〜5μmの膜を耐熱性絶縁層として形成した。具体的には、以下の要領で耐熱性絶縁層を形成した。   However, in the batteries X7 to X12, X16 to X18, and the batteries Y3, Y4, Y8, Y11, and Y12, only one side of the separator is made of an aramid resin and an inorganic oxide filler disclosed in the example of Patent Document 2. A film having a thickness of 0.5 to 5 μm was formed as a heat-resistant insulating layer. Specifically, a heat-resistant insulating layer was formed as follows.

攪拌翼、温度計、窒素流入管および粉体添加口を有するセパラブルフラスコを十分に乾燥した。乾燥したセパラブルフラスコ内に、NMP4200gと、200℃で2時間乾燥させた塩化カルシウム270gを添加し、100℃に昇温した。塩化カルシウムが完全に溶解した後に、フラスコ内を20±2℃に戻し、パラフェニレンジアミン(PPD)130gを添加し、完全に溶解させた。この溶液を20±2℃に保ったまま、テレフタル酸クロライド(TPC)を5分毎に24gずつ、10回(計240g)分割投入した。その後、この溶液を1時間熟成させ、減圧下で30分間攪拌し、脱気し、ポリパラフェニレンテレフタルアミド(PPTA:熱分解開始温度400℃以上、非晶質)の重合液を得た。   The separable flask having a stirring blade, a thermometer, a nitrogen inflow pipe and a powder addition port was sufficiently dried. In a dry separable flask, 4200 g of NMP and 270 g of calcium chloride dried at 200 ° C. for 2 hours were added, and the temperature was raised to 100 ° C. After the calcium chloride was completely dissolved, the inside of the flask was returned to 20 ± 2 ° C., and 130 g of paraphenylenediamine (PPD) was added and completely dissolved. While maintaining this solution at 20 ± 2 ° C., 24 g of terephthalic acid chloride (TPC) was dividedly added 10 times (total 240 g) every 5 minutes. Thereafter, the solution was aged for 1 hour, stirred for 30 minutes under reduced pressure, and degassed to obtain a polymerization solution of polyparaphenylene terephthalamide (PPTA: thermal decomposition start temperature of 400 ° C. or higher, amorphous).

この重合液に、5.8重量%の塩化カルシウムを溶かしたNMP溶液を徐々に添加し、最終的にPPTAが2.8重量%となるようにした。ここに平均粒径0.5μmのアルミナ粒子を添加し、PPTA溶液:アルミナが重量比で97:3のペーストを得た。このペーストをバーコータでセパレータの片面に塗布し、80℃の熱風で乾燥させた。その後、イオン交換水を用いてセパレータを洗浄し、塩化カルシウム除去し、PPTAからなる耐熱性絶縁層を有するセパレータを得た。極板群においては、耐熱性絶縁層が正極側になるようにセパレータを配置した。   To this polymerization solution, an NMP solution in which 5.8% by weight of calcium chloride was dissolved was gradually added so that the PPTA finally became 2.8% by weight. Alumina particles having an average particle size of 0.5 μm were added thereto to obtain a paste having a PPTA solution: alumina weight ratio of 97: 3. This paste was applied to one side of the separator with a bar coater and dried with hot air at 80 ° C. Thereafter, the separator was washed with ion-exchanged water, calcium chloride was removed, and a separator having a heat-resistant insulating layer made of PPTA was obtained. In the electrode plate group, the separator was disposed so that the heat-resistant insulating layer was on the positive electrode side.

電池Y5、6においては、正極、負極およびセパレータのいずれにも耐熱性絶縁層を形成しなかった。
実験2と同様の条件で、正極合剤の200℃における推定発熱速度を求めた。結果を表5に示す。
実験1と同様の条件で、電池の釘刺し試験を行い、短絡点から離れた電池表面の最高到達温度を調べた。電池X1〜X18および電池Y1〜Y12の電池は、それぞれ10個ずつ作製し、釘刺し試験は10個の電池で行った。各電池について、10個の電池のうち、80℃に達しなかった電池の最高到達温度の平均値と、80℃に達した電池の個数を求めた。10個すべてが80℃以上の最高到達温度を示したものについては、表5に「80℃以上」と示した。結果を表5に示す。
In batteries Y5 and 6, no heat-resistant insulating layer was formed on any of the positive electrode, the negative electrode, and the separator.
Under the same conditions as in Experiment 2, the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture was determined. The results are shown in Table 5.
A battery nail penetration test was performed under the same conditions as in Experiment 1, and the maximum temperature reached on the battery surface away from the short-circuit point was examined. Ten batteries, each of batteries X1 to X18 and batteries Y1 to Y12, were prepared, and the nail penetration test was performed with 10 batteries. For each battery, among the 10 batteries, the average value of the highest reached temperatures of the batteries that did not reach 80 ° C. and the number of batteries that reached 80 ° C. were determined. Table 10 shows “80 ° C. or higher” for all the ten samples that showed a maximum temperature of 80 ° C. or higher. The results are shown in Table 5.

Figure 2007072595
Figure 2007072595

正極材料1:LiMn1/3Ni1/3Co1/32
正極材料2:LiAl0.05Ni0.8Co0.152
正極材料3:LiCoO2
正極材料A:正極材料1/正極材料2=90/10(wt%)
正極材料B:正極材料1/正極材料2=80/20(wt%)
正極材料C:正極材料1/正極材料2=70/30(wt%)
正極材料D:正極材料1/正極材料2=60/40(wt%)
正極材料E:正極材料1/正極材料2=50/50(wt%)
Cathode material 1: LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2
Cathode material 2: LiAl 0.05 Ni 0.8 Co 0.15 O 2
Cathode material 3: LiCoO 2
Cathode material A: Cathode material 1 / Cathode material 2 = 90/10 (wt%)
Cathode material B: Cathode material 1 / Cathode material 2 = 80/20 (wt%)
Cathode material C: Cathode material 1 / Cathode material 2 = 70/30 (wt%)
Cathode material D: Cathode material 1 / Cathode material 2 = 60/40 (wt%)
Cathode material E: Cathode material 1 / Cathode material 2 = 50/50 (wt%)

以下、評価結果について説明する。
電池Y5、Y6より、コバルト酸リチウムに比べて比較的熱安定性の高い正極活物質を用いたとしても、同時多発的な内部短絡が発生すると、耐熱性絶縁層が存在しない場合には、電池表面の最高到達温度を常に80℃未満に抑えられないことが理解できる。
Hereinafter, the evaluation results will be described.
Even if a positive electrode active material having a relatively high thermal stability compared to lithium cobaltate is used from the batteries Y5 and Y6, if a simultaneous internal short circuit occurs, the battery is not present. It can be seen that the maximum surface temperature cannot always be kept below 80 ° C.

電池Y7〜Y12に示されるように、耐熱性絶縁層を有する電池であっても、上記方法で求めた200℃における推定発熱速度が50W/kgを超える正極活物質を用いた場合には、発熱反応の連鎖を抑制することができず、電池表面の最高到達温度を常に80℃未満に抑えられないことが理解できる。   As shown in batteries Y7 to Y12, even when the battery has a heat-resistant insulating layer, heat is generated when a positive electrode active material having an estimated heat generation rate at 200 ° C. exceeding 50 W / kg determined by the above method is used. It can be understood that the chain of reactions cannot be suppressed, and the maximum temperature reached on the battery surface cannot always be kept below 80 ° C.

電池X13〜18および電池Y9〜12の対比から、耐熱性絶縁層の作用を最大限に有効活用できる安全領域は、正極活物質の200℃における推定発熱速度が50W/kg以下の領域であることがわかる。この領域を外れると、電池の最高到達温度の上昇が顕著となることが理解できる。正極活物質の200℃における推定発熱速度が50W/kg以下の領域では、発熱反応の連鎖が効果的に抑制され、短絡点で発生した発熱が効率良く拡散するものと考えられる。   From the comparison of the batteries X13 to 18 and the batteries Y9 to 12, the safe area where the action of the heat-resistant insulating layer can be effectively utilized is the area where the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode active material is 50 W / kg or less. I understand. It can be understood that if the temperature is outside this region, the increase in the maximum temperature of the battery becomes significant. In the region where the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode active material is 50 W / kg or less, it is considered that the chain of exothermic reactions is effectively suppressed, and the heat generated at the short-circuit point is efficiently diffused.

電池X1〜6より、耐熱性絶縁層の厚みは、一定以上の厚みがあれば、同時多発的に短絡が生じる場合の電池の最高到達温度を抑制する効果に、それほど大きく影響しないことがわかる。耐熱性絶縁層の厚みが大きい方が、最高到達温度は低くなっているが、あまり厚くなると電池のエネルギー密度を高く維持することが困難になるとともに、捲回の際に破損しやすくなる。耐熱性絶縁層は、脆いので、過剰に厚いと、捲回の際に、部分的に電極表面やセパレータ表面から脱落する。このことは、比較例2において、80℃以上に達した電池の数が特異的に多くなったことから確認できる。よって、熱安定性の高い正極活物質を用いた場合でも、釘刺し試験において、高度な安全性を維持できなくなる。耐熱性絶縁層の厚みは、例えば1〜15μm程度の範囲、もしくは、3〜10μmであればよい。耐熱性絶縁層をセパレータの表面に形成した電池X7〜12においても、同様の結果が得られている。アラミド樹脂を含む耐熱性絶縁層の厚みは、例えば1.7〜6.7μmであればよい。   From the batteries X1 to 6, it can be seen that if the thickness of the heat-resistant insulating layer has a certain thickness or more, the effect of suppressing the maximum temperature of the battery when multiple shorts occur simultaneously does not greatly affect. When the thickness of the heat-resistant insulating layer is larger, the maximum temperature reached is lower. However, if the thickness is too large, it becomes difficult to maintain the energy density of the battery at a high level, and the battery tends to be damaged during winding. Since the heat-resistant insulating layer is brittle, if it is excessively thick, it partially falls off from the electrode surface or separator surface during winding. This can be confirmed from the fact that in Comparative Example 2, the number of batteries that reached 80 ° C. or higher specifically increased. Therefore, even when a positive electrode active material with high thermal stability is used, a high level of safety cannot be maintained in the nail penetration test. The thickness of the heat resistant insulating layer may be, for example, in the range of about 1 to 15 μm, or 3 to 10 μm. Similar results are obtained in the batteries X7 to 12 in which the heat-resistant insulating layer is formed on the surface of the separator. The thickness of the heat resistant insulating layer containing the aramid resin may be, for example, 1.7 to 6.7 μm.

耐熱性絶縁層が1μm未満の厚みになると、耐熱性絶縁層それ自身の機械的強度が低下する。よって、短絡に伴う衝撃により、耐熱性絶縁層が破壊されやすくなる。このことは、電池Y1において、80℃以上に達した電池の数が特異的に多くなったことから確認できる。よって、耐熱性絶縁層が1μm未満の厚みになると、絶縁化機能は、ある程度低下すると考えられる。   When the heat-resistant insulating layer has a thickness of less than 1 μm, the mechanical strength of the heat-resistant insulating layer itself decreases. Therefore, the heat-resistant insulating layer is easily destroyed due to an impact accompanying a short circuit. This can be confirmed from the fact that the number of batteries that reached 80 ° C. or higher in the battery Y1 specifically increased. Therefore, it is considered that the insulating function is reduced to some extent when the heat-resistant insulating layer has a thickness of less than 1 μm.

《電池X19A〜X30Aおよび電池Y13A》
表6−1に示した正極材料4〜13、および、正極材料1と3とを混合した以下の正極材料F〜Hを用いた。耐熱性絶縁層の接着面を表6−1記載のように設定した。耐熱性絶縁層の乾燥後の接着面一つあたりの厚みを表6−1記載のように設定した。それ以外は、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製した。
<< Batteries X19A to X30A and Battery Y13A >>
The following positive electrode materials F to H obtained by mixing the positive electrode materials 4 to 13 shown in Table 6-1 and the positive electrode materials 1 and 3 were used. The adhesive surface of the heat resistant insulating layer was set as shown in Table 6-1. The thickness per adhesive surface after drying of the heat resistant insulating layer was set as shown in Table 6-1. Other than that was carried out similarly to the experiment 1, and produced the cylindrical 18650 nonaqueous electrolyte secondary battery.

《電池X19B〜X30Bおよび電池Y13B》
表6−2に示した正極材料4〜13、および、正極材料1と3とを混合した以下の正極材料F〜Hを用いた。耐熱性絶縁層の接着面を表6−2記載のように設定した。耐熱性絶縁層の乾燥後の厚みを表6−2記載のように設定した。ただし、電池X9と同様に、セパレータの片面だけに、特許文献2の実施例で開示されているアラミド樹脂と無機酸化物フィラーからなる厚み5μmの膜を耐熱性絶縁層として形成した。それ以外は、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製した。
正極材料4〜13には、表7記載の組成(LiMbNidCoe2)の複合リチウム酸化物を用いた。
<< Batteries X19B to X30B and Battery Y13B >>
The following positive electrode materials F to H obtained by mixing the positive electrode materials 4 to 13 shown in Table 6-2 and the positive electrode materials 1 and 3 were used. The adhesive surface of the heat resistant insulating layer was set as shown in Table 6-2. The thickness after drying of the heat-resistant insulating layer was set as shown in Table 6-2. However, similarly to the battery X9, a film having a thickness of 5 μm made of an aramid resin and an inorganic oxide filler disclosed in Examples of Patent Document 2 was formed only on one side of the separator as a heat-resistant insulating layer. Other than that was carried out similarly to the experiment 1, and produced the cylindrical 18650 nonaqueous electrolyte secondary battery.
The cathode material 4 to 13, using a composite lithium oxide having the composition described in Table 7 (LiM b Ni d Co e O 2).

正極材料F:正極材料1が90重量%、正極材料3が10重量%の混合物
正極材料G:正極材料1が80重量%、正極材料3が20重量%の混合物
正極材料H:正極材料1が70重量%、正極材料3が30重量%の混合物
Positive electrode material F: mixture of 90% by weight of positive electrode material 1 and 10% by weight of positive electrode material 3 Positive electrode material G: mixture of 80% by weight of positive electrode material 1 and 20% by weight of positive electrode material 3 Positive electrode material H: positive electrode material 1 Mixture of 70 wt% and positive electrode material 3 30 wt%

Figure 2007072595
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実験2と同様の条件で、正極合剤の200℃における推定発熱速度を求めた。結果を表6−1および表6−2に示す。
実験1と同様の条件で、電池の釘刺し試験を行い、電池表面の最高到達温度を調べた。電池X19A〜X30A、X19B〜X30Bおよび電池Y13A、Y13Bの電池は、それぞれ10個ずつ作製し、釘刺し試験は10個の電池で行った。各電池について、10個の電池表面の最高到達温度の平均値を求めた。その結果を表6−1および表6−2に示す。10個全ての電池の最高到達温度は、80℃未満であった。
Under the same conditions as in Experiment 2, the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture was determined. The results are shown in Table 6-1 and Table 6-2.
A battery nail penetration test was performed under the same conditions as in Experiment 1, and the maximum temperature reached on the battery surface was examined. Ten batteries X19A to X30A, X19B to X30B, and batteries Y13A and Y13B were produced, respectively, and the nail penetration test was performed with 10 batteries. For each battery, the average value of the maximum temperature reached on the surface of 10 batteries was determined. The results are shown in Table 6-1 and Table 6-2. The maximum temperature reached for all 10 cells was less than 80 ° C.

以下、評価結果について説明する。
電池X21Aと電池X22A〜X30Aとの対比、および、電池X21Bと電池X22B〜X30Bとの対比から、Al、Sn、In、Fe、Cu、Mg、Ti、ZnおよびMoには、推定発熱速度を低下させる効果があることが理解できる。なお、表7記載の複合リチウム酸化物のように、元素MとしてMnと他の元素M1とを併用する場合、Mnと元素M1とのモル比は、99:1〜50:50、さらには97:3〜90:10とすることが好ましい。
Hereinafter, the evaluation results will be described.
From the comparison between the battery X21A and the batteries X22A to X30A and the comparison between the battery X21B and the batteries X22B to X30B, the estimated heat generation rate is reduced for Al, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, and Mo. It can be understood that there is an effect. Incidentally, as in the lithium complex oxide described in Table 7, when used in combination Mn and other elements M 1 as the element M, the molar ratio of Mn and the element M 1 is 99: 1 to 50: 50, more Is preferably 97: 3 to 90:10.

活物質にコバルト酸リチウム(正極材料3)を添加することにより、正極の高密度化が可能となるので、電池高容量化の観点からは好ましい。しかし、その割合が30%の正極材料Hでは、釘刺し安全性が低下している。よって、コバルト酸リチウムを併用する場合、その量は、活物質全体の20重量%以下とするのが好ましい。   By adding lithium cobaltate (positive electrode material 3) to the active material, it becomes possible to increase the density of the positive electrode, which is preferable from the viewpoint of increasing the battery capacity. However, in the positive electrode material H whose ratio is 30%, nail penetration safety is lowered. Therefore, when lithium cobaltate is used in combination, the amount is preferably 20% by weight or less of the entire active material.

《電池X31A〜X41A》
表8−1に示した正極材料14〜24(組成LiCo0.980.022の複合リチウム酸化物)を用いた。電池X9と同様に、アラミド樹脂と無機酸化物フィラーからなる耐熱性絶縁層を、セパレータ表面に、乾燥後の厚みが5μmになるように形成した。それ以外は、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製した。実験2と同様の条件で、正極合剤の200℃における推定発熱速度を求めた。各電池について、釘刺し試験を行い10個の電池表面の最高到達温度の平均値を求めた。結果を表8−1に示す。10個全ての電池の最高到達温度は、80℃未満であった。
<< Batteries X31A to X41A >>
Positive electrode materials 14 to 24 (composite lithium oxide of composition LiCo 0.98 M 0.02 O 2 ) shown in Table 8-1 were used. Similarly to the battery X9, a heat-resistant insulating layer made of an aramid resin and an inorganic oxide filler was formed on the separator surface so that the thickness after drying was 5 μm. Other than that was carried out similarly to the experiment 1, and produced the cylindrical 18650 nonaqueous electrolyte secondary battery. Under the same conditions as in Experiment 2, the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture was determined. About each battery, the nail penetration test was done and the average value of the highest attained temperature of 10 battery surfaces was calculated | required. The results are shown in Table 8-1. The maximum temperature reached for all 10 cells was less than 80 ° C.

《電池X31B〜X41B》
表8−2に示した正極材料14〜24(組成LiCo0.980.022の複合リチウム酸化物)を用いた。電池X4と同様に、無機酸化物フィラーとBM−720Hを含む耐熱性絶縁層を、負極の両面に、乾燥後の厚みが5μmになるように形成した。それ以外は、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製した。実験2と同様の条件で、正極合剤の200℃における推定発熱速度を求めた。各電池について、釘刺し試験を行い10個の電池表面の最高到達温度の平均値を求めた。結果を表8−2に示す。10個全ての電池の最高到達温度は、80℃未満であった。
<< Batteries X31B to X41B >>
The positive electrode materials 14 to 24 shown in Table 8-2 (composite lithium oxide of composition LiCo 0.98 M 0.02 O 2 ) were used. Similarly to the battery X4, a heat-resistant insulating layer containing an inorganic oxide filler and BM-720H was formed on both sides of the negative electrode so that the thickness after drying was 5 μm. Other than that was carried out similarly to the experiment 1, and produced the cylindrical 18650 nonaqueous electrolyte secondary battery. Under the same conditions as in Experiment 2, the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture was determined. About each battery, the nail penetration test was done and the average value of the highest attained temperature of 10 battery surfaces was calculated | required. The results are shown in Table 8-2. The maximum temperature reached for all 10 cells was less than 80 ° C.

Figure 2007072595
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Mn、Al、Sn、In、Fe、Cu、Mg、Ti、Zn、ZrおよびMoには、推定発熱速度を低下させる効果が認められた。正極材料3をベースとした組成においても、元素Mを添加することにより、200℃における推定発熱速度を50W/kg以下に抑制することができた。また、元素Mと耐熱性絶縁層との相乗効果により、釘刺し安全性が飛躍的に向上した。   Mn, Al, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, Zr and Mo were found to have an effect of reducing the estimated heat generation rate. Also in the composition based on the positive electrode material 3, by adding the element M, the estimated heat generation rate at 200 ° C. could be suppressed to 50 W / kg or less. In addition, the safety of nail penetration has been dramatically improved by the synergistic effect of the element M and the heat-resistant insulating layer.

《電池X42A〜X52A》
表9−1に示した正極材料25〜35を用いた。電池X9と同様に、アラミド樹脂と無機酸化物フィラーからなる耐熱性絶縁層を、セパレータ表面に、乾燥後の厚みが5μmになるように形成した。それ以外は、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製した。実験2と同様の条件で、正極合剤の200℃における推定発熱速度を求めた。各電池について、釘刺し試験を行い、10個の電池表面の最高到達温度の平均値を求めた。結果を表9−1に示す。10個全ての電池の最高到達温度は、80℃未満であった。
<< Batteries X42A to X52A >>
The positive electrode materials 25 to 35 shown in Table 9-1 were used. Similarly to the battery X9, a heat-resistant insulating layer made of an aramid resin and an inorganic oxide filler was formed on the separator surface so that the thickness after drying was 5 μm. Other than that was carried out similarly to the experiment 1, and produced the cylindrical 18650 nonaqueous electrolyte secondary battery. Under the same conditions as in Experiment 2, the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture was determined. Each battery was subjected to a nail penetration test, and the average value of the maximum temperature reached on the surface of 10 batteries was determined. The results are shown in Table 9-1. The maximum temperature reached for all 10 cells was less than 80 ° C.

《電池X42B〜X52B》
表9−2に示した正極材料25〜35を用いた。電池X4と同様に、無機酸化物フィラーとBM−720Hを含む耐熱性絶縁層を、負極の両面に、乾燥後の厚みが5μmになるように形成した。それ以外は、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製した。実験2と同様の条件で、正極合剤の200℃における推定発熱速度を求めた。各電池について、釘刺し試験を行い、10個の電池表面の最高到達温度の平均値を求めた。結果を表9−2に示す。10個全ての電池の最高到達温度は、80℃未満であった。
<< Batteries X42B to X52B >>
The positive electrode materials 25 to 35 shown in Table 9-2 were used. Similarly to the battery X4, a heat-resistant insulating layer containing an inorganic oxide filler and BM-720H was formed on both sides of the negative electrode so that the thickness after drying was 5 μm. Other than that was carried out similarly to the experiment 1, and produced the cylindrical 18650 nonaqueous electrolyte secondary battery. Under the same conditions as in Experiment 2, the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture was determined. Each battery was subjected to a nail penetration test, and the average value of the maximum temperature reached on the surface of 10 batteries was determined. The results are shown in Table 9-2. The maximum temperature reached for all 10 cells was less than 80 ° C.

正極材料25〜34は、正極材料2(LiAl0.05Ni0.8Co0.152)と、表9に示す元素Mの酸化物とを混合し、1000℃で、空気雰囲気中で焼成して調製した。元素Mの酸化物の量は、1molの正極材料2に対し、0.01molとした。その結果、添加した酸化物から正極材料2に元素Mが拡散し、内部よりも表層部に元素Mが多く分布する複合リチウム酸化物からなる正極材料25〜34が得られた。 The positive electrode materials 25 to 34 were prepared by mixing the positive electrode material 2 (LiAl 0.05 Ni 0.8 Co 0.15 O 2 ) and the oxide of the element M shown in Table 9 and firing at 1000 ° C. in an air atmosphere. The amount of the element M oxide was 0.01 mol with respect to 1 mol of the positive electrode material 2. As a result, positive electrode materials 25 to 34 made of composite lithium oxide in which the element M diffuses from the added oxide into the positive electrode material 2 and the element M is distributed more in the surface layer than in the interior were obtained.

正極材料35は、正極材料2を、シランカップリング剤であるビニルトリメトキシシランで処理して調製した。ここでは、シランカップリング剤と水との混合液(シランカップリング剤の濃度0.1重量%)に、正極材料を含浸させた後、乾燥させた。   The positive electrode material 35 was prepared by treating the positive electrode material 2 with vinyltrimethoxysilane, which is a silane coupling agent. Here, the positive electrode material was impregnated in a mixed solution of silane coupling agent and water (the concentration of the silane coupling agent was 0.1% by weight) and then dried.

Figure 2007072595
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表9−1および表9−2の結果でも、表8−1および表8−2と同様に、元素Mには、推定発熱速度を低下させる効果が認められた。元素Mが活物質の表層部に高濃度に分布しているため、推定発熱速度を抑制する効果は顕著であった。また、元素Mと耐熱性絶縁層との相乗効果により、釘刺し安全性が飛躍的に向上した。また、シランカップリング剤による処理でも、元素Mの添加と同様の効果が得られた。   Also in the results of Tables 9-1 and 9-2, as in Tables 8-1 and 8-2, the element M was found to have an effect of reducing the estimated heat generation rate. Since the element M is distributed at a high concentration in the surface layer portion of the active material, the effect of suppressing the estimated heat generation rate is remarkable. In addition, the safety of nail penetration has been dramatically improved by the synergistic effect of the element M and the heat-resistant insulating layer. Moreover, the same effect as the addition of the element M was obtained by the treatment with the silane coupling agent.

《電池X53A〜X55A》
正極材料1と正極材料24とを混合した以下の正極材料36〜38を用いた。電池X9と同様に、アラミド樹脂と無機酸化物フィラーからなる耐熱性絶縁層を、セパレータ表面に、乾燥後の厚みが5μmになるように形成した。それ以外は、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製した。実験2と同様の条件で、正極合剤の200℃における推定発熱速度を求めた。各実施例について、釘刺し試験を行い、10個の電池表面の最高到達温度の平均値を求めた。結果を表10−1に示す。10個全ての電池の最高到達温度は、80℃未満であった。
<Batteries X53A to X55A>
The following positive electrode materials 36 to 38 obtained by mixing the positive electrode material 1 and the positive electrode material 24 were used. Similarly to the battery X9, a heat-resistant insulating layer made of an aramid resin and an inorganic oxide filler was formed on the separator surface so that the thickness after drying was 5 μm. Other than that was carried out similarly to the experiment 1, and produced the cylindrical 18650 nonaqueous electrolyte secondary battery. Under the same conditions as in Experiment 2, the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture was determined. About each Example, the nail penetration test was done and the average value of the highest attained temperature of 10 battery surfaces was calculated | required. The results are shown in Table 10-1. The maximum temperature reached for all 10 cells was less than 80 ° C.

《電池X53B〜X55B》
正極材料1と正極材料24とを混合した以下の正極材料36〜38を用いた。電池X4と同様に、無機酸化物フィラーとBM−720Hを含む耐熱性絶縁層を、負極の両面に、乾燥後の厚みが5μmになるように形成した。それ以外は、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製した。実験2と同様の条件で、正極合剤の200℃における推定発熱速度を求めた。各電池について、釘刺し試験を行い、10個の電池表面の最高到達温度の平均値を求めた。結果を表10−2に示す。10個全ての電池の最高到達温度は、80℃未満であった。
<Batteries X53B to X55B>
The following positive electrode materials 36 to 38 obtained by mixing the positive electrode material 1 and the positive electrode material 24 were used. Similarly to the battery X4, a heat-resistant insulating layer containing an inorganic oxide filler and BM-720H was formed on both sides of the negative electrode so that the thickness after drying was 5 μm. Other than that was carried out similarly to the experiment 1, and produced the cylindrical 18650 nonaqueous electrolyte secondary battery. Under the same conditions as in Experiment 2, the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture was determined. Each battery was subjected to a nail penetration test, and the average value of the maximum temperature reached on the surface of 10 batteries was determined. The results are shown in Table 10-2. The maximum temperature reached for all 10 cells was less than 80 ° C.

正極材料36:正極材料1が10重量%、正極材料24が90重量%の混合物
正極材料37:正極材料1が50重量%、正極材料24が50重量%の混合物
正極材料38:正極材料1が90重量%、正極材料24が10重量%の混合物
Positive electrode material 36: Mixture of 10% by weight of positive electrode material 1 and 90% by weight of positive electrode material 24 Positive electrode material 37: Mixture of 50% by weight of positive electrode material 1 and 50% by weight of positive electrode material 24 Positive electrode material 38: Positive electrode material 1 90% by weight, mixture of positive electrode material 24 by 10% by weight

Figure 2007072595
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表10−1および表10−2より、推定発熱速度が50W/kg以下に抑制された正極材料同士を混合した場合でも、釘刺し安全性が顕著に向上することがわかった。   From Table 10-1 and Table 10-2, it was found that even when positive electrode materials whose estimated heat generation rate was suppressed to 50 W / kg or less were mixed, nail penetration safety was significantly improved.

《電池X56、57および59》
耐熱性絶縁層の接着面を表11記載のように設定した。セパレータに耐熱性絶縁層を形成した場合には、表11記載のように耐熱性絶縁層を正極側または負極側だけに配置した。それ以外は、実験1と同様にして、円筒形18650の非水電解質二次電池を作製した。
<< Batteries X56, 57 and 59 >>
The adhesive surface of the heat resistant insulating layer was set as shown in Table 11. When the heat-resistant insulating layer was formed on the separator, the heat-resistant insulating layer was disposed only on the positive electrode side or the negative electrode side as shown in Table 11. Other than that was carried out similarly to the experiment 1, and produced the cylindrical 18650 nonaqueous electrolyte secondary battery.

《電池X58》
アラミド樹脂の代わりにポリアミドイミド樹脂(熱分解開始温度400℃以上、非晶質、ガラス転移点250℃)を用いたこと以外、電池X9と同様に電池を作製した。
<Battery X58>
A battery was produced in the same manner as the battery X9, except that a polyamide-imide resin (thermal decomposition starting temperature 400 ° C. or higher, amorphous, glass transition point 250 ° C.) was used instead of the aramid resin.

《電池X60》
耐熱性絶縁層を負極側に配置したこと以外、電池X9と同様に電池を作製した。
<Battery X60>
A battery was produced in the same manner as the battery X9, except that the heat-resistant insulating layer was disposed on the negative electrode side.

《電池X61》
耐熱性絶縁層を負極側に配置したこと以外、電池X58と同様に電池を作製した。
<Battery X61>
A battery was produced in the same manner as the battery X58, except that the heat-resistant insulating layer was disposed on the negative electrode side.

《電池X62》
耐熱性絶縁層の原料ペーストを、フッ素樹脂シート上に塗布し、乾燥後、剥離して、正極からも負極からもセパレータからも独立した、厚み5μmの耐熱性絶縁層からなるシートを作製した。耐熱性絶縁層からなるシートを、正極とセパレータとの間に挿入したこと以外、電池Y6と同様に電池を作製した。
<Battery X62>
The raw material paste for the heat-resistant insulating layer was applied onto the fluororesin sheet, dried and then peeled to produce a sheet made of a heat-resistant insulating layer having a thickness of 5 μm that was independent from the positive electrode, the negative electrode, and the separator. A battery was produced in the same manner as the battery Y6 except that a sheet composed of a heat-resistant insulating layer was inserted between the positive electrode and the separator.

《電池X63》
電池X62に準じて、電池X9と同様の組成のポリアミド樹脂を含む耐熱性絶縁層からなるシートを作製し、電池X62と同様に電池を作製した。
<Battery X63>
A sheet made of a heat-resistant insulating layer containing a polyamide resin having the same composition as that of the battery X9 was prepared in accordance with the battery X62, and a battery was prepared in the same manner as the battery X62.

《電池X64》
電池X62に準じて、電池X58と同様の組成のポリアミドイミド(PAI)樹脂を含む耐熱性絶縁層からなるシートを作製し、電池X62と同様に電池を作製した。
<Battery X64>
In accordance with the battery X62, a sheet made of a heat-resistant insulating layer containing a polyamideimide (PAI) resin having the same composition as the battery X58 was produced, and a battery was produced in the same manner as the battery X62.

《電池X65》
耐熱性絶縁層の無機酸化物フィラーとして、メディアン径0.3μmのアルミナの代わりに、メディアン径0.3μmのマグネシア(酸化マグネシウム)を用いたこと以外、電池X4と同様に電池を作製した。
<Battery X65>
A battery was produced in the same manner as the battery X4, except that magnesia (magnesium oxide) having a median diameter of 0.3 μm was used instead of alumina having a median diameter of 0.3 μm as the inorganic oxide filler of the heat-resistant insulating layer.

《電池X66》
耐熱性絶縁層の無機酸化物フィラーとして、メディアン径0.3μmのアルミナの代わりに、メディアン径0.3μmのマグネシア(酸化マグネシウム)を用いたこと以外、電池X56と同様に電池を作製した。
<Battery X66>
A battery was produced in the same manner as the battery X56, except that magnesia (magnesium oxide) having a median diameter of 0.3 μm was used as the inorganic oxide filler of the heat-resistant insulating layer instead of alumina having a median diameter of 0.3 μm.

電池X56〜X66に関し、実験1と同様の条件で、釘刺し試験を行い、10個の電池表面の最高到達温度の平均値を求めた。結果を表11に示す。   With respect to the batteries X56 to X66, a nail penetration test was performed under the same conditions as in Experiment 1, and the average value of the maximum reached temperatures of the 10 battery surfaces was determined. The results are shown in Table 11.

Figure 2007072595
Figure 2007072595

以下評価結果について説明する。
表11が示すように、耐熱性絶縁層がどのような材質であっても、釘刺し試験における安全性は向上した。これにより、耐熱性および絶縁性を有する材質であれば、同様の効果が得られることが確認できた。また、耐熱性絶縁層は、セパレータまたは負極の表面に形成した方が、効果が大きいことがわかった。さらに、アルミナの代わりにマグネシアを用いても、同様の結果が得られることがわかった。
The evaluation results will be described below.
As Table 11 shows, the safety in the nail penetration test was improved regardless of the material of the heat-resistant insulating layer. Accordingly, it was confirmed that the same effect can be obtained if the material has heat resistance and insulation. It was also found that the heat resistant insulating layer was more effective when formed on the surface of the separator or the negative electrode. Furthermore, it has been found that similar results can be obtained by using magnesia instead of alumina.

上記実施例では、円筒形の非水電解質二次電池を作製したが、本発明の電池の形状は円筒形に限定されるものではない。また、負極材料には炭素材料を用い、充電電圧4.25Vにおける結果を示したが、Si合金やSn合金を用いた場合にも、同様に安全性向上の効果が得られる。また、より高電圧領域(4.2〜4.6V)まで充電される電池においても、推定発熱速度が50W/kg以下である正極合剤と、耐熱性絶縁層とを併用することにより、同様に安全性向上の効果が得られる。   In the above example, a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery was manufactured, but the shape of the battery of the present invention is not limited to a cylindrical shape. Moreover, although the carbon material was used for the negative electrode material and the result in the charging voltage of 4.25V was shown, also when using Si alloy and Sn alloy, the effect of a safety improvement is acquired similarly. Further, in a battery charged to a higher voltage range (4.2 to 4.6 V), the same can be obtained by using a positive electrode mixture having an estimated heat generation rate of 50 W / kg or less and a heat-resistant insulating layer in combination. The safety improvement effect can be obtained.

本発明は、特に、高いエネルギー密度と優れた安全性との両立が求められる非水電解質二次電池に適しており、例えば携帯情報端末および携帯電子機器のようなポータブル機器の電源としての利用可能性が高い。ただし、本発明のリチウム二次電池は、例えば家庭用小型電力貯蔵装置、自動二輪車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の電源にも用いることができ、用途は特に限定されない。本発明のリチウム二次電池の形状は、特に限定されないが、例えば円筒型や角型が好適である。本発明のリチウム二次電池は、多機能化ポータブル機器(PDA)、電動工具、パーソナルコンピュータ(PC)、電動玩具、電動ロボット等の電源、大型バックアップ電源、非常用バックアップ電源(USP)、自然エネルギー発電の平準化電源、回生エネルギー利用システム等に特に好適である。   The present invention is particularly suitable for non-aqueous electrolyte secondary batteries that require both high energy density and excellent safety, and can be used as a power source for portable devices such as portable information terminals and portable electronic devices. High nature. However, the lithium secondary battery of the present invention can be used for a power source of, for example, a household small-sized power storage device, a motorcycle, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, and the use is not particularly limited. The shape of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but for example, a cylindrical shape or a rectangular shape is suitable. The lithium secondary battery of the present invention is a multifunctional portable device (PDA), electric tool, personal computer (PC), electric toy, electric robot, etc., large backup power supply, emergency backup power supply (USP), natural energy It is particularly suitable for a power generation leveling power source, a regenerative energy utilization system, and the like.

ARCにより求められた絶対温度Tと各種正極材料の発熱速度Vとの関係を示すアレニウスプロットの一例である。It is an example of the Arrhenius plot which shows the relationship between the absolute temperature T calculated | required by ARC, and the heat release rate V of various positive electrode materials. ARCの測定原理の説明図である。It is explanatory drawing of the measurement principle of ARC.

Claims (9)

(a)複合リチウム酸化物を含む正極合剤およびこれを担持する正極集電体を含む正極、
(b)リチウムを吸蔵および放出可能な材料を含む負極、
(c)前記正極と前記負極との間に介在するポリオレフィン樹脂を含むセパレータ、
(d)非水電解質、および
(e)前記正極と前記負極との間に介在する耐熱性絶縁層を具備する非水電解質二次電池であって、
前記正極と前記負極とが、これらの間に介在する前記セパレータおよび前記耐熱性絶縁層とともに捲回されており、
前記正極合剤の200℃における推定発熱速度は、50W/kg以下である、非水電解質二次電池。
(A) a positive electrode mixture containing a composite lithium oxide and a positive electrode containing a positive electrode current collector carrying the same;
(B) a negative electrode containing a material capable of inserting and extracting lithium;
(C) a separator containing a polyolefin resin interposed between the positive electrode and the negative electrode;
(D) a nonaqueous electrolyte, and (e) a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a heat-resistant insulating layer interposed between the positive electrode and the negative electrode,
The positive electrode and the negative electrode are wound together with the separator and the heat-resistant insulating layer interposed therebetween,
The non-aqueous electrolyte secondary battery in which the estimated heat generation rate at 200 ° C. of the positive electrode mixture is 50 W / kg or less.
前記耐熱性絶縁層の厚みが、1μm以上、15μm以下である、請求項1記載の非水電解質二次電池。  The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the heat-resistant insulating layer has a thickness of 1 μm or more and 15 μm or less. 前記耐熱性絶縁層の厚みが、1μm以上、5μm以下である、請求項1記載の非水電解質二次電池。  The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the heat-resistant insulating layer has a thickness of 1 μm or more and 5 μm or less. 前記推定発熱速度は、
(i)加速速度熱量計もしくは暴走反応測定装置(ARC)により、絶対温度Tと、正極合剤の発熱速度Vとの関係を求め、
(ii)アレニウスの定理に基づいて、X座標である絶対温度Tの逆数と、Y座標である発熱速度Vの対数との関係をプロットし、
(iii)T<200℃(473K)の発熱領域に存在するプロットに適合する近似直線を求め、
(iv)得られた近似直線を、T=200℃(473K)の温度軸に外挿する、
ことにより求められる、請求項1記載の非水電解質二次電池。
The estimated heat generation rate is
(I) Using an acceleration rate calorimeter or a runaway reaction measurement device (ARC), obtain the relationship between the absolute temperature T and the exothermic rate V of the positive electrode mixture,
(Ii) Based on the Arrhenius theorem, plot the relationship between the reciprocal of the absolute temperature T as the X coordinate and the logarithm of the heat generation rate V as the Y coordinate;
(Iii) Obtain an approximate straight line that fits the plot existing in the heat generation region of T <200 ° C. (473 K),
(Iv) extrapolating the obtained approximate straight line to the temperature axis of T = 200 ° C. (473 K),
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, which is obtained by
前記複合リチウム酸化物が、一般式(1):LiMeで表される組成を有し、
元素Mは、Al、Mn、Sn、In、Fe、Cu、Mg、Ti、Zn、ZrおよびMoよりなる群から選択される少なくとも1種であり、
元素Meは、NiおよびCoよりなる群から選択される少なくとも1種であり、
前記一般式(1)は、
0.9<a<1.2、
0.02≦b≦0.5、
0.5≦c≦0.98、および
0.95≦b+c≦1.05
を満たす、請求項1記載の非水電解質二次電池。
The composite lithium oxide has a composition represented by the general formula (1): Li a Mb Me c O 2 ,
The element M is at least one selected from the group consisting of Al, Mn, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, Zr and Mo,
The element Me is at least one selected from the group consisting of Ni and Co,
The general formula (1) is
0.9 <a <1.2,
0.02 ≦ b ≦ 0.5,
0.5 ≦ c ≦ 0.98, and 0.95 ≦ b + c ≦ 1.05
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein
前記複合リチウム酸化物は、一般式(2):LiNiCoで表される組成を有し、
元素Mは、Al、Mn、Sn、In、Fe、Cu、Mg、Ti、Zn、ZrおよびMoよりなる群から選択される少なくとも1種であり、
前記一般式(2)は、
0.9<a<1.2、
0.02≦b≦0.5、
0.1≦d≦0.5、
0.1≦e≦0.5、および
0.95≦b+d+e≦1.05
を満たす、請求項1記載の非水電解質二次電池。
The composite lithium oxide has a composition represented by the general formula (2): Li a Mb Ni d Co e O 2
The element M is at least one selected from the group consisting of Al, Mn, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, Zr and Mo,
The general formula (2) is
0.9 <a <1.2,
0.02 ≦ b ≦ 0.5,
0.1 ≦ d ≦ 0.5,
0.1 ≦ e ≦ 0.5, and 0.95 ≦ b + d + e ≦ 1.05
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein
前記一般式(2)が、0.15≦b≦0.4、0.3≦d≦0.5および0.15≦e≦0.4を満たす、請求項6記載の非水電解質二次電池。  The non-aqueous electrolyte secondary according to claim 6, wherein the general formula (2) satisfies 0.15 ≦ b ≦ 0.4, 0.3 ≦ d ≦ 0.5, and 0.15 ≦ e ≦ 0.4. battery. 前記複合リチウム酸化物は、元素Mを含み、元素Mは、Al、Mn、Sn、In、Fe、Cu、Mg、Ti、Zn、ZrおよびMoよりなる群から選択される少なくとも1種であり、元素Mは、前記複合リチウム酸化物の内部よりも表層部に多く分布する、請求項1記載の非水電解質二次電池。  The composite lithium oxide includes an element M, and the element M is at least one selected from the group consisting of Al, Mn, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, Zr, and Mo, The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the element M is distributed more in a surface layer portion than in the composite lithium oxide. 前記複合リチウム酸化物は、一般式(3):X−Si−Yで表されるSi化合物で処理されており、Xは、前記複合リチウム酸化物と反応する官能基を含み、Yは、C、H、O、FまたはSiを含む官能基を含む、請求項1記載の非水電解質二次電池。The composite lithium oxide is treated with a Si compound represented by the general formula (3): X—Si—Y 3 , X includes a functional group that reacts with the composite lithium oxide, and Y is The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, comprising a functional group containing C, H, O, F, or Si.
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