JPWO2015121997A1 - Lithium ion battery - Google Patents

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Abstract

本発明は、電池性能への影響を及ぼすことなく内部短絡不良を抑制し、信頼性向上を図ることができるリチウムイオン電池を提供することを目的とする。本発明は、正極および負極と、前記正極と前記負極とを絶縁するセパレータと前記正極と前記負極との間での充放電反応が行われる電解液と、前記電解液中に内部短絡不良を抑制する内部短絡防止剤を0.0001重量%〜0.001重量%含有することを特徴とするリチウムイオン電池を提供する。An object of this invention is to provide the lithium ion battery which can suppress internal short circuit failure and can aim at a reliability improvement, without affecting battery performance. The present invention suppresses internal short-circuit defects in the positive electrode and the negative electrode, a separator that insulates the positive electrode and the negative electrode, an electrolytic solution in which a charge / discharge reaction is performed between the positive electrode and the negative electrode, and the electrolytic solution. A lithium ion battery comprising 0.0001 wt% to 0.001 wt% of an internal short circuit preventing agent is provided.

Description

本発明は、リチウムイオン電池に関する。  The present invention relates to a lithium ion battery.

本技術分野の背景技術として、特開2007−59201(特許文献1)、特開2001−273927号公報(特許文献2)がある。特許文献1には、特定の構造を有するアミド化合物を添加した電解液を用いることにより、金属異物の混入が起きても電池性能が低下しない非水電解液二次電池を提供する例が記載されている。  As background art in this technical field, there are JP-A-2007-59201 (Patent Document 1) and JP-A-2001-273927 (Patent Document 2). Patent Document 1 describes an example of providing a non-aqueous electrolyte secondary battery in which battery performance does not deteriorate even when metal foreign matter is mixed by using an electrolytic solution to which an amide compound having a specific structure is added. ing.

また、特許文献2には、正極板、負極板、セパレータ、非水電解液の少なくともいずれかに、有機系、及び/又は、無機系Cu腐食抑制剤、あるいは有機系、及び/又は、無機系Cuトラップ剤であるインヒビターを添加することで、負極集電体として用いられる銅箔の腐食を抑制し、電池反応の阻害を抑制して、自己放電特性及びサイクル特性に優れたリチウム二次電池を提供する例が記載されている。  Patent Document 2 discloses that at least one of a positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution is organic and / or inorganic Cu corrosion inhibitor, or organic and / or inorganic. By adding an inhibitor that is a Cu trapping agent, the corrosion of the copper foil used as the negative electrode current collector is suppressed, the inhibition of the battery reaction is suppressed, and a lithium secondary battery having excellent self-discharge characteristics and cycle characteristics is obtained. Examples to provide are described.

特開2007−59201号公報JP 2007-59201 A 特開2001−273927号公報JP 2001-273927 A

金属異物が混入しても初期充放電を可能にする方法として、特許文献1には特定の構造を有するアミド化合物を0.01重量%〜2重量%の範囲で添加した電解液を用いる方法が記載されている。ところが特許文献1の方法では、特定の構造を有するアミド化合物が正極や負極における酸化還元反応によって副反応を引き起こし、電池性能を劣化させる恐れがある。  As a method for enabling initial charge / discharge even when a metallic foreign object is mixed, Patent Document 1 discloses a method using an electrolytic solution in which an amide compound having a specific structure is added in a range of 0.01 wt% to 2 wt%. Have been described. However, in the method of Patent Document 1, an amide compound having a specific structure may cause a side reaction due to an oxidation-reduction reaction in the positive electrode or the negative electrode, which may deteriorate battery performance.

また、負極集電体として用いられる銅箔の腐食を抑制する方法として、特許文献2には、有機系、及び/又は、無機系Cu腐食抑制剤、あるいは有機系、及び/又は、無機系Cuトラップ剤であるインヒビターを0.01重量%〜10重量%添加する方法が記載されている。ところが、特許文献2の添加方法では無機系腐食抑制剤を用いた場合、非水電解液中への溶解度が小さいため、溶け残った微粉末が非水電解液中で懸濁分散し、正極・セパレータ及び負極・セパレータ界面のセパレータ孔を塞いでしまい、Liイオンの移動を阻害する恐れがある。それにより、内部抵抗が増大する可能性がある。  Moreover, as a method for suppressing the corrosion of the copper foil used as the negative electrode current collector, Patent Document 2 discloses an organic and / or inorganic Cu corrosion inhibitor, or an organic and / or inorganic Cu. A method of adding 0.01 wt% to 10 wt% of an inhibitor which is a trapping agent is described. However, when the inorganic corrosion inhibitor is used in the addition method of Patent Document 2, since the solubility in the non-aqueous electrolyte is small, the undissolved fine powder is suspended and dispersed in the non-aqueous electrolyte. The separator hole at the interface between the separator and the negative electrode / separator may be blocked, and the movement of Li ions may be hindered. Thereby, internal resistance may increase.

そこで、本発明は、電池性能への影響を及ぼすことなく内部短絡不良を抑制し、信頼性向上を図ることができるリチウムイオン電池を提供することを目的とする。  Therefore, an object of the present invention is to provide a lithium ion battery that can suppress internal short circuit failure without affecting battery performance and can improve reliability.

上記課題を解決するため本発明は、正極および負極と、前記正極と前記負極とを絶縁するセパレータと前記正極と前記負極との間での充放電反応が行われる電解液と、前記電解液中に内部短絡不良を抑制する内部短絡防止剤を0.0001重量%〜0.001重量%含有することを特徴とするリチウムイオン電池を提供する。  In order to solve the above problems, the present invention provides a positive electrode and a negative electrode, a separator that insulates the positive electrode and the negative electrode, an electrolytic solution in which a charge / discharge reaction is performed between the positive electrode and the negative electrode, and the electrolytic solution Further, the present invention provides a lithium ion battery characterized in that it contains 0.0001 wt% to 0.001 wt% of an internal short circuit preventing agent that suppresses internal short circuit defects.

本発明によれば、電池性能への影響を及ぼすことなく内部短絡不良を抑制し、信頼性向上を図ることができるリチウムイオン電池を提供することができる。  According to the present invention, it is possible to provide a lithium ion battery capable of suppressing internal short circuit failure and improving reliability without affecting battery performance.

リチウムイオン電池の模式的な構成を示す図である。It is a figure which shows the typical structure of a lithium ion battery. 円筒形のリチウムイオン電池の内部構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal structure of a cylindrical lithium ion battery. 電極捲回体を構成する前段階の構成要素を示す図である。It is a figure which shows the component of the previous step which comprises an electrode winding body. 正極、セパレータ、負極、および、セパレータを軸芯の回りに捲回して電極捲回体を形成する様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a mode that a positive electrode, a separator, a negative electrode, and a separator are wound around an axial center, and an electrode winding body is formed. 内部短絡が発生していない場合と、内部短絡が発生した場合の、定電圧充電時にリチウムイオン電池に流れる電流を示すグラフである。It is a graph which shows the electric current which flows into a lithium ion battery at the time of constant voltage charge when the internal short circuit does not generate | occur | produce and when an internal short circuit generate | occur | produces. 電解液に内部短絡防止剤を添加していない場合と、電解液に内部短絡防止剤である亜硝酸ナトリウムを0.00001重量%〜0.001重量%添加した場合の、リチウムイオン電池に流れる電流値を示すグラフである。Current flowing in the lithium ion battery when no internal short-circuit preventing agent is added to the electrolytic solution and when 0.00001 wt% to 0.001 wt% of sodium nitrite as an internal short-circuit preventing agent is added to the electrolytic solution It is a graph which shows a value. 電解液に内部短絡防止剤を添加していない場合と、電解液に内部短絡防止剤である亜硝酸ナトリウムを0.001重量%添加した場合の電池容量を示すグラフである。It is a graph which shows the battery capacity at the time of not adding the internal short circuit prevention agent to electrolyte solution, and 0.001 weight% of sodium nitrite which is an internal short circuit prevention agent added to electrolyte solution.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。  In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.

また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。  Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。  Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。  Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc., of components, etc., unless otherwise specified, and in principle, it is considered that this is not clearly the case, it is substantially the same. Including those that are approximate or similar to the shape. The same applies to the above numerical values and ranges.

また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。  In all the drawings for explaining the embodiments, the same members are denoted by the same reference symbols in principle, and the repeated explanation thereof is omitted. In order to make the drawings easy to understand, even a plan view may be hatched.

(実施の形態)
<リチウムイオン電池の模式的な構成>
以下に、リチウムイオン電池の模式的な構成について図面を参照しながら説明する。図1は、リチウムイオン電池の模式的な構成を示す図である。図1において、リチウムイオン電池は、例えば、鉄(Fe)やステンレスを主材料とする外装缶CSを有しており、この外装缶CSの内部に電解液ELが充填されている。この電解液ELが充填されている外装缶CSには、正極板PEPと負極板NEPが対向して設けられており、対向して設けられた正極板PEPと負極板NEPの間にセパレータSPが配置されている。
(Embodiment)
<Schematic configuration of lithium-ion battery>
Below, the schematic structure of a lithium ion battery is demonstrated, referring drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a lithium ion battery. In FIG. 1, the lithium ion battery has an outer can CS whose main material is, for example, iron (Fe) or stainless steel, and an electrolyte EL is filled in the outer can CS. In the outer can CS filled with the electrolyte EL, the positive electrode plate PEP and the negative electrode plate NEP are provided to face each other, and the separator SP is provided between the positive electrode plate PEP and the negative electrode plate NEP provided to face each other. Has been placed.

そして、正極板PEPには、正極活物質が塗着されており、負極板NEPには負極活物質が塗着されている。例えば、正極活物質は、リチウムイオンを挿入・脱離可能なリチウム含有遷移金属酸化物から形成されている。正極活物質としては、リチウム含有遷移金属酸化物が挙げられる。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などが代表的な正極活物質として挙げられるが、これらに限定されるものではない。具体的に、正極活物質としては、リチウムを挿入・脱離可能な材料であり、予め充分な量のリチウムを挿入したリチウム含有遷移金属酸化物であればよく、遷移金属として、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、鉄(Fe)などの単体、または、2種類以上の遷移金属を主成分とする材料であってもよい。また、スピネル結晶構造や層状結晶構造などの結晶構造についても、上述したサイトとチャンネルが確保されるものであれば特に限定されない。さらに、結晶中の遷移金属やリチウムの一部をFe、Co、Ni、Cr、Al、Mgなどの元素で置換した材料や、結晶中にFe、Co、Ni、Cr、Al、Mgなどの元素をドープした材料を正極活物質として使用してもよい。図1では、このリチウム含有遷移金属酸化物が正極板PEPに塗着されている様子を模式的に示している。つまり、図1には、正極板PEPに塗着されているリチウム含有遷移金属酸化物として、酸素と金属原子とリチウムが配置されている模式的な結晶構造が示されている。この正極板PEPと正極活物質により正極が構成されている。  A positive electrode active material is applied to the positive electrode plate PEP, and a negative electrode active material is applied to the negative electrode plate NEP. For example, the positive electrode active material is formed of a lithium-containing transition metal oxide capable of inserting / extracting lithium ions. Examples of the positive electrode active material include lithium-containing transition metal oxides. Examples of typical positive electrode active materials include, but are not limited to, lithium cobaltate, lithium nickelate, and lithium manganate. Specifically, the positive electrode active material is a material capable of inserting / extracting lithium, and may be any lithium-containing transition metal oxide in which a sufficient amount of lithium has been previously inserted, and manganese (Mn) as a transition metal , Nickel (Ni), cobalt (Co), iron (Fe) or the like, or a material mainly composed of two or more transition metals. Further, the crystal structure such as the spinel crystal structure and the layered crystal structure is not particularly limited as long as the above-described sites and channels are ensured. Further, a material in which a part of the transition metal or lithium in the crystal is replaced with an element such as Fe, Co, Ni, Cr, Al, Mg, or an element such as Fe, Co, Ni, Cr, Al, Mg in the crystal A material doped with may be used as the positive electrode active material. FIG. 1 schematically shows that the lithium-containing transition metal oxide is applied to the positive electrode plate PEP. That is, FIG. 1 shows a schematic crystal structure in which oxygen, metal atoms, and lithium are arranged as the lithium-containing transition metal oxide applied to the positive electrode plate PEP. This positive electrode plate PEP and the positive electrode active material constitute a positive electrode.

一方、例えば、負極活物質は、リチウムイオンを挿入・脱離可能な炭素材料から形成されている。負極活物質として、結晶質の炭素材料や非晶質の炭素材料を使用することができる。ただし、負極活物質はこれらの物質に限定されるものではなく、例えば、天然黒鉛や、人造の各種黒鉛剤、コークスなどの炭素材料などを使用してもよい。そして、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状など様々な粒子形状のものが適用可能である。  On the other hand, for example, the negative electrode active material is formed of a carbon material capable of inserting and removing lithium ions. As the negative electrode active material, a crystalline carbon material or an amorphous carbon material can be used. However, the negative electrode active material is not limited to these materials. For example, natural graphite, various artificial graphite agents, carbon materials such as coke, and the like may be used. And also in the particle shape, various particle shapes such as a scale shape, a spherical shape, a fiber shape, and a lump shape are applicable.

図1では、この炭素材料が負極板NEPに塗着されている様子を模式的に示している。つまり、図1には、負極板NEPに塗布されている炭素材料として、炭素が配置されている模式的な結晶構造が示されている。この負極板NEPと負極活物質により負極が構成されている。  FIG. 1 schematically shows a state in which this carbon material is applied to the negative electrode plate NEP. That is, FIG. 1 shows a schematic crystal structure in which carbon is arranged as the carbon material applied to the negative electrode plate NEP. The negative electrode is composed of the negative electrode plate NEP and the negative electrode active material.

セパレータSPは、正極と負極との間を絶縁し、電気的な接触を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるスペーサとしての機能を有している。近年では、このセパレータSPとして、高強度で薄い微多孔質膜が使用されている。この微多孔質膜は、電池短絡による異常電流、急激な内圧や温度の上昇および発火を防ぐという機能も合わせもっている。つまり、現在のセパレータSPは、正極と負極の電気的接触を防止し、かつ、リチウムイオンを通過させる機能の他に、短絡と過充電防止のための熱ヒューズとしての機能を有していることになる。この微多孔質膜の持つシャットダウン機能によって、リチウムイオン電池の安全性を保つことができる。例えば、リチウムイオン電池が何らかの原因で外部短絡を引き起こした場合、瞬時ではあるが大電流が流れ、ジュール熱により異常に温度が上昇する危険性がある。このとき、セパレータSPとして微多孔質膜を使用すれば、微多孔質膜は、膜材料の融点近傍で空孔(微多孔)が閉塞するため、正極と負極との間のリチウムイオンの透過を阻止することができる。言い換えれば、セパレータSPとして微多孔質膜を使用することにより、外部短絡時に電流を遮断し、リチウムイオン電池の内部の温度上昇をストップさせることができる。この微多孔質膜から構成されるセパレータSPとしては、例えば、従来技術として、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、あるいは、これらの材料の組み合わせから構成されている。  The separator SP has a function as a spacer that allows lithium ions to pass through while insulating between the positive electrode and the negative electrode to prevent electrical contact. In recent years, a high-strength and thin microporous film has been used as the separator SP. This microporous membrane also has a function of preventing abnormal current due to a short circuit of the battery, rapid increase in internal pressure and temperature, and ignition. In other words, the current separator SP has a function as a thermal fuse for preventing a short circuit and overcharge in addition to a function of preventing electrical contact between the positive electrode and the negative electrode and allowing lithium ions to pass therethrough. become. The safety of the lithium ion battery can be maintained by the shutdown function of the microporous membrane. For example, when a lithium ion battery causes an external short circuit for some reason, there is a risk that a large current flows instantaneously but the temperature rises abnormally due to Joule heat. At this time, if a microporous membrane is used as the separator SP, the microporous membrane closes the pores (microporous) in the vicinity of the melting point of the membrane material, so that lithium ions can permeate between the positive electrode and the negative electrode. Can be blocked. In other words, by using a microporous membrane as the separator SP, it is possible to cut off the current when the external short circuit occurs and stop the temperature rise inside the lithium ion battery. As separator SP comprised from this microporous film | membrane, it is comprised from the combination of these materials, such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), as a prior art, for example.

正極と負極との間で充放電反応が行われる電解液ELは、非水電解液が使用される。リチウムイオン電池は、活物質でのリチウムイオンの挿入・脱離を利用して充放電を行う電池であり、電解液EL中をリチウムイオンが移動する。リチウムは、強い還元剤であり、水と激しく反応して水素ガスを発生する。したがって、リチウムイオンが電解液EL中を移動するリチウムイオン電池では、従来の電池のように水溶液を電解液ELに使用することができない。このことから、リチウムイオン電池では、電解液ELとして非水電解液が使用される。具体的に、非水電解液の電解質としては、LiPF、LiClO、LiAsF、LiBF、LiB(C、CHSOLi、CFSOLiなどやこれらの混合物を使用することができる。また、有機溶媒としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリルなどや、これらの混合液を使用することができる。A nonaqueous electrolytic solution is used as the electrolytic solution EL in which a charge / discharge reaction is performed between the positive electrode and the negative electrode. The lithium ion battery is a battery that performs charging / discharging by using insertion / extraction of lithium ions in an active material, and lithium ions move in the electrolyte EL. Lithium is a strong reducing agent and reacts violently with water to generate hydrogen gas. Therefore, in a lithium ion battery in which lithium ions move in the electrolytic solution EL, an aqueous solution cannot be used as the electrolytic solution EL unlike a conventional battery. For this reason, in the lithium ion battery, a non-aqueous electrolyte is used as the electrolyte EL. Specifically, as the electrolyte of the nonaqueous electrolyte, LiPF 6, LiClO 4, LiAsF 6, LiBF 4, LiB (C 6 H 5) 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li , etc., and mixtures thereof Can be used. Examples of the organic solvent include ethylene carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl- 1,3 dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile, propionitrile, etc., or a mixture thereof can be used.

<充放電のメカニズム>
リチウムイオン電池は上記のように構成されており、以下に充放電のメカニズムについて説明する。まず、充電のメカニズムについて説明する。図1に示すように、リチウムイオン電池を充電する際、正極と負極との間に充電器CUを接続する。この場合、リチウムイオン電池では、正極活物質内に挿入されているリチウムイオンが脱離し、電解液EL中に放出される。このとき、正極活物質からリチウムイオンが脱離することにより、正極から充電器へ電子が流れる。そして、電解液EL中に放出されたリチウムイオンは、電解液EL中を移動し、微多孔質膜からなるセパレータSPを通過して、負極に到達する。この負極に到達したリチウムイオンは、負極を構成する負極活物質内に挿入される。このとき、負極活物質にリチウムイオンが挿入することにより、負極に電子が流れ込む。このようにして、充電器CUを介して正極から負極に電子が移動することにより充電が完了する。
<Mechanism of charge / discharge>
The lithium ion battery is configured as described above, and the charging / discharging mechanism will be described below. First, the charging mechanism will be described. As shown in FIG. 1, when charging a lithium ion battery, a charger CU is connected between the positive electrode and the negative electrode. In this case, in the lithium ion battery, lithium ions inserted in the positive electrode active material are desorbed and released into the electrolyte EL. At this time, the lithium ions are desorbed from the positive electrode active material, whereby electrons flow from the positive electrode to the charger. The lithium ions released into the electrolytic solution EL move through the electrolytic solution EL, pass through the separator SP made of a microporous film, and reach the negative electrode. The lithium ions that have reached the negative electrode are inserted into the negative electrode active material constituting the negative electrode. At this time, when lithium ions are inserted into the negative electrode active material, electrons flow into the negative electrode. In this way, charging is completed as electrons move from the positive electrode to the negative electrode via the charger CU.

続いて、放電のメカニズムについて説明する。図1に示すように、正極と負極の間に外部負荷を接続する。すると、負極活物質内に挿入されていたリチウムイオンが脱離して電解液EL中に放出される。このとき、負極から電子が放出される。そして、電解液EL中に放出されたリチウムイオンは、電解液EL中を移動し、微多孔質膜からなるセパレータSPを通過して、正極に到達する。この正極に到達したリチウムイオンは、正極を構成する正極活物質内に挿入される。このとき、正極活物質にリチウムイオンが挿入することにより、正極に電子が流れ込む。このようにして、負極から正極に電子が移動することにより放電が行われる。言い換えれば、正極から負極に電流が流れて負荷を駆動することができる。以上のようにして、リチウムイオン電池においては、リチウムイオンを正極活物質と負極活物質との間で挿入・脱離することにより、充放電することができる。  Next, the discharge mechanism will be described. As shown in FIG. 1, an external load is connected between the positive electrode and the negative electrode. Then, lithium ions inserted in the negative electrode active material are desorbed and released into the electrolyte EL. At this time, electrons are emitted from the negative electrode. The lithium ions released into the electrolytic solution EL move through the electrolytic solution EL, pass through the separator SP made of a microporous film, and reach the positive electrode. The lithium ions reaching the positive electrode are inserted into the positive electrode active material constituting the positive electrode. At this time, when lithium ions are inserted into the positive electrode active material, electrons flow into the positive electrode. In this way, discharge is performed by the movement of electrons from the negative electrode to the positive electrode. In other words, a current can flow from the positive electrode to the negative electrode to drive the load. As described above, in a lithium ion battery, charging / discharging can be performed by inserting / extracting lithium ions between the positive electrode active material and the negative electrode active material.

<リチウムイオン電池の構成>
次に、実際のリチウムイオン電池LIBの構成例について説明する。図2は、円筒形のリチウムイオン電池LIBの内部構造を示す断面図である。図2に示すように、底部を有する円筒形の外装缶CSの内部には、正極PELとセパレータSP1、SP2と負極NELからなる電極捲回体WRFが形成されている。具体的に、電極捲回体WRFは、正極PELと負極NELの間にセパレータSP1(SP2)を挟むように積層され、外装缶CSの中心部にある軸芯CRの回りに捲回されている。そして、負極NELは外装缶CSの底部に設けられている負極リード板NTと電気的に接続されており、正極PELは外装缶CSの上部に設けられている正極リード板PTと電気的に接続されている。外装缶CSの内部に形成されている電極捲回体の内部には電解液が注入されている。そして、外装缶CSは、電池蓋CAPにより密閉されている。
<Configuration of lithium ion battery>
Next, a configuration example of an actual lithium ion battery LIB will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the internal structure of a cylindrical lithium ion battery LIB. As shown in FIG. 2, an electrode winding body WRF including a positive electrode PEL, separators SP1 and SP2, and a negative electrode NEL is formed inside a cylindrical outer can CS having a bottom. Specifically, the electrode winding body WRF is stacked so as to sandwich the separator SP1 (SP2) between the positive electrode PEL and the negative electrode NEL, and is wound around the axis CR in the center of the outer can CS. . The negative electrode NEL is electrically connected to the negative electrode lead plate NT provided at the bottom of the outer can CS, and the positive electrode PEL is electrically connected to the positive electrode lead plate PT provided at the upper portion of the outer can CS. Has been. An electrolyte is injected into the electrode winding body formed inside the outer can CS. The outer can CS is sealed with a battery lid CAP.

正極PELは、正極活物質PASと結着剤(バインダ)を含有する塗液を正極板(正極集電体)PEPに塗布して乾燥させた後、加圧することにより形成されている。この正極PELの上端部には複数の矩形状の正極集電タブPTABが形成されており、この複数の正極集電タブPTABが正極集電リングPRと接続されている。そして、この正極集電リングPRが正極リード板PTと電気的に接続されている。したがって、正極PELは、正極集電タブPTABおよび正極集電リングPRを介して正極リード板PTと電気的に接続されていることになる。複数の正極集電タブPTABは、正極PELの低抵抗化および電流の取り出しを迅速にするために設けられている。  The positive electrode PEL is formed by applying a coating liquid containing a positive electrode active material PAS and a binder (binder) to a positive electrode plate (positive electrode current collector) PEP, drying it, and then pressurizing it. A plurality of rectangular positive electrode current collecting tabs PTAB are formed at the upper end portion of the positive electrode PEL, and the plurality of positive electrode current collecting tabs PTAB are connected to the positive electrode current collecting ring PR. The positive electrode current collection ring PR is electrically connected to the positive electrode lead plate PT. Therefore, the positive electrode PEL is electrically connected to the positive electrode lead plate PT via the positive electrode current collecting tab PTAB and the positive electrode current collecting ring PR. The plurality of positive electrode current collecting tabs PTAB are provided in order to reduce the resistance of the positive electrode PEL and to quickly extract current.

正極PELを構成する正極活物質PAS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などに代表される上述した材料を使用することができる。また、結着剤は、例えば、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどを使用することができる。さらに、正極板には、例えば、アルミニウムなどの導電性金属からなる金属箔や網状金属などが使用される。  As the positive electrode active material PAS constituting the positive electrode PEL, for example, the above-described materials represented by lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate and the like can be used. As the binder, for example, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, or the like can be used. Furthermore, for the positive electrode plate, for example, a metal foil or a net-like metal made of a conductive metal such as aluminum is used.

負極NELは、負極活物質NASと結着剤(バインダ)を含有する塗液を負極板(負極集電体)NEPに塗布して乾燥させた後、加圧することにより形成されている。この負極NELの下端部には複数の矩形状の負極集電タブNTABが形成されており、この複数の負極集電タブNTABが負極集電リングNRと接続されている。そして、この負極集電リングNRが負極リード板NTと電気的に接続されている。したがって、負極NELは、負極集電タブNTABおよび負極集電リングNRを介して負極リード板NTと電気的に接続されていることになる。  The negative electrode NEL is formed by applying a coating liquid containing the negative electrode active material NAS and a binder (binder) to the negative electrode plate (negative electrode current collector) NEP and drying it, followed by pressurization. A plurality of rectangular negative electrode current collecting tabs NTAB are formed at the lower end of the negative electrode NEL, and the plurality of negative electrode current collecting tabs NTAB are connected to the negative electrode current collecting ring NR. And this negative electrode current collection ring NR is electrically connected with the negative electrode lead board NT. Therefore, the negative electrode NEL is electrically connected to the negative electrode lead plate NT via the negative electrode current collecting tab NTAB and the negative electrode current collecting ring NR.

負極NELを構成する負極活物質NASは、例えば、炭素材料などに代表される上述した材料を使用することができる。また、結着剤は、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどを使用することができる。さらに、負極板には、例えば、銅などの導電性金属からなる金属箔や網状金属などが使用される。  As the negative electrode active material NAS constituting the negative electrode NEL, for example, the above-described materials typified by a carbon material can be used. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, or the like can be used. Furthermore, for the negative electrode plate, for example, a metal foil made of a conductive metal such as copper or a mesh metal is used.

<電極捲回体の構成>
次に、電極捲回体の詳細な構成について説明する。図3は、電極捲回体を構成する前段階の構成要素を示す図である。図3において、電極捲回体を構成する構成要素は、正極PEL、セパレータSP1、負極NEL、および、セパレータSP2である。このとき、正極PELは、正極板PEPの両面に正極活物質PASが塗布された構造をしており、負極NELは、負極板NEPの両面に負極活物質NASが塗布された構造をしている。そして、正極PELの上辺側には矩形状の正極集電タブPTABが複数形成されている。同様に、負極NELの下辺側には矩形状の負極集電タブNTABが複数形成されている。
<Configuration of electrode winding body>
Next, a detailed configuration of the electrode winding body will be described. FIG. 3 is a diagram showing components in a previous stage constituting the electrode winding body. In FIG. 3, the components constituting the electrode winding body are a positive electrode PEL, a separator SP1, a negative electrode NEL, and a separator SP2. At this time, the positive electrode PEL has a structure in which the positive electrode active material PAS is applied to both surfaces of the positive electrode plate PEP, and the negative electrode NEL has a structure in which the negative electrode active material NAS is applied to both surfaces of the negative electrode plate NEP. . A plurality of rectangular positive electrode current collecting tabs PTAB are formed on the upper side of the positive electrode PEL. Similarly, a plurality of rectangular negative electrode current collecting tabs NTAB are formed on the lower side of the negative electrode NEL.

具体的に、本実施の形態における電極捲回体WRFの構成について説明する。図4は、正極PEL、セパレータSP1、負極NEL、および、セパレータSP2を軸芯CRの回りに捲回して電極捲回体WRFを形成する様子を示す模式図である。図4に示すように、正極PELと負極NELの間にセパレータSP1を挟み、かつ、セパレータSP1とセパレータSP2で負極NELを挟むようにして、正極PEL、セパレータSP1、負極NEL、および、セパレータSP2が捲回される。このとき、正極PELに形成されている正極集電タブPTABは電極捲回体WRFの上部側に配置される一方、負極NELに形成されている負極集電タブ(図示せず)は電極捲回体WRFの下部側に配置される。以上のようにして、電極捲回体WRFが構成されている。  Specifically, the configuration of the electrode winding body WRF in the present embodiment will be described. FIG. 4 is a schematic diagram showing how the electrode wound body WRF is formed by winding the positive electrode PEL, the separator SP1, the negative electrode NEL, and the separator SP2 around the axis CR. As shown in FIG. 4, the positive electrode PEL, the separator SP1, the negative electrode NEL, and the separator SP2 are wound so that the separator SP1 is sandwiched between the positive electrode PEL and the negative electrode NEL and the negative electrode NEL is sandwiched between the separator SP1 and the separator SP2. Is done. At this time, the positive electrode current collecting tab PTAB formed on the positive electrode PEL is arranged on the upper side of the electrode winding body WRF, while the negative electrode current collecting tab (not shown) formed on the negative electrode NEL is wound on the electrode. Located on the lower side of the body WRF. The electrode winding body WRF is configured as described above.

<実施の形態における特徴>
上述したように構成されているリチウムイオン電池において、本実施の形態における特徴は、電解液ELに内部短絡防止剤が添加されている点にある。これにより、本実施の形態におけるリチウムイオン電池によれば、金属異物が混入しても内部短絡を防止することが出来る。したがって、本実施の形態によれば、金属異物に起因する内部短絡の可能性がなくなる点で、さらなるリチウムイオン電池の信頼性を向上することができる。
<Features in Embodiment>
In the lithium ion battery configured as described above, the feature of the present embodiment is that an internal short-circuit preventing agent is added to the electrolytic solution EL. Thereby, according to the lithium ion battery in this Embodiment, even if a metal foreign material mixes, an internal short circuit can be prevented. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to further improve the reliability of the lithium ion battery in that there is no possibility of an internal short circuit due to the metal foreign matter.

また、本実施の形態における内部短絡防止剤には、例えば、亜硝酸塩、硝酸塩、リン酸塩、クロム酸塩といった電解液EL(非水電解液)に対して難溶性(電解液に対する内部短絡防止剤の溶解度が0.001重量%(10ppm)以下)で、かつ、金属イオンを捕集(金属イオンと配位結合し、錯体を形成)する物質が使用されている。内部短絡防止剤の添加濃度は、0.0001重量%(1ppm)〜0.001重量%(10ppm)である。なお、内部短絡防止剤の添加濃度の上限については内部短絡防止剤の電解液に対する溶解度とすることが好ましい。  In addition, the internal short circuit preventing agent in the present embodiment is hardly soluble in an electrolytic solution EL (non-aqueous electrolytic solution) such as nitrite, nitrate, phosphate, and chromate (internal short circuit prevention for the electrolytic solution). The agent has a solubility of 0.001% by weight (10 ppm) or less) and a substance that collects metal ions (coordinates with metal ions to form a complex). The addition concentration of the internal short circuit preventing agent is 0.0001 wt% (1 ppm) to 0.001 wt% (10 ppm). In addition, about the upper limit of the addition density | concentration of an internal short circuit inhibitor, it is preferable to set it as the solubility with respect to the electrolyte solution of an internal short circuit inhibitor.

ここで、例えば、内部短絡防止剤の添加濃度の下限値を0.0001重量%以上とした理由は、内部短絡防止剤の添加濃度が0.0001重量%未満になると、内部短絡を抑制する機能が十分発揮できなくなるからである。すなわち、内部短絡防止剤を添加することにより金属異物が混入しても内部短絡が抑制される理由は、電解液ELに添加される内部短絡防止剤によって、金属異物から溶出した金属イオンが捕集されるためと考えられる。  Here, for example, the reason why the lower limit value of the addition concentration of the internal short circuit preventing agent is 0.0001% by weight or more is that the function of suppressing the internal short circuit when the addition concentration of the internal short circuit preventing agent is less than 0.0001% by weight. It is because it becomes impossible to fully exhibit. That is, the reason why the internal short circuit is suppressed by adding the internal short circuit preventing agent even if the metal foreign object is mixed is that the metal ions eluted from the metal foreign object are collected by the internal short circuit preventing agent added to the electrolyte EL. It is thought to be done.

したがって、定性的には、内部短絡防止剤の添加濃度が極めて低くなると、内部短絡防止剤の効果が薄くなり、金属異物から溶出する金属イオンを捕集出来なくなると考えられる。このため、内部短絡を防止する機能を十分に発揮するには、内部短絡防止剤の添加濃度に下限値が存在し、例えば、本発明者の実験によると、内部短絡防止剤の添加濃度が0.0001重量%以上であれば、金属異物が混入しても内部短絡を防止出来ることを確認している。  Therefore, qualitatively, it is considered that when the concentration of the internal short-circuit preventing agent is extremely low, the effect of the internal short-circuit preventing agent is reduced, and metal ions eluted from the metal foreign matter cannot be collected. For this reason, in order to fully exhibit the function of preventing the internal short circuit, there is a lower limit value for the addition concentration of the internal short circuit preventing agent. For example, according to the experiment of the present inventors, the addition concentration of the internal short circuit preventing agent is 0. It is confirmed that an internal short circuit can be prevented even if metallic foreign matter is mixed if it is 0.0001% by weight or more.

一方、内部短絡防止剤の添加濃度の上限値を0.001重量%以下(好ましくは内部短絡防止剤の電解液に対する溶解度以下)とした理由は、内部短絡防止剤を構成する固体粒子が電解液EL中に懸濁分散することなく存在可能な濃度であるからである。つまり、内部短絡防止剤の添加濃度が0.001重量%よりも大きくなると、内部短絡防止剤が電解液ELへの溶解度が小さいため、溶け残った微粒子(微粉末)が電解液EL中で懸濁分散し、セパレータSP1やセパレータSP2に設けられている微細孔を塞いでしまうからである。この場合、正極と負極との間でのリチウムイオンの移動が阻害され、これによって、リチウムイオン電池の内部抵抗が大きくなり、性能低下を招くことになる。  On the other hand, the reason why the upper limit of the concentration of the internal short-circuit preventing agent is 0.001% by weight or less (preferably below the solubility of the internal short-circuit preventing agent in the electrolytic solution) is that the solid particles constituting the internal short-circuit preventing agent are the electrolytic solution. This is because the concentration can exist without being suspended and dispersed in EL. That is, when the addition concentration of the internal short-circuit preventing agent is greater than 0.001% by weight, the internal short-circuit preventing agent has low solubility in the electrolytic solution EL, so that fine particles that remain undissolved are suspended in the electrolytic solution EL. This is because it becomes turbidly dispersed and closes the fine holes provided in the separator SP1 or the separator SP2. In this case, the movement of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode is hindered, which increases the internal resistance of the lithium ion battery, leading to performance degradation.

したがって、本実施の形態において、電解液ELに添加する内部短絡防止剤の添加濃度を0.0001重量%〜0.001重量%としている。  Therefore, in this Embodiment, the addition density | concentration of the internal short circuit preventing agent added to electrolyte solution EL shall be 0.0001 weight%-0.001 weight%.

また、本実施の形態では、内部短絡防止剤により内部短絡を防止できる金属異物種は、鉄、ニッケルなどの遷移金属、及びステンレス鋼などの遷移金属を主成分とする合金である。  Moreover, in this Embodiment, the metal foreign material species which can prevent an internal short circuit with an internal short circuit prevention agent are the alloys which have transition metals, such as iron and nickel, and transition metals, such as stainless steel, as a main component.

<実施の形態における実験結果>
実施の形態における実験結果の一例について説明する。
<Experimental results in the embodiment>
An example of experimental results in the embodiment will be described.

まず、内部短絡発生の判別方法について説明する。具体的には、リチウムイオン電池を所定の電圧まで定電流(1C)で充電した後、定電圧充電を行い、定電圧充電時にリチウムイオン電池に流れる電流を測定する。(1Cは電池容量を1時間で放電する電流値であり、放電時間の逆数で表記する。例えば、1時間かけて放電する場合は1C、0.5時間かけて放電する場合には2Cとなる。)内部短絡が発生していない場合においては、定電圧充電時の電流は減衰し、最終的には数μA/cmの電流が流れるのみとなる。一方、内部短絡が発生した場合においては、正極と負極との間に導通パスが形成されるため、短絡電流が流れる。そのため、内部短絡が発生していない場合の電流と比較すると、内部短絡が発生した場合は、定電圧充電時の電流が増大する。つまり、定電圧充電時にリチウムイオン電池に流れる電流の値から、内部短絡の発生を判別することが可能である。First, a method for determining the occurrence of an internal short circuit will be described. Specifically, after charging the lithium ion battery to a predetermined voltage with a constant current (1C), constant voltage charging is performed, and the current flowing through the lithium ion battery during constant voltage charging is measured. (1C is a current value at which the battery capacity is discharged in 1 hour, and is expressed by the reciprocal of the discharge time. For example, 1C is obtained when discharging over 1 hour, and 2C when discharged over 0.5 hour. .) When there is no internal short circuit, the current during constant voltage charging is attenuated, and finally only a current of several μA / cm 2 flows. On the other hand, when an internal short circuit occurs, a short circuit current flows because a conduction path is formed between the positive electrode and the negative electrode. Therefore, when compared with the current when no internal short circuit occurs, the current during constant voltage charging increases when the internal short circuit occurs. That is, it is possible to determine the occurrence of an internal short circuit from the value of the current flowing through the lithium ion battery during constant voltage charging.

更に、内部短絡発生の判別方法について、図5を用いて具体的に説明する。図5は内部短絡が発生していない場合と、内部短絡が発生した場合の定電圧充電時の電流を示すグラフである。図5において、グラフ1は内部短絡が発生していない場合の実験結果を示している。このグラフ1では、電流は減衰し、ある一定の値に集束することがわかる。例えば、充電時間501分〜600分における電流の平均値は、7.4μA/cmである。一方、図5において、グラフ2は、正極とセパレータの間に金属異物として直径100μmの鉄粒子を一つ配置し、内部短絡を発生させた場合の実験結果を示している。このグラフ2では、例えば、充電時間501分〜600分における電流の平均値は、311.2μA/cmである。これは短絡電流であり、内部短絡が発生したことを示している。Further, a method for determining the occurrence of an internal short circuit will be specifically described with reference to FIG. FIG. 5 is a graph showing the current during constant voltage charging when no internal short circuit occurs and when an internal short circuit occurs. In FIG. 5, graph 1 shows the experimental results when no internal short circuit occurs. In this graph 1, it can be seen that the current decays and converges to a certain value. For example, the average value of the current in the charging time from 501 minutes to 600 minutes is 7.4 μA / cm 2 . On the other hand, in FIG. 5, a graph 2 shows an experimental result in the case where one iron particle having a diameter of 100 μm is arranged between the positive electrode and the separator as a metal foreign substance and an internal short circuit is generated. In this graph 2, for example, the average value of the current during the charging time of 501 minutes to 600 minutes is 311.2 μA / cm 2 . This is a short circuit current and indicates that an internal short circuit has occurred.

このように、内部短絡の発生は、定電圧充電時にリチウムイオン電池に流れる電流の値から判別可能であり、本実験においては、充電時間501分〜600分における電流の平均値が7.4μA/cm以上であった場合に内部短絡が発生したと判別した。Thus, the occurrence of an internal short circuit can be determined from the value of the current flowing through the lithium ion battery during constant voltage charging. In this experiment, the average value of the current during the charging time of 501 to 600 minutes is 7.4 μA / When it was cm 2 or more, it was determined that an internal short circuit occurred.

続いて、電解液に内部短絡防止剤を添加しない場合と、内部短絡防止剤である亜硝酸ナトリウムを0.00001重量%〜0.001重量%添加した場合の実験結果について説明する。  Then, the experimental result when not adding an internal short circuit prevention agent to electrolyte solution and adding 0.00001 weight%-0.001 weight% of sodium nitrite which is an internal short circuit prevention agent is demonstrated.

本実験では、活物質(リチウム遷移金属複合酸化物:LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2)、導電助剤(アセチレンブラック)、バインダ(ポリフッ化ビニリデン)からなる正極と、炭素粉末、導電助剤(グラファイト)、バインダ(ポリフッ化ビニリデン)からなる負極と、厚さ20μmの多孔質ポリプロピレンからなるセパレータと、有機溶媒(炭酸エチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル)、電解塩(ヘキサフルオロリン酸リチウム)からなる電解液を用いて、リチウムイオン電池を作製した。このとき、正極とセパレータの間に金属異物として直径100μmの鉄粒子を一つ配置した。電解液には、内部短絡防止剤を添加しない場合と、内部短絡防止剤である亜硝酸ナトリウムを0.00001重量%〜0.001重量%添加した場合のものを用意した。In this experiment, a positive electrode composed of an active material (lithium transition metal composite oxide: LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 ), a conductive additive (acetylene black), a binder (polyvinylidene fluoride), carbon Negative electrode made of powder, conductive additive (graphite), binder (polyvinylidene fluoride), separator made of porous polypropylene with a thickness of 20 μm, organic solvent (ethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate), electrolytic salt (hexa A lithium ion battery was manufactured using an electrolytic solution made of lithium fluorophosphate. At this time, one iron particle having a diameter of 100 μm was disposed as a metal foreign matter between the positive electrode and the separator. The electrolyte was prepared with no internal short circuit inhibitor added and with 0.00001 wt% to 0.001 wt% sodium nitrite as an internal short circuit preventer added.

作製したリチウムイオン電池を所定の電圧まで定電流(1C)で充電した後、定電圧充電を行い、この定電圧充電時にリチウムイオン電池に流れる電流の値から、内部短絡の発生を判別した。  The prepared lithium ion battery was charged with a constant current (1C) to a predetermined voltage, and then charged with a constant voltage. The occurrence of an internal short circuit was determined from the value of the current flowing through the lithium ion battery during this constant voltage charge.

図6は、電解液に内部短絡防止剤を添加しない場合と、内部短絡防止剤である亜硝酸ナトリウムを0.00001重量%〜0.001重量%添加した場合の実験結果を示すグラフである。  FIG. 6 is a graph showing experimental results when no internal short-circuit preventing agent is added to the electrolytic solution and when 0.00001 wt% to 0.001 wt% of sodium nitrite, which is an internal short-circuit preventing agent, is added.

図6において、グラフ1は電解液に内部短絡防止剤を添加しない場合の実験結果を示している。このグラフ1では、電流は311.2μA/cmであり、短絡電流が流れた、すなわち、内部短絡が発生したことを示している。このことから、電解液に内部短絡防止剤を添加しない場合には、正極とセパレータの間に配置した鉄粒子によって、内部短絡が発生することがわかる。In FIG. 6, graph 1 shows the experimental results when no internal short-circuit preventing agent is added to the electrolytic solution. In this graph 1, the current is 311.2 μA / cm 2 , which indicates that a short-circuit current has flowed, that is, an internal short circuit has occurred. From this, it can be seen that when the internal short-circuit preventing agent is not added to the electrolytic solution, an internal short-circuit occurs due to the iron particles disposed between the positive electrode and the separator.

図6において、グラフ2は電解液に内部短絡防止剤である亜硝酸ナトリウムを0.001重量%添加した場合の実験結果を示している。このグラフ2では、電流は2.8μA/cmであり、短絡電流は流れていない、すなわち、内部短絡の発生を防止したことを示している。また、実験後、実験に用いたリチウムイオン電池を解体し、正極とセパレータの間に金属異物として配置した直径100μmの鉄粒子がすべて溶解していることを確認した。内部短絡を引き起こす原因である金属異物はすべて溶解したため、時間が経過しても内部短絡が発生しないことを示している。このことから、電解液に内部短絡防止剤である亜硝酸ナトリウムを0.001重量%添加する場合には、内部短絡を防止する効果が得られることがわかる。In FIG. 6, graph 2 shows the experimental results when 0.001% by weight of sodium nitrite which is an internal short-circuit preventing agent is added to the electrolytic solution. In this graph 2, the current is 2.8 μA / cm 2 , and no short circuit current flows, that is, the occurrence of an internal short circuit is prevented. In addition, after the experiment, the lithium ion battery used in the experiment was disassembled, and it was confirmed that all iron particles having a diameter of 100 μm arranged as a metal foreign object were dissolved between the positive electrode and the separator. Since all the metallic foreign matters that cause the internal short circuit are dissolved, it indicates that the internal short circuit does not occur even if time passes. From this, it can be seen that when 0.001% by weight of sodium nitrite, which is an internal short circuit preventing agent, is added to the electrolytic solution, an effect of preventing internal short circuit is obtained.

図6において、グラフ3は電解液に内部短絡防止剤である亜硝酸ナトリウムを0.0001重量%添加した場合の実験結果を示している。このグラフ3では、電流は5.6μA/cmであり、短絡電流は流れていない、すなわち、内部短絡の発生を防止したことを示している。また、実験後、実験に用いたリチウムイオン電池を解体し、正極とセパレータの間に金属異物として配置した直径100μmの鉄粒子がすべて溶解していることを確認した。内部短絡を引き起こす原因である金属異物はすべて溶解したため、時間が経過しても内部短絡が発生しないことを示している。このことから、電解液に内部短絡防止剤である亜硝酸ナトリウムを0.0001重量%添加する場合には、内部短絡を防止する効果が得られることがわかる。In FIG. 6, graph 3 shows the experimental results when 0.0001 wt% of sodium nitrite, which is an internal short-circuit preventing agent, is added to the electrolytic solution. This graph 3 shows that the current is 5.6 μA / cm 2 and no short-circuit current flows, that is, the occurrence of an internal short circuit is prevented. In addition, after the experiment, the lithium ion battery used in the experiment was disassembled, and it was confirmed that all iron particles having a diameter of 100 μm arranged as a metal foreign object were dissolved between the positive electrode and the separator. Since all the metallic foreign matters that cause the internal short circuit are dissolved, it indicates that the internal short circuit does not occur even if time passes. From this, it can be seen that when 0.0001% by weight of sodium nitrite which is an internal short-circuit preventing agent is added to the electrolytic solution, an effect of preventing the internal short-circuit can be obtained.

図6において、グラフ4は電解液に内部短絡防止剤である亜硝酸ナトリウムを0.00001重量%添加した場合の実験結果を示している。このグラフ4では、電流は22.3μA/cmであり、短絡電流が流れた、すなわち、内部短絡が発生したことを示している。このことから、電解液に内部短絡防止剤である亜硝酸ナトリウムを0.00001重量%添加する場合では、内部短絡の発生は防止されないことがわかる。In FIG. 6, graph 4 shows the experimental results when 0.00001% by weight of sodium nitrite, which is an internal short-circuit preventing agent, is added to the electrolytic solution. In this graph 4, the current is 22.3 μA / cm 2 , which indicates that a short-circuit current has flowed, that is, an internal short circuit has occurred. From this, it can be seen that when 0.00001% by weight of sodium nitrite, which is an internal short circuit preventing agent, is added to the electrolytic solution, the occurrence of internal short circuit is not prevented.

以上の実験結果から、電解液に内部短絡防止剤である亜硝酸ナトリウムを0.0001重量%〜0.001重量%添加する場合には、内部短絡を防止する効果が得られることがわかる。  From the above experimental results, it can be seen that when 0.0001 wt% to 0.001 wt% of sodium nitrite, which is an internal short circuit preventing agent, is added to the electrolyte, an effect of preventing internal short circuit can be obtained.

なお、本実験では、内部短絡防止剤の一例として亜硝酸ナトリウムを使用する例について説明したが、内部短絡防止剤として、亜硝酸塩、硝酸塩、リン酸塩、クロム酸塩のいずれかを含むように構成される場合も、内部短絡を防止することができる。  In addition, in this experiment, although the example which uses sodium nitrite as an example of an internal short circuit preventing agent was demonstrated, as an internal short circuit preventing agent, nitrite, nitrate, phosphate, and chromate were included. Also when comprised, an internal short circuit can be prevented.

次に、電解液に内部短絡防止剤を添加しない場合と、内部短絡防止剤である亜硝酸ナトリウムを0.001重量%添加した場合の電池容量を測定した結果について説明する。  Next, the results of measuring the battery capacity when no internal short-circuit preventing agent is added to the electrolytic solution and when 0.001% by weight of sodium nitrite as an internal short-circuit preventing agent is added will be described.

本実験では、活物質(リチウム遷移金属複合酸化物:LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2)、導電助剤(アセチレンブラック)、バインダ(ポリフッ化ビニリデン)からなる正極と、炭素粉末、導電助剤(グラファイト)、バインダ(ポリフッ化ビニリデン)からなる負極と、厚さ20μmの多孔質ポリプロピレンからなるセパレータと、有機溶媒(炭酸エチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル)、電解塩(ヘキサフルオロリン酸リチウム)からなる電解液を用いて、リチウムイオン電池を作製した。電解液には、内部短絡防止剤を添加しない場合と、内部短絡防止剤である亜硝酸ナトリウムを0.001重量%添加した場合のものを用意した。In this experiment, a positive electrode composed of an active material (lithium transition metal composite oxide: LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 ), a conductive additive (acetylene black), a binder (polyvinylidene fluoride), carbon Negative electrode made of powder, conductive additive (graphite), binder (polyvinylidene fluoride), separator made of porous polypropylene with a thickness of 20 μm, organic solvent (ethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate), electrolytic salt (hexa A lithium ion battery was manufactured using an electrolytic solution made of lithium fluorophosphate. The electrolyte was prepared with no internal short-circuit preventing agent added and with 0.001% by weight of sodium nitrite as an internal short-circuit preventing agent added.

図7は、電解液に内部短絡防止剤を添加しない場合と、内部短絡防止剤である亜硝酸ナトリウムを0.001重量%添加した場合の電池容量の放電特性を示すグラフである。なお、図7では、電解液に内部短絡防止剤を添加しない場合の0.2C放電時の容量を1とし、相対値で放電容量を示している。  FIG. 7 is a graph showing the discharge characteristics of the battery capacity when no internal short-circuit preventing agent is added to the electrolytic solution and when 0.001 wt% of sodium nitrite, which is the internal short-circuit preventing agent, is added. In FIG. 7, the discharge capacity is shown as a relative value, assuming that the capacity at 0.2 C discharge when the internal short-circuit preventing agent is not added to the electrolytic solution is 1.

図7において、グラフ1は電解液に内部短絡防止剤を添加しない場合の実験結果を示している。また、図7において、グラフ2は電解液に内部短絡防止剤である亜硝酸ナトリウムを0.001重量%添加した場合の実験結果を示している。このグラフ1とグラフ2を比較すると、放電レート0.2C〜5.0Cにおいて、内部短絡防止剤である亜硝酸ナトリウムを0.001重量%添加した場合の放電容量は、電解液に内部短絡防止剤を添加しない場合の放電容量と同等であることが確認された。  In FIG. 7, graph 1 shows the experimental results when no internal short-circuit preventing agent is added to the electrolytic solution. Moreover, in FIG. 7, the graph 2 has shown the experimental result at the time of adding 0.001 weight% of sodium nitrite which is an internal short circuit preventing agent to electrolyte solution. Comparing this graph 1 and graph 2, at a discharge rate of 0.2 C to 5.0 C, the discharge capacity when adding 0.001 wt% of sodium nitrite as an internal short circuit preventing agent is the internal short circuit preventing to the electrolyte. It was confirmed that it was equivalent to the discharge capacity when no agent was added.

以上の結果から、電解液に内部短絡防止剤である亜硝酸ナトリウムを0.001重量%添加する場合においても、電解液に内部短絡防止剤を添加しない場合と比べて電池容量が劣化しないことがわかる。  From the above results, even when 0.001% by weight of sodium nitrite, which is an internal short-circuit preventing agent, is added to the electrolytic solution, the battery capacity is not deteriorated compared to the case where the internal short-circuit preventing agent is not added to the electrolytic solution. Recognize.

このことは、内部短絡防止剤である亜硝酸ナトリウムの添加量が0.001重量%より少ない場合においても同様である。  This is the same even when the amount of sodium nitrite, which is an internal short circuit prevention agent, is less than 0.001% by weight.

以上、本実施の形態における実験結果から、本発明により、電池容量を劣化させずに鉄粒子が原因となる内部短絡を防止可能であるとわかる。
なお、本実施の形態における実験結果では、内部短絡防止剤として亜硝酸ナトリウム、金属異物として鉄粒子を例に説明したが、内部短絡防止剤としては亜硝酸塩、硝酸塩、リン酸塩、クロム酸塩、金属異物としては、鉄、ニッケルなどの遷移金属、及びステンレス鋼などの遷移金属を主成分とする合金などでも同様である。
As described above, it can be seen from the experimental results in the present embodiment that the present invention can prevent an internal short circuit caused by iron particles without deteriorating the battery capacity.
In addition, in the experimental results in the present embodiment, sodium nitrite was used as an internal short-circuit preventing agent and iron particles were used as an example of metallic foreign matter, but nitrites, nitrates, phosphates, chromates were used as internal short-circuit preventing agents. As the metal foreign matter, the same applies to transition metals such as iron and nickel, and alloys mainly composed of transition metals such as stainless steel.

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。  As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

前記実施の形態では、リチウムイオン電池を例に挙げて、本発明の技術的思想について説明したが、本発明の技術的思想は、リチウムイオン電池に限定されるものではなく、正極、負極、および、正極と負極とを電気的に分離するセパレータとを備える蓄電デバイス(例えば、電池やキャパシタなど)に幅広く適用することができる。  In the above embodiment, the technical idea of the present invention has been described by taking a lithium ion battery as an example. However, the technical idea of the present invention is not limited to a lithium ion battery, and includes a positive electrode, a negative electrode, and The present invention can be widely applied to an electricity storage device (for example, a battery or a capacitor) provided with a separator that electrically separates a positive electrode and a negative electrode.

本発明は、例えば、リチウムイオン電池に代表される電池を製造する製造業に幅広く利用することができる。  The present invention can be widely used in, for example, a manufacturing industry for manufacturing a battery represented by a lithium ion battery.

CR 軸芯
CS 外装缶
EL 電解液
NAS 負極活物質
NEL 負極
NEP 負極板
NR 負極リング
NTAB 負極集電タブ
PAS 正極活物質
PEL 正極
PEP 正極板
PR 正極リング
PTAB 正極集電タブ
SP1 セパレータ
SP2 セパレータ
WRF 電極捲回体
CR shaft core CS outer can EL electrolyte NAS negative electrode active material NEL negative electrode NEP negative electrode plate NR negative electrode ring NTAB negative electrode current collector tab PAS positive electrode active material PEL positive electrode PEP positive electrode plate PR positive electrode ring PTAB positive electrode current collector tab SP1 separator SP2 separator WRF electrode cage Round body

Claims (4)

正極および負極と、
前記正極と前記負極とを絶縁するセパレータと
前記正極と前記負極との間での充放電反応が行われる電解液とを有し、
前記電解液中に内部短絡防止剤が0.0001重量%〜0.001重量%の範囲で添加されていることを特徴とするリチウムイオン電池。
A positive electrode and a negative electrode;
A separator that insulates the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte solution that performs a charge / discharge reaction between the positive electrode and the negative electrode,
An internal short-circuit preventing agent is added in the range of 0.0001 wt% to 0.001 wt% in the electrolytic solution.
前記内部短絡防止剤は、前記電解液に対して難溶性で金属イオンを捕集する物質であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン電池。  The lithium ion battery according to claim 1, wherein the internal short circuit preventing agent is a substance that is hardly soluble in the electrolytic solution and collects metal ions. 前記内部短絡防止剤を前記電解液に対する溶解度以下の範囲で添加することを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン電池。  2. The lithium ion battery according to claim 1, wherein the internal short-circuit preventing agent is added in a range of not more than the solubility in the electrolytic solution. 前記内部短絡防止剤は、亜硝酸塩、硝酸塩、リン酸塩、クロム酸塩のいずれかを含む、請求項1に記載のリチウムイオン電池。  The lithium ion battery according to claim 1, wherein the internal short circuit preventing agent includes any one of nitrite, nitrate, phosphate, and chromate.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102233533B1 (en) 2016-02-25 2021-03-29 아사히 가세이 가부시키가이샤 Inorganic particles for non-aqueous electrolyte batteries and non-aqueous electrolyte batteries
WO2018020669A1 (en) * 2016-07-29 2018-02-01 株式会社 東芝 Nonaqueous electrolyte battery, and battery pack
WO2020054866A1 (en) * 2018-09-14 2020-03-19 旭化成株式会社 Nonaqueous secondary battery

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001273927A (en) * 2000-03-28 2001-10-05 Ngk Insulators Ltd Lithium secondary battery
JP2005190953A (en) * 2003-12-26 2005-07-14 Ngk Insulators Ltd Lithium secondary battery
JP2005197175A (en) * 2004-01-09 2005-07-21 Sony Corp Positive electrode, negative electrode, electrolyte and battery
JP2006172726A (en) * 2004-12-13 2006-06-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2007059201A (en) * 2005-08-24 2007-03-08 Denso Corp Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2007258080A (en) * 2006-03-24 2007-10-04 Denso Corp Manufacturing method of nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2009117081A (en) * 2007-11-02 2009-05-28 Asahi Kasei Chemicals Corp Electrolyte solution for lithium-ion secondary battery and lithium-ion secondary battery
JP2012028150A (en) * 2010-07-22 2012-02-09 Toyota Motor Corp Lithium ion secondary battery
WO2014188503A1 (en) * 2013-05-21 2014-11-27 株式会社日立製作所 Electricity storage device and method for manufacturing same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100459276C (en) * 2005-12-09 2009-02-04 比亚迪股份有限公司 Electrolyte, lithium-ion cell coutaining said electrolyte and method for preparing them

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001273927A (en) * 2000-03-28 2001-10-05 Ngk Insulators Ltd Lithium secondary battery
JP2005190953A (en) * 2003-12-26 2005-07-14 Ngk Insulators Ltd Lithium secondary battery
JP2005197175A (en) * 2004-01-09 2005-07-21 Sony Corp Positive electrode, negative electrode, electrolyte and battery
JP2006172726A (en) * 2004-12-13 2006-06-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2007059201A (en) * 2005-08-24 2007-03-08 Denso Corp Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2007258080A (en) * 2006-03-24 2007-10-04 Denso Corp Manufacturing method of nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2009117081A (en) * 2007-11-02 2009-05-28 Asahi Kasei Chemicals Corp Electrolyte solution for lithium-ion secondary battery and lithium-ion secondary battery
JP2012028150A (en) * 2010-07-22 2012-02-09 Toyota Motor Corp Lithium ion secondary battery
WO2014188503A1 (en) * 2013-05-21 2014-11-27 株式会社日立製作所 Electricity storage device and method for manufacturing same

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