JP2002270159A - Battery - Google Patents
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、正極および負極と
共に電解質を備えた電池に係り、特に、負極の容量が軽
金属の吸蔵および離脱による容量成分と、軽金属の析出
および溶解による容量成分との和により表される電池に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery provided with an electrolyte in addition to a positive electrode and a negative electrode, and more particularly to a battery in which the capacity of a negative electrode is the sum of a capacity component due to insertion and extraction of light metal and a capacity component due to precipitation and dissolution of light metal. For the battery represented by
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、カメラ一体型VTR(ビデオテー
プレコーダ),携帯電話あるいはラップトップコンピュ
ータに代表されるポータブル電子機器が広く普及し、そ
れらの小型化,軽量化および長時間連続駆動が強く求め
られている。それに伴い、それらのポータブル電源とし
て、二次電池の高容量化および高エネルギー密度化の要
求が高まっている。2. Description of the Related Art In recent years, portable electronic devices typified by a camera-integrated VTR (video tape recorder), a mobile phone or a laptop computer have become widespread. Have been. Along with this, demands for higher capacity and higher energy density of secondary batteries as those portable power sources are increasing.
【0003】高エネルギー密度を得ることができる二次
電池としては、例えば、負極に炭素材料などのリチウム
(Li)を吸蔵および離脱することが可能な材料を用い
たリチウムイオン二次電池や、あるいは負極にリチウム
金属を用いたリチウム二次電池がある。特に、リチウム
二次電池は、リチウム金属の理論電気化学当量が205
4mAh/cm3 と大きく、リチウムイオン二次電池で
用いられる黒鉛材料の2.5倍にも相当するので、リチ
ウムイオン二次電池を上回る高いエネルギー密度を得ら
れるものと期待されている。これまでも、多くの研究者
等によりリチウム二次電池の実用化に関する研究開発が
なされてきた(例えば、Lithium Batteries,Jean-Paul
Gabano編, Academic Press(1983)) 。As a secondary battery capable of obtaining a high energy density, for example, a lithium ion secondary battery using a material capable of inserting and extracting lithium (Li) such as a carbon material for a negative electrode, or There is a lithium secondary battery using lithium metal for the negative electrode. In particular, lithium secondary batteries have a theoretical electrochemical equivalent of lithium metal of 205.
Since it is as large as 4 mAh / cm 3 , corresponding to 2.5 times that of the graphite material used in the lithium ion secondary battery, it is expected that a higher energy density than the lithium ion secondary battery can be obtained. Until now, many researchers have been conducting research and development on the practical application of lithium secondary batteries (for example, Lithium Batteries, Jean-Paul
Gabano ed., Academic Press (1983)).
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リチウ
ム二次電池は、充放電を繰り返した際の放電容量の劣化
が大きく、実用化が難しいという問題があった。この容
量劣化は、リチウム二次電池が負極においてリチウム金
属の析出・溶解反応を利用していることに基づいてお
り、充放電に伴い、正負極間で移動するリチウムイオン
に対応して負極の体積が容量分だけ大きく増減するの
で、負極の体積が大きく変化し、リチウム金属結晶の溶
解反応および再結晶化反応が可逆的に進みづらくなって
しまうことによるものである。しかも、負極の体積変化
は高エネルギー密度を実現しようとするほど大きくな
り、容量劣化もいっそう著しくなる。However, the lithium secondary battery has a problem that the discharge capacity is greatly deteriorated when charging and discharging are repeated, and it is difficult to put the battery to practical use. This capacity deterioration is based on the fact that the lithium secondary battery utilizes the precipitation and dissolution reaction of lithium metal at the negative electrode, and the volume of the negative electrode corresponding to the lithium ions moving between the positive and negative electrodes during charging and discharging. Is greatly increased or decreased by the capacity, so that the volume of the negative electrode greatly changes, and the dissolution reaction and recrystallization reaction of the lithium metal crystal become difficult to reversibly proceed. In addition, the change in volume of the negative electrode increases as the energy density is increased, and the capacity deterioration further increases.
【0005】そこで本発明者等は、負極の容量がリチウ
ムの吸蔵・離脱による容量成分と、リチウムの析出・溶
解による容量成分との和により表される二次電池を新た
に開発した。これは、負極にリチウムを吸蔵および離脱
することが可能な炭素材料を用い、充電の途中において
炭素材料の表面にリチウムを析出させるようにしたもの
である。この二次電池によれば、高エネルギー密度を達
成しつつ、充放電サイクル特性を向上させることが期待
できる。しかし、この二次電池を実用化するには、さら
なる特性の向上および安定化を図る必要があり、それに
は電極材料に関する研究開発が必要不可欠である。特
に、負極では、充放電に伴い炭素材料の粒子表面でリチ
ウムが析出・溶解を繰り返すので、炭素材料間の接着性
が悪くなりやすく、電池の内部抵抗が増加してしまい、
充放電サイクル特性が著しく劣化してしまうという問題
があった。Accordingly, the present inventors have newly developed a secondary battery in which the capacity of the negative electrode is represented by the sum of a capacity component due to insertion and extraction of lithium and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium. In this method, a carbon material capable of inserting and extracting lithium is used for a negative electrode, and lithium is deposited on the surface of the carbon material during charging. According to this secondary battery, it is expected that charge / discharge cycle characteristics are improved while achieving high energy density. However, in order to put this secondary battery into practical use, it is necessary to further improve and stabilize its characteristics, and for that purpose, research and development on electrode materials are indispensable. In particular, in the negative electrode, lithium repeatedly precipitates and dissolves on the surface of the carbon material particles during charging and discharging, so that the adhesion between the carbon materials tends to deteriorate, and the internal resistance of the battery increases,
There is a problem that charge / discharge cycle characteristics are significantly deteriorated.
【0006】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、内部抵抗の増加を防止し、特性を向
上させることができる電池を提供することにある。The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a battery capable of preventing an increase in internal resistance and improving characteristics.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明による電池は、正
極および負極と共に電解質を備えたものであって、負極
の容量は、軽金属の吸蔵および離脱による容量成分と、
軽金属の析出および溶解による容量成分との和により表
され、負極は、軽金属を吸蔵および離脱することが可能
な負極材料として、黒鉛および難黒鉛化炭素を含むもの
である。A battery according to the present invention comprises an electrolyte in addition to a positive electrode and a negative electrode. The capacity of the negative electrode is determined by a capacity component due to occlusion and desorption of light metal,
The negative electrode is represented by the sum of a capacitance component due to the precipitation and dissolution of light metal, and the negative electrode contains graphite and non-graphitizable carbon as a negative electrode material capable of occluding and releasing light metal.
【0008】本発明による電池では、軽金属を吸蔵およ
び離脱することが可能な負極材料として黒鉛と難黒鉛化
炭素とを含んでいるので、負極材料間の接着性が改善さ
れ、内部抵抗の増加が抑制される。The battery according to the present invention contains graphite and non-graphitizable carbon as a negative electrode material capable of occluding and releasing light metals, so that the adhesiveness between the negative electrode materials is improved and the internal resistance is increased. Is suppressed.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0010】図1は本発明の一実施の形態に係る二次電
池の断面構造を表すものである。この二次電池は、いわ
ゆるジェリーロール型といわれるものであり、ほぼ中空
円柱状の電池缶11の内部に、帯状の正極21と負極2
2とがセパレータ23を介して巻回された巻回電極体2
0を有している。電池缶11は、例えばニッケルのめっ
きがされた鉄により構成されており、一端部が閉鎖され
他端部が開放されている。電池缶11の内部には、巻回
電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の
絶縁板12,13がそれぞれ配置されている。FIG. 1 shows a sectional structure of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. This secondary battery is a so-called jelly-roll type battery. A band-shaped positive electrode 21 and a negative electrode 2 are provided inside a substantially hollow cylindrical battery can 11.
Electrode body 2 wound with a separator 2 via a separator 23
It has 0. The battery can 11 is made of, for example, nickel-plated iron, and has one end closed and the other end open. Inside the battery can 11, a pair of insulating plates 12 and 13 are respectively arranged perpendicular to the winding peripheral surface so as to sandwich the winding electrode body 20.
【0011】電池缶11の開放端部には、電池蓋14
と、この電池蓋14の内側に設けられた安全弁機構15
および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficie
nt;PTC素子)16とが、ガスケット17を介してか
しめられることにより取り付けられており、電池缶11
の内部は密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池
缶11と同様の材料により構成されている。安全弁機構
15は、熱感抵抗素子16を介して電池蓋14と電気的
に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱な
どにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク
板15aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との電
気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子1
6は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限
し、大電流による異常な発熱を防止するものであり、例
えば、チタン酸バリウム系半導体セラミックスにより構
成されている。ガスケット17は、例えば、絶縁材料に
より構成されており、表面にはアスファルトが塗布され
ている。At the open end of the battery can 11, a battery cover 14 is provided.
And a safety valve mechanism 15 provided inside the battery lid 14.
And Positive Temperature Coefficie
nt; PTC element) 16 and caulked via a gasket 17, and the battery can 11
The inside is closed. The battery cover 14 is made of, for example, the same material as the battery can 11. The safety valve mechanism 15 is electrically connected to the battery cover 14 via the thermal resistance element 16, and when the internal pressure of the battery becomes higher than a certain level due to an internal short circuit or external heating, the disk plate 15a is inverted. Then, the electrical connection between the battery cover 14 and the spirally wound electrode body 20 is cut off. Thermal resistance element 1
Reference numeral 6 denotes an element for limiting the current by increasing the resistance value when the temperature rises and preventing abnormal heat generation due to a large current, and is made of, for example, a barium titanate-based semiconductor ceramic. The gasket 17 is made of, for example, an insulating material, and its surface is coated with asphalt.
【0012】巻回電極体20は、例えば、センターピン
24を中心に巻回されている。巻回電極体20の正極2
1にはアルミニウムなどよりなる正極リード25が接続
されており、負極22にはニッケルなどよりなる負極リ
ード26が接続されている。正極リード25は安全弁機
構15に溶接されることにより電池蓋14と電気的に接
続されており、負極リード26は電池缶11に溶接され
電気的に接続されている。The wound electrode body 20 is wound around, for example, a center pin 24. Positive electrode 2 of wound electrode body 20
1 is connected to a positive electrode lead 25 made of aluminum or the like, and the negative electrode 22 is connected to a negative electrode lead 26 made of nickel or the like. The positive electrode lead 25 is electrically connected to the battery cover 14 by being welded to the safety valve mechanism 15, and the negative electrode lead 26 is welded to and electrically connected to the battery can 11.
【0013】図2は図1に示した巻回電極体20の一部
を拡大して表すものである。正極21は、例えば、対向
する一対の面を有する正極集電体21aの両面に正極合
剤層21bが設けられた構造を有している。なお、図示
はしないが、正極集電体21aの片面のみに正極合剤層
21bを設けるようにしてもよい。正極集電体21a
は、例えば、厚みが5μm〜50μm程度であり、アル
ミニウム箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金
属箔により構成されている。正極合剤層21bは、例え
ば、厚みが80μm〜250μmであり、軽金属である
リチウムを吸蔵および離脱することが可能な正極材料を
含んで構成されている。なお、正極合剤層21bの厚み
は、正極合剤層21bが正極集電体21aの両面に設け
られている場合には、その合計の厚みである。FIG. 2 is an enlarged view of a part of the spirally wound electrode body 20 shown in FIG. The positive electrode 21 has, for example, a structure in which a positive electrode mixture layer 21b is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 21a having a pair of opposing surfaces. Although not shown, the positive electrode mixture layer 21b may be provided only on one side of the positive electrode current collector 21a. Positive electrode current collector 21a
Has a thickness of, for example, about 5 μm to 50 μm, and is made of a metal foil such as an aluminum foil, a nickel foil, or a stainless steel foil. The positive electrode mixture layer 21b has a thickness of, for example, 80 μm to 250 μm and includes a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium as a light metal. When the positive electrode mixture layer 21b is provided on both surfaces of the positive electrode current collector 21a, the thickness of the positive electrode mixture layer 21b is the total thickness thereof.
【0014】リチウムを吸蔵および離脱することが可能
な正極材料としては、例えば、リチウム酸化物,リチウ
ム硫化物あるいはリチウムを含む層間化合物などのリチ
ウム含有化合物が適当であり、これらの2種以上を混合
して用いてもよい。特に、エネルギー密度を高くするに
は、一般式Lix MO2 で表されるリチウム複合酸化物
あるいはリチウムを含んだ層間化合物が好ましい。な
お、Mは1種類以上の遷移金属が好ましく、具体的に
は、コバルト(Co),ニッケル(Ni),マンガン
(Mn),鉄(Fe),アルミニウム(Al),バナジ
ウム(V)およびチタン(Ti)のうちの少なくとも1
種が好ましい。xは、電池の充放電状態によって異な
り、通常、0.05≦x≦1.10の範囲内の値であ
る。また、他にも、スピネル型結晶構造を有するLiM
n2 O4 、あるいはオリビン型結晶構造を有するLiF
ePO4 なども高いエネルギー密度を得ることができる
ので好ましい。As the positive electrode material capable of inserting and extracting lithium, for example, a lithium-containing compound such as lithium oxide, lithium sulfide, or an intercalation compound containing lithium is suitable. You may use it. In particular, to increase the energy density, a lithium composite oxide represented by the general formula Li x MO 2 or an intercalation compound containing lithium is preferable. In addition, M is preferably one or more transition metals. Specifically, cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), iron (Fe), aluminum (Al), vanadium (V) and titanium ( At least one of Ti)
Species are preferred. x differs depending on the charge / discharge state of the battery, and is usually a value in the range of 0.05 ≦ x ≦ 1.10. In addition, LiM having a spinel type crystal structure is also used.
n 2 O 4 or LiF having an olivine type crystal structure
ePO 4 is also preferable because a high energy density can be obtained.
【0015】なお、このような正極材料は、例えば、リ
チウムの炭酸塩,硝酸塩,酸化物あるいは水酸化物と、
遷移金属の炭酸塩,硝酸塩,酸化物あるいは水酸化物と
を所望の組成になるように混合し、粉砕した後、酸素雰
囲気中において600℃〜1000℃の範囲内の温度で
焼成することにより調製される。Incidentally, such a positive electrode material includes, for example, lithium carbonate, nitrate, oxide or hydroxide,
It is prepared by mixing and pulverizing a transition metal carbonate, nitrate, oxide or hydroxide to have a desired composition, followed by calcination in an oxygen atmosphere at a temperature in the range of 600 ° C to 1000 ° C. Is done.
【0016】正極合剤層21bは、また、例えば導電剤
を含んでおり、必要に応じて更に結着剤を含んでいても
よい。導電剤としては、例えば、黒鉛,カーボンブラッ
クあるいはケッチェンブラックなどの炭素材料があげら
れ、そのうちの1種または2種以上が混合して用いられ
る。また、炭素材料の他にも、導電性を有する材料であ
れば金属材料あるいは導電性高分子材料などを用いるよ
うにしてもよい。結着剤としては、例えば、スチレンブ
タジエン系ゴム,フッ素系ゴムあるいはエチレンプロピ
レンジエンゴムなどの合成ゴム、またはポリビニリデン
フルオロライドなどの高分子材料が挙げられ、そのうち
の1種または2種以上を混合して用いられる。例えば、
図1に示したように正極21および負極22が巻回され
ている場合には、結着剤として柔軟性に富むスチレンブ
タジエン系ゴムあるいはフッ素系ゴムなどを用いること
が好ましい。The positive electrode mixture layer 21b also contains, for example, a conductive agent, and may further contain a binder, if necessary. Examples of the conductive agent include carbon materials such as graphite, carbon black and Ketjen black, and one or more of them are used in combination. Further, in addition to the carbon material, a metal material or a conductive polymer material may be used as long as the material has conductivity. Examples of the binder include synthetic rubbers such as styrene-butadiene rubber, fluorine rubber and ethylene propylene diene rubber, and polymer materials such as polyvinylidene fluoride, and one or more of them are mixed. Used as For example,
When the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound as shown in FIG. 1, it is preferable to use a highly flexible styrene-butadiene-based rubber or a fluorine-based rubber as the binder.
【0017】負極22は、例えば、対向する一対の面を
有する負極集電体22aの両面に負極合剤層22bが設
けられた構造を有している。なお、図示はしないが、負
極集電体22aの片面のみに負極合剤層22bを設ける
ようにしてもよい。負極集電体22aは、良好な電気化
学的安定性、電気伝導性および機械的強度を有する銅
箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔によ
り構成されている。特に、銅箔は高い電気伝導性を有す
るので最も好ましい。負極集電体22aの厚みは、例え
ば、6μm〜40μm程度であることが好ましい。6μ
mよりも薄いと機械的強度が低下し、製造工程において
負極集電体22aが断裂しやすく、生産効率が低下して
しまうからであり、40μmよりも厚いと電池内におけ
る負極集電体22aの体積比が必要以上に大きくなり、
エネルギー密度を高くすることが難しくなるからであ
る。The negative electrode 22 has, for example, a structure in which a negative electrode mixture layer 22b is provided on both surfaces of a negative electrode current collector 22a having a pair of opposing surfaces. Although not shown, the negative electrode mixture layer 22b may be provided only on one side of the negative electrode current collector 22a. The negative electrode current collector 22a is made of a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil having good electrochemical stability, electric conductivity, and mechanical strength. In particular, copper foil is most preferable because it has high electric conductivity. The thickness of the negative electrode current collector 22a is preferably, for example, about 6 μm to 40 μm. 6μ
If the thickness is smaller than m, the mechanical strength is reduced, the anode current collector 22a is easily broken in the manufacturing process, and the production efficiency is reduced. The volume ratio becomes larger than necessary,
This is because it becomes difficult to increase the energy density.
【0018】負極合剤層22bは、軽金属であるリチウ
ムを吸蔵および離脱することが可能な負極材料を含んで
構成されており、必要に応じて、例えば正極合剤層21
bと同様の結着剤を含んでいてもよい。負極合剤層22
bの厚みは、例えば、80μm〜250μmである。こ
の厚みは、負極合剤層22bが負極集電体22aの両面
に設けられている場合には、その合計の厚みである。The negative electrode mixture layer 22b includes a negative electrode material capable of occluding and releasing lithium as a light metal.
It may contain the same binder as b. Negative electrode mixture layer 22
The thickness of b is, for example, 80 μm to 250 μm. This thickness is the total thickness when the negative electrode mixture layer 22b is provided on both surfaces of the negative electrode current collector 22a.
【0019】なお、本明細書において軽金属の吸蔵・離
脱というのは、軽金属イオンがそのイオン性を失うこと
なく電気化学的に吸蔵・離脱されることを言う。これ
は、吸蔵された軽金属が完全なイオン状態で存在する場
合のみならず、完全なイオン状態とは言えない状態で存
在する場合も含む。これらに該当する場合としては、例
えば、黒鉛に対する軽金属イオンの電気化学的なインタ
カレーション反応による吸蔵が挙げられる。また、金属
間化合物あるいは合金の形成による軽金属の吸蔵も挙げ
ることができる。In the present specification, the term "storage / release of light metal" means that light metal ions are electrochemically stored / released without losing their ionicity. This includes not only the case where the occluded light metal exists in a perfect ionic state but also the case where the occluded light metal exists in a state that cannot be said to be a perfect ionic state. Such cases include, for example, occlusion by electrochemical intercalation reaction of light metal ions with respect to graphite. Further, occlusion of light metals by forming an intermetallic compound or an alloy can also be mentioned.
【0020】リチウムを吸蔵および離脱することが可能
な負極材料としては、炭素材料が好ましい。炭素材料
は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、
高い充放電容量および良好な充放電サイクル特性を得る
ことができるからである。中でも、本実施の形態では、
リチウムを吸蔵および離脱することが可能な負極材料と
して、黒鉛と難黒鉛化炭素とを含んでいる。黒鉛は、電
気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることが
できるので好ましく、更に、難黒鉛化炭素と混合するこ
とにより、充放電時の体積変化が小さくなり、負極材料
間の接着性が改善され、内部抵抗の増加が抑制されて、
より優れた充放電サイクル特性を得ることができるから
である。As the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium, a carbon material is preferable. The carbon material has very little change in the crystal structure that occurs during charging and discharging,
This is because high charge / discharge capacity and good charge / discharge cycle characteristics can be obtained. Among them, in the present embodiment,
The negative electrode material capable of inserting and extracting lithium contains graphite and non-graphitizable carbon. Graphite is preferable because it has a large electrochemical equivalent and can obtain a high energy density.Furthermore, by mixing with non-graphitizable carbon, the volume change during charging and discharging is small, and the adhesion between the negative electrode materials is improved. And the increase in internal resistance is suppressed,
This is because better charge / discharge cycle characteristics can be obtained.
【0021】リチウムを吸蔵および離脱することが可能
な負極材料における難黒鉛化炭素の含有量は、3質量%
以上60質量%以下であることが好ましい。この範囲内
においてより優れた充放電サイクル特性を得ることがで
きるからである。また、黒鉛の含有量を少なくし、難黒
鉛化炭素の含有量を多くするほど放電容量が一般的に低
くなる傾向があるので、難黒鉛化炭素の含有量は必要以
上に多くしない方が好ましい。The content of the non-graphitizable carbon in the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is 3% by mass.
It is preferably at least 60% by mass. This is because better charge / discharge cycle characteristics can be obtained within this range. Further, since the discharge capacity generally tends to be lower as the content of graphite is reduced and the content of non-graphitizable carbon is increased, the content of non-graphitizable carbon is preferably not increased more than necessary. .
【0022】黒鉛としては、例えば、真密度が2.10
g/cm3 以上のものが好ましく、2.18g/cm3
以上のものであればより好ましい。なお、このような真
密度を得るには、(002)面のC軸結晶子厚みが1
4.0nm以上であることが必要である。また、(00
2)面の面間隔は0.340nm未満であることが好ま
しく、0.335nm以上0.337nm以下の範囲内
であればより好ましい。As the graphite, for example, the true density is 2.10
g / cm 3 or more, preferably 2.18 g / cm 3
The above is more preferable. In order to obtain such a true density, the C-axis crystallite thickness of the (002) plane must be 1
It is necessary to be 4.0 nm or more. Also, (00
2) The spacing between the surfaces is preferably less than 0.340 nm, and more preferably 0.335 nm or more and 0.337 nm or less.
【0023】黒鉛は、天然黒鉛でも人造黒鉛でもよい。
人造黒鉛であれば、例えば、有機材料を炭化して高温熱
処理を行い、粉砕・分級することにより得られる。高温
熱処理は、例えば、必要に応じて窒素(N2 )などの不
活性ガス気流中において300℃〜700℃で炭化し、
毎分1℃〜100℃の速度で900℃〜1500℃まで
昇温してこの温度を0時間〜30時間程度保持し仮焼す
ると共に、2000℃以上、好ましくは2500℃以上
に加熱し、この温度を適宜の時間保持することにより行
う。The graphite may be natural graphite or artificial graphite.
In the case of artificial graphite, for example, it can be obtained by carbonizing an organic material, performing a high-temperature heat treatment, and pulverizing and classifying. The high-temperature heat treatment is performed by, for example, carbonizing at 300 ° C. to 700 ° C. in an inert gas stream such as nitrogen (N 2 ) as necessary,
The temperature is raised from 900 ° C to 1500 ° C at a rate of 1 ° C to 100 ° C per minute, the temperature is maintained for about 0 hours to 30 hours, and calcined, and heated to 2000 ° C or more, preferably 2500 ° C or more. This is performed by maintaining the temperature for an appropriate time.
【0024】出発原料となる有機材料としては、石炭あ
るいはピッチを用いることができる。ピッチには、例え
ば、コールタール,エチレンボトム油あるいは原油など
を高温で熱分解することにより得られるタール類、アス
ファルトなどを蒸留(真空蒸留,常圧蒸留あるいはスチ
ーム蒸留),熱重縮合,抽出,化学重縮合することによ
り得られるもの、木材還流時に生成されるもの、ポリ塩
化ビニル樹脂、ポリビニルアセテート、ポリビニルブチ
ラートまたは3,5−ジメチルフェノール樹脂がある。
これらの石炭あるいはピッチは、炭化の途中最高400
℃程度において液体として存在し、その温度で保持され
ることで芳香環同士が縮合・多環化し、積層配向した状
態となり、そののち約500℃以上で固体の炭素前駆
体、すなわちセミコークスとなる(液相炭素化過程)。As the starting organic material, coal or pitch can be used. For the pitch, for example, tars obtained by pyrolyzing coal tar, ethylene bottom oil or crude oil at a high temperature, asphalt, etc. (vacuum distillation, normal pressure distillation or steam distillation), thermal polycondensation, extraction, Examples include those obtained by chemical polycondensation, those produced at the time of wood reflux, polyvinyl chloride resin, polyvinyl acetate, polyvinyl butyrate, and 3,5-dimethylphenol resin.
These coals or pitches have a maximum of 400
It exists as a liquid at about ℃, and aromatic rings are condensed and polycyclic by being held at that temperature, and it is in a laminated orientation state, and then becomes a solid carbon precursor at about 500 ° C. or higher, that is, semi-coke. (Liquid phase carbonization process).
【0025】有機材料としては、また、ナフタレン,フ
ェナントレン,アントラセン,トリフェニレン,ピレ
ン,ペリレン,ペンタフェン,ペンタセンなどの縮合多
環炭化水素化合物あるいはその誘導体(例えば、上述し
た化合物のカルボン酸,カルボン酸無水物,カルボン酸
イミド)、またはそれらの混合物を用いることができ
る。更に、アセナフチレン,インドール,イソインドー
ル,キノリン,イソキノリン,キノキサリン,フタラジ
ン,カルバゾール,アクリジン,フェナジン,フェナン
トリジンなどの縮合複素環化合物あるいはその誘導体、
またはそれらの混合物を用いることもできる。Examples of the organic material include condensed polycyclic hydrocarbon compounds such as naphthalene, phenanthrene, anthracene, triphenylene, pyrene, perylene, pentaphen, and pentacene, and derivatives thereof (for example, carboxylic acids and carboxylic anhydrides of the above compounds). , Carboximides), or mixtures thereof. Further, condensed heterocyclic compounds such as acenaphthylene, indole, isoindole, quinoline, isoquinoline, quinoxaline, phthalazine, carbazole, acridine, phenazine, phenanthridine and derivatives thereof;
Alternatively, a mixture thereof can be used.
【0026】なお、粉砕は、炭化,仮焼の前後、あるい
は黒鉛化前の昇温過程の間のいずれで行ってもよい。こ
れらの場合には、最終的に粉末状態で黒鉛化のための熱
処理が行われる。但し、嵩密度および破壊強度の高い黒
鉛粉末を得るには、原料を成型したのち熱処理を行い、
得られた黒鉛化成型体を粉砕・分級することが好まし
い。The pulverization may be carried out before or after carbonization or calcination, or during the heating process before graphitization. In these cases, heat treatment for graphitization is finally performed in a powder state. However, to obtain graphite powder with high bulk density and high breaking strength, heat treatment is performed after molding the raw material,
It is preferable to pulverize and classify the obtained graphitized molded body.
【0027】例えば、黒鉛化成型体を作製する場合に
は、フィラーとなるコークスと、成型剤あるいは焼結剤
となるバインダーピッチとを混合して成型したのち、こ
の成型体を1000℃以下の低温で熱処理する焼成工程
と、焼成体に溶融させたバインダーピッチを含浸させる
ピッチ含浸工程とを数回繰り返してから、高温で熱処理
する。含浸させたバインダーピッチは、以上の熱処理過
程で炭化し、黒鉛化される。ちなみに、この場合には、
フィラー(コークス)とバインダーピッチとを原料にし
ているので多結晶体として黒鉛化し、また原料に含まれ
る硫黄や窒素が熱処理時にガスとなって発生することか
ら、その通り路に微小な空孔が形成される。よって、こ
の空孔により、リチウムの吸蔵・離脱反応が進行し易し
くなると共に、工業的に処理効率が高いという利点もあ
る。なお、成型体の原料としては、それ自身に成型性、
焼結性を有するフィラーを用いてもよい。この場合に
は、バインダーピッチの使用は不要である。For example, in the case of producing a graphitized molded body, coke as a filler and binder pitch as a molding agent or a sintering agent are mixed and molded. And the pitch impregnating step of impregnating the sintered body with the melted binder pitch is repeated several times, followed by heat treatment at a high temperature. The impregnated binder pitch is carbonized and graphitized in the above heat treatment process. By the way, in this case,
Since filler (coke) and binder pitch are used as raw materials, it is graphitized as a polycrystal, and since sulfur and nitrogen contained in the raw materials are generated as a gas during heat treatment, minute holes are formed in the passage. It is formed. Accordingly, the vacancies facilitate the progress of the insertion and extraction reaction of lithium, and also have the advantage of high industrial processing efficiency. In addition, as a raw material of the molded body, the moldability itself,
A filler having sinterability may be used. In this case, it is not necessary to use a binder pitch.
【0028】難黒鉛化炭素としては、(002)面の面
間隔が0.37nm以上、真密度が1.70g/cm3
未満であると共に、空気中での示差熱分析(differenti
al thermal analysis ;DTA)において700℃以上
に発熱ピークを示さないものが好ましい。As the non-graphitizable carbon, the (002) plane spacing is 0.37 nm or more and the true density is 1.70 g / cm 3.
And differential thermal analysis in air (differentiate
Those which do not show an exothermic peak at 700 ° C. or higher in al thermal analysis (DTA) are preferable.
【0029】このような難黒鉛化炭素は、例えば、有機
材料を1200℃程度で熱処理し、粉砕・分級すること
により得られる。熱処理は、例えば、必要に応じて30
0℃〜700℃で炭化した(固相炭素化過程)のち、毎
分1℃〜100℃の速度で900℃〜1300℃まで昇
温し、この温度を0〜30時間程度保持することにより
行う。粉砕は、炭化の前後、あるいは昇温過程の間で行
ってもよい。Such non-graphitizable carbon can be obtained, for example, by subjecting an organic material to a heat treatment at about 1200 ° C., followed by pulverization and classification. The heat treatment is performed, for example, for 30
After carbonization at 0 ° C to 700 ° C (solid phase carbonization process), the temperature is raised to 900 ° C to 1300 ° C at a rate of 1 ° C to 100 ° C per minute, and this temperature is maintained for about 0 to 30 hours. . The pulverization may be performed before or after carbonization, or during the heating process.
【0030】出発原料となる有機材料としては、例え
ば、フルフリルアルコールあるいはフルフラールの重合
体,共重合体、またはこれらの高分子と他の樹脂との共
重合体であるフラン樹脂を用いることができる。また、
フェノール樹脂,アクリル樹脂,ハロゲン化ビニル樹
脂,ポリイミド樹脂,ポリアミドイミド樹脂,ポリアミ
ド樹脂,ポリアセチレンあるいはポリパラフェニレンな
どの共役系樹脂、セルロースあるいはその誘導体、コー
ヒー豆類、竹類、キトサンを含む甲殻類、バクテリアを
利用したバイオセルロース類を用いることもできる。更
に、水素原子(H)と炭素原子(C)との原子数比H/
Cが例えば0.6〜0.8である石油ピッチに酸素
(O)を含む官能基を導入(いわゆる酸素架橋)させた
化合物を用いることもできる。As the organic material used as a starting material, for example, furfuryl alcohol or furfural polymer or copolymer, or furan resin which is a copolymer of these polymers and other resins can be used. . Also,
Phenol resin, acrylic resin, vinyl halide resin, polyimide resin, polyamide imide resin, polyamide resin, conjugated resin such as polyacetylene or polyparaphenylene, cellulose or derivatives thereof, coffee beans, bamboo, shellfish including chitosan, bacteria Biocelluloses utilizing the same can also be used. Furthermore, the atomic ratio H / of hydrogen atoms (H) and carbon atoms (C)
A compound in which a functional group containing oxygen (O) is introduced (so-called oxygen cross-linking) into petroleum pitch in which C is, for example, 0.6 to 0.8 can also be used.
【0031】この化合物における酸素の含有率は3%以
上であることが好ましく、5%以上であればより好まし
い(特開平3−252053号公報参照)。酸素の含有
率は炭素材料の結晶構造に影響を与え、これ以上の含有
率において難黒鉛化炭素の物性を高めることができ、負
極22の容量を向上させることができるからである。ち
なみに、石油ピッチは、例えば、コールタール,エチレ
ンボトム油あるいは原油などを高温で熱分解することに
より得られるタール類、またはアスファルトなどを、蒸
留(真空蒸留,常圧蒸留あるいはスチーム蒸留),熱重
縮合,抽出あるいは化学重縮合することにより得られ
る。また、酸化架橋形成方法としては、例えば、硝酸,
硫酸,次亜塩素酸あるいはこれらの混酸などの水溶液と
石油ピッチとを反応させる湿式法、空気あるいは酸素な
どの酸化性ガスと石油ピッチとを反応させる乾式法、ま
たは硫黄,硝酸アンモニウム,過硫酸アンモニア,塩化
第二鉄などの固体試薬と石油ピッチとを反応させる方法
を用いることができる。The oxygen content of this compound is preferably at least 3%, more preferably at least 5% (see Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-252053). This is because the oxygen content affects the crystal structure of the carbon material, and at a higher content, the physical properties of the non-graphitizable carbon can be increased, and the capacity of the negative electrode 22 can be improved. For example, petroleum pitch is used for distillation (vacuum distillation, atmospheric distillation or steam distillation) of tars obtained by pyrolyzing coal tar, ethylene bottom oil or crude oil at a high temperature, or hot gravity. It is obtained by condensation, extraction or chemical polycondensation. Examples of the oxidative crosslinking method include nitric acid,
A wet method in which an aqueous solution of sulfuric acid, hypochlorous acid, or a mixed acid thereof is reacted with petroleum pitch, a dry method in which an oxidizing gas such as air or oxygen is reacted with petroleum pitch, or sulfur, ammonium nitrate, ammonium persulfate, A method of reacting a solid reagent such as ferric chloride with petroleum pitch can be used.
【0032】なお、出発原料となる有機材料はこれらに
限定されず、酸素架橋処理などにより固相炭化過程を経
て難黒鉛化炭素となり得る有機材料であれば、他の有機
材料でもよい。The organic material used as a starting material is not limited to these, and any other organic material may be used as long as it is an organic material that can be made non-graphitizable carbon through a solid phase carbonization process by oxygen crosslinking or the like.
【0033】難黒鉛化炭素としては、上述した有機材料
を出発原料として製造されるものの他、特開平3−13
7010号公報に記載されているリン(P)と酸素と炭
素とを主成分とする化合物も、上述した物性パラメータ
を示すので好ましい。Examples of the non-graphitizable carbon include those produced using the above-mentioned organic materials as starting materials, and those described in JP-A-3-13.
The compound containing phosphorus (P), oxygen, and carbon as main components described in Japanese Patent No. 7010 is also preferable because it exhibits the above-mentioned physical property parameters.
【0034】負極合剤層22bは、また、リチウムを吸
蔵および離脱することが可能な負極材料として、黒鉛お
よび難黒鉛化炭素以外の他の材料を含んでいてもよい。
その場合も、リチウムを吸蔵および離脱することが可能
な負極材料における難黒鉛化炭素の含有量は、上述した
とおり、3質量%以上60%以下とすることが好まし
い。難黒鉛化炭素の混合により充放電時の体積変化が小
さくなり、負極材料間の接着性が改善されると考えられ
るからである。The negative electrode mixture layer 22b may also contain a material other than graphite and non-graphitizable carbon as a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium.
Also in that case, the content of the non-graphitizable carbon in the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is preferably 3% by mass or more and 60% or less as described above. This is because the change in volume at the time of charge and discharge is reduced by mixing the non-graphitizable carbon, and the adhesiveness between the negative electrode materials is considered to be improved.
【0035】リチウムを吸蔵および離脱することが可能
な他の負極材料としては、例えば、リチウムと合金ある
いは化合物を形成可能な金属あるいは半導体、またはこ
れらの合金あるいは化合物が挙げられる。これらは、高
いエネルギー密度を得ることができるので好ましい。Other negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium include, for example, metals or semiconductors capable of forming alloys or compounds with lithium, or alloys or compounds thereof. These are preferable because a high energy density can be obtained.
【0036】このような金属あるいは半導体としては、
例えば、スズ(Sn)、鉛(Pb)、アルミニウム(A
l)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、亜鉛(Z
n)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、ガリウ
ム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、銀
(Ag)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)
およびイットリウム(Y)が挙げられる。これらの合金
あるいは化合物としては、例えば、化学式Mas Mbt
Liu 、あるいは化学式Map Mcq Mdr で表される
ものが挙げられる。これら化学式において、Maはリチ
ウムと合金あるいは化合物を形成可能な金属元素および
半導体元素のうちの少なくとも1種を表し、Mbはリチ
ウムおよびMa以外の金属元素および半導体元素のうち
少なくとも1種を表し、Mcは非金属元素の少なくとも
1種を表し、MdはMa以外の金属元素および半導体元
素のうち少なくとも1種を表す。また、s、t、u、
p、qおよびrの値はそれぞれs>0、t≧0、u≧
0、p>0、q>0、r≧0である。As such a metal or semiconductor,
For example, tin (Sn), lead (Pb), aluminum (A
l), indium (In), silicon (Si), zinc (Z
n), antimony (Sb), bismuth (Bi), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), hafnium (Hf), zirconium (Zr)
And yttrium (Y). These alloys or compounds, e.g., chemical formula Ma s Mb t
Li u, or include those represented by the chemical formula Ma p Mc q Md r. In these chemical formulas, Ma represents at least one of a metal element and a semiconductor element capable of forming an alloy or a compound with lithium; Mb represents at least one of a metal element and a semiconductor element other than lithium and Ma; Represents at least one kind of non-metallic element, and Md represents at least one kind of metallic element and semiconductor element other than Ma. Also, s, t, u,
The values of p, q and r are s> 0, t ≧ 0, u ≧
0, p> 0, q> 0, r ≧ 0.
【0037】中でも、4B族の金属元素あるいは半導体
元素、またはそれらの合金あるいは化合物が好ましく、
特に好ましいのはケイ素あるいはスズ、またはそれらの
合金あるいは化合物である。これらは結晶質のものでも
アモルファスのものでもよい。Among them, a group 4B metal element or a semiconductor element, or an alloy or compound thereof is preferable.
Particularly preferred are silicon or tin, or alloys or compounds thereof. These may be crystalline or amorphous.
【0038】このような合金あるいは化合物について具
体的に例を挙げれば、LiAl、AlSb、CuMgS
b、SiB4 、SiB6 、Mg2 Si、Mg2 Sn、N
i2Si、TiSi2 、MoSi2 、CoSi2 、Ni
Si2 、CaSi2 、CrSi2 、Cu5 Si、FeS
i2 、MnSi2 、NbSi2 、TaSi2 、VS
i 2 、WSi2 、ZnSi2 、SiC、Si3 N4 、S
i2 N2 O、SiOv (0<v≦2)、SnOw (0<
w≦2)、SnSiO3 、LiSiOあるいはLiSn
Oなどがある。For such an alloy or compound,
To give an example, LiAl, AlSb, CuMgS
b, SiBFour, SiB6, MgTwoSi, MgTwoSn, N
iTwoSi, TiSiTwo, MoSiTwo, CoSiTwo, Ni
SiTwo, CaSiTwo, CrSiTwo, CuFiveSi, FeS
iTwo, MnSiTwo, NbSiTwo, TaSiTwo, VS
i Two, WSiTwo, ZnSiTwo, SiC, SiThreeNFour, S
iTwoNTwoO, SiOv(0 <v ≦ 2), SnOw(0 <
w ≦ 2), SnSiOThree, LiSiO or LiSn
O and the like.
【0039】リチウムを吸蔵および離脱することが可能
な他の負極材料としては、また、他の炭素材料,他の金
属化合物あるいは高分子材料なども挙げられる。他の炭
素材料としては、易黒鉛化炭素などが挙げられ、他の金
属化合物としては、酸化鉄,酸化ルテニウムあるいは酸
化モリブデンなどの酸化物、またはLiN3 などが挙げ
られ、高分子材料としてはポリアセチレン,ポリアニリ
ンあるいはポリピロールなどが挙げられる。Other negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium include other carbon materials, other metal compounds and polymer materials. Examples of other carbon materials include graphitizable carbon. Examples of other metal compounds include oxides such as iron oxide, ruthenium oxide and molybdenum oxide, and LiN 3. Examples of polymer materials include polyacetylene. , Polyaniline or polypyrrole.
【0040】また、この二次電池では、充電の過程にお
いて、開回路電圧(すなわち電池電圧)が過充電電圧よ
りも低い時点で負極22にリチウム金属が析出し始める
ようになっている。つまり、開回路電圧が過充電電圧よ
りも低い状態において負極22にリチウム金属が析出し
ており、負極22の容量は、リチウムの吸蔵・離脱によ
る容量成分と、リチウム金属の析出・溶解による容量成
分との和で表される。従って、この二次電池では、リチ
ウムを吸蔵・離脱可能な負極材料とリチウム金属との両
方が負極活物質として機能し、リチウムを吸蔵・離脱可
能な負極材料はリチウム金属が析出する際の基材となっ
ている。In this secondary battery, during the charging process, lithium metal starts to precipitate on the negative electrode 22 when the open circuit voltage (that is, the battery voltage) is lower than the overcharge voltage. That is, when the open circuit voltage is lower than the overcharge voltage, lithium metal is deposited on the negative electrode 22, and the capacity of the negative electrode 22 is based on the capacity component due to insertion and extraction of lithium and the capacity component due to deposition and dissolution of lithium metal. And the sum of Therefore, in this secondary battery, both the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium and the lithium metal function as the negative electrode active material, and the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is the base material when the lithium metal is deposited. It has become.
【0041】なお、過充電電圧というのは、電池が過充
電状態になった時の開回路電圧を指し、例えば、日本蓄
電池工業会(電池工業会)の定めた指針の一つである
「リチウム二次電池安全性評価基準ガイドライン」(S
BA G1101)に記載され定義される「完全充電」
された電池の開回路電圧よりも高い電圧を指す。また換
言すれば、各電池の公称容量を求める際に用いた充電方
法、標準充電方法、もしくは推奨充電方法を用いて充電
した後の開回路電圧よりも高い電圧を指す。具体的に
は、この二次電池では、例えば開回路電圧が4.2Vの
時に完全充電となり、開回路電圧が0V以上4.2V以
下の範囲内の一部においてリチウムを吸蔵・離脱可能な
負極材料の表面にリチウム金属が析出している。The overcharge voltage refers to an open circuit voltage when the battery is overcharged. For example, one of the guidelines set by the Japan Storage Battery Association (Battery Manufacturers Association) is “lithium”. Guideline for Secondary Battery Safety Evaluation Standards ”(S
"Full charge" as defined and defined in BA G1101)
Refers to a voltage higher than the open circuit voltage of the battery. In other words, it refers to a voltage higher than the open circuit voltage after charging using the charging method, the standard charging method, or the recommended charging method used to determine the nominal capacity of each battery. Specifically, in this secondary battery, for example, the battery is fully charged when the open circuit voltage is 4.2 V, and the negative electrode capable of inserting and extracting lithium in a part of the open circuit voltage in the range of 0 V or more and 4.2 V or less. Lithium metal is deposited on the surface of the material.
【0042】これにより、この二次電池では、高いエネ
ルギー密度を得ることができると共に、サイクル特性お
よび急速充電特性を向上させることができるようになっ
ている。これは、負極22にリチウム金属を析出させる
という点では負極にリチウム金属あるいはリチウム合金
を用いた従来のリチウム二次電池と同様であるが、リチ
ウムを吸蔵・離脱可能な負極材料にリチウム金属を析出
させるようにしたことにより、次のような利点が生じる
ためであると考えられる。Thus, in this secondary battery, a high energy density can be obtained, and the cycle characteristics and the rapid charging characteristics can be improved. This is similar to a conventional lithium secondary battery using lithium metal or a lithium alloy for the negative electrode in that lithium metal is deposited on the negative electrode 22, but lithium metal is deposited on a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium. This is considered to be because the following advantages are brought about by performing the operation.
【0043】第1に、従来のリチウム二次電池ではリチ
ウム金属を均一に析出させることが難しく、それがサイ
クル特性を劣化させる原因となっていたが、リチウムを
吸蔵・離脱可能な負極材料は一般的に表面積が大きいの
で、この二次電池ではリチウム金属を均一に析出させる
ことができることである。第2に、従来のリチウム二次
電池ではリチウム金属の析出・溶出に伴う体積変化が大
きく、それもサイクル特性を劣化させる原因となってい
たが、この二次電池ではリチウムを吸蔵・離脱可能な負
極材料の粒子間の隙間にもリチウム金属が析出するので
体積変化が少ないことである。第3に、従来のリチウム
二次電池ではリチウム金属の析出・溶解量が多ければ多
いほど上記の問題も大きくなるが、この二次電池ではリ
チウムを吸蔵・離脱可能な負極材料によるリチウムの吸
蔵・離脱も充放電容量に寄与するので、電池容量が大き
いわりにはリチウム金属の析出・溶解量が小さいことで
ある。第4に、従来のリチウム二次電池では急速充電を
行うとリチウム金属がより不均一に析出してしまうので
サイクル特性が更に劣化してしまうが、この二次電池で
は充電初期においてはリチウムを吸蔵・離脱可能な負極
材料にリチウムが吸蔵されるので急速充電が可能となる
ことである。First, in conventional lithium secondary batteries, it is difficult to deposit lithium metal uniformly, which causes deterioration of cycle characteristics. However, negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium are generally used. In this secondary battery, lithium metal can be uniformly deposited because of its large surface area. Second, in the conventional lithium secondary battery, the volume change accompanying the precipitation and elution of lithium metal was large, which also deteriorated the cycle characteristics. However, this secondary battery is capable of inserting and extracting lithium. The lithium metal precipitates also in the gaps between the particles of the negative electrode material, so that the volume change is small. Third, in a conventional lithium secondary battery, the larger the amount of lithium metal deposited / dissolved, the greater the above problem. However, in this secondary battery, lithium storage / removal by a negative electrode material capable of storing / removing lithium is performed. Since the detachment also contributes to the charge / discharge capacity, the amount of lithium metal deposited and dissolved is small in spite of the large battery capacity. Fourth, in a conventional lithium secondary battery, when rapid charging is performed, lithium metal precipitates more unevenly, so that cycle characteristics are further deteriorated. However, in this secondary battery, lithium is occluded in the initial stage of charging. -Fast charging is possible because lithium is occluded in the detachable negative electrode material.
【0044】これらの利点をより効果的に得るために
は、例えば、開回路電圧が過充電電圧になる前の最大電
圧時において負極22に析出するリチウム金属の最大析
出容量は、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料の充電
容量能力の0.05倍以上3.0倍以下であることが好
ましい。リチウム金属の析出量が多過ぎると従来のリチ
ウム二次電池と同様の問題が生じてしまい、少な過ぎる
と充放電容量を十分に大きくすることができないからで
ある。また、例えば、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極
材料の放電容量能力は、150mAh/g以上であるこ
とが好ましい。リチウムの吸蔵・離脱能力が大きいほど
リチウム金属の析出量は相対的に少なくなるからであ
る。なお、負極材料の充電容量能力は、例えば、リチウ
ム金属を対極として、この負極材料を負極活物質とした
負極について0Vまで定電流・定電圧法で充電した時の
電気量から求められる。負極材料の放電容量能力は、例
えば、これに引き続き、定電流法で10時間以上かけて
2.5Vまで放電した時の電気量から求められる。In order to obtain these advantages more effectively, for example, the maximum deposition capacity of lithium metal deposited on the negative electrode 22 at the maximum voltage before the open circuit voltage becomes the overcharge voltage is determined as follows. It is preferable that the charge capacity is 0.05 times or more and 3.0 times or less of the charge capacity of the detachable negative electrode material. If the amount of lithium metal deposited is too large, a problem similar to that of a conventional lithium secondary battery occurs, and if the amount is too small, the charge / discharge capacity cannot be sufficiently increased. Also, for example, the discharge capacity of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is preferably 150 mAh / g or more. This is because the greater the ability to insert and extract lithium, the smaller the amount of lithium metal deposited. The charge capacity of the negative electrode material is obtained, for example, from the amount of electricity when a negative electrode using lithium metal as a counter electrode and using the negative electrode material as a negative electrode active material is charged to 0 V by a constant current / constant voltage method. The discharge capacity capacity of the negative electrode material is obtained, for example, from the quantity of electricity when the battery is discharged to 2.5 V over 10 hours or more by the constant current method.
【0045】セパレータ23は、例えば、ポリテトラフ
ルオロエチレン,ポリプロピレンあるいはポリエチレン
などの合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多
孔質膜により構成されており、これら2種以上の多孔質
膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリオ
レフィン製の多孔質膜はショート防止効果に優れ、かつ
シャットダウン効果による電池の安全性向上を図ること
ができるので好ましい。特に、ポリエチレンは、100
℃以上160℃以下の範囲内においてシャットダウン効
果を得ることができ、かつ電気化学的安定性にも優れて
いるので、セパレータ23を構成する材料として好まし
い。また、ポリプロピレンも好ましく、他にも化学的安
定性を備えた樹脂であればポリエチレンあるいはポリプ
ロピレンと共重合させたり、またはブレンド化すること
で用いることができる。The separator 23 is made of, for example, a porous film made of a synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene or polyethylene, or a porous film made of ceramic. The structure may be modified. Above all, a polyolefin porous film is preferable because it has an excellent short-circuit prevention effect and can improve battery safety by a shutdown effect. In particular, polyethylene is 100
Since the shutdown effect can be obtained in the range of not less than 160 ° C. and the electrochemical stability is excellent, it is preferable as the material forming the separator 23. In addition, polypropylene is also preferable, and any other resin having chemical stability can be used by copolymerizing or blending with polyethylene or polypropylene.
【0046】このポリオレフィン製の多孔質膜は、例え
ば、溶融状態のポリオレフィン組成物に溶融状態で液状
の低揮発性溶媒を混練し、均一なポリオレフィン組成物
の高濃度溶液としたのち、これをダイスにより成型し、
冷却してゲル状シートとし、延伸することにより得られ
る。The porous film made of polyolefin is prepared, for example, by kneading a liquid low-volatile solvent in a molten state with a polyolefin composition in a molten state to obtain a uniform high-concentration solution of the polyolefin composition, and then dicing the mixture. Molded by
It is obtained by cooling into a gel-like sheet and stretching.
【0047】低揮発性溶媒としては、例えば、ノナン,
デカン,デカリン,p−キシレン,ウンデカンあるいは
流動パラフィンなどの低揮発性脂肪族または環式の炭化
水素を用いることができる。ポリオレフィン組成物と低
揮発性溶媒との配合割合は、両者の合計を100質量%
として、ポリオレフィン組成物が10質量%以上80質
量%以下、更には15質量%以上70質量%以下である
ことが好ましい。ポリオレフィン組成物が少なすぎる
と、成型時にダイス出口で膨潤あるいはネックインが大
きくなり、シート成形が困難となるからである。一方、
ポリオレフィン組成物が多すぎると、均一な溶液を調製
することが難しいからである。As the low volatile solvent, for example, nonane,
Low volatile aliphatic or cyclic hydrocarbons such as decane, decalin, p-xylene, undecane or liquid paraffin can be used. The mixing ratio of the polyolefin composition and the low-volatile solvent is 100% by mass of the total of both.
The content of the polyolefin composition is preferably from 10% by mass to 80% by mass, and more preferably from 15% by mass to 70% by mass. If the amount of the polyolefin composition is too small, swelling or neck-in becomes large at the die exit during molding, and sheet molding becomes difficult. on the other hand,
If the amount of the polyolefin composition is too large, it is difficult to prepare a uniform solution.
【0048】ポリオレフィン組成物の高濃度溶液をダイ
スにより成型する際には、シートダイスの場合、ギャッ
プは例えば0.1mm以上5mm以下とすることが好ま
しい。また、押し出し温度は140℃以上250℃以
下、押し出し速度は2cm/分以上30cm/分以下と
することが好ましい。When a high-concentration solution of the polyolefin composition is molded with a die, in the case of a sheet die, the gap is preferably, for example, 0.1 mm or more and 5 mm or less. Further, the extrusion temperature is preferably from 140 ° C. to 250 ° C., and the extrusion speed is preferably from 2 cm / min to 30 cm / min.
【0049】冷却は、少なくともゲル化温度以下まで行
う。冷却方法としては、冷風,冷却水,その他の冷却媒
体に直接接触させる方法、または冷媒で冷却したロール
に接触させる方法などを用いることができる。なお、ダ
イスから押し出したポリオレフィン組成物の高濃度溶液
は、冷却前あるいは冷却中に1以上10以下、好ましく
は1以上5以下の引取比で引き取ってもよい。引取比が
大きすぎると、ネックインが大きくなり、また延伸する
際に破断も起こしやすくなり、好ましくないからであ
る。The cooling is performed at least to a temperature below the gelation temperature. As a cooling method, a method of directly contacting with cold air, cooling water, or another cooling medium, a method of contacting with a roll cooled by a refrigerant, or the like can be used. The high-concentration solution of the polyolefin composition extruded from the die may be taken at a take-up ratio of 1 to 10 and preferably 1 to 5 before or during cooling. If the take-up ratio is too large, neck-in becomes large, and breakage tends to occur during stretching, which is not preferable.
【0050】ゲル状シートの延伸は、例えば、このゲル
状シートを加熱し、テンター法、ロール法、圧延法ある
いはこれらを組み合わせた方法により、二軸延伸で行う
ことが好ましい。その際、縦横同時延伸でも、逐次延伸
のいずれでもよいが、特に、同時二次延伸が好ましい。
延伸温度は、ポリオレフィン組成物の融点に10℃を加
えた温度以下、更には結晶分散温度以上融点未満とする
ことが好ましい。延伸温度が高すぎると、樹脂の溶融に
より延伸による効果的な分子鎖配向ができず好ましくな
いからであり、延伸温度が低すぎると、樹脂の軟化が不
十分となり、延伸の際に破膜しやすく、高倍率の延伸が
できないからである。The stretching of the gel-like sheet is preferably carried out by biaxial stretching, for example, by heating this gel-like sheet and employing a tenter method, a roll method, a rolling method or a combination thereof. At that time, either vertical or horizontal simultaneous stretching or sequential stretching may be used, but simultaneous secondary stretching is particularly preferable.
The stretching temperature is preferably equal to or lower than the temperature obtained by adding 10 ° C. to the melting point of the polyolefin composition, and more preferably equal to or higher than the crystal dispersion temperature and lower than the melting point. If the stretching temperature is too high, an effective molecular chain orientation due to stretching cannot be performed due to melting of the resin, which is not preferable.If the stretching temperature is too low, the softening of the resin becomes insufficient and the film breaks during stretching. This is because it is easy to perform stretching at a high magnification.
【0051】なお、ゲル状シートを延伸したのち、延伸
した膜を揮発溶剤で洗浄し、残留する低揮発性溶媒を除
去することが好ましい。洗浄したのちは、延伸した膜を
加熱あるいは送風により乾燥させ、洗浄溶媒を揮発させ
る。洗浄溶剤としては、例えば、ペンタン,ヘキサン,
ヘブタンなどの炭化水素、塩化メチレン,四塩化炭素な
どの塩素系炭化水素、三フッ化エタンなどのフッ化炭
素、またはジエチルエーテル,ジオキサンなどのエーテ
ル類のように易揮発性のものを用いる。洗浄溶剤は用い
た低揮発性溶媒に応じて選択され、単独あるいは混合し
て用いられる。洗浄は、揮発性溶剤に浸漬して抽出する
方法、揮発性溶剤を振り掛ける方法、あるいはこれらを
組み合わせた方法により行うことができる。この洗浄
は、延伸した膜中の残留低揮発性溶媒がポリオレフィン
組成物100質量部に対して1質量部未満となるまで行
う。After stretching the gel-like sheet, it is preferable to wash the stretched film with a volatile solvent to remove the remaining low-volatile solvent. After washing, the stretched film is dried by heating or blowing, and the washing solvent is volatilized. As the cleaning solvent, for example, pentane, hexane,
A volatile substance such as a hydrocarbon such as hebutane, a chlorinated hydrocarbon such as methylene chloride or carbon tetrachloride, a fluorocarbon such as ethane trifluoride, or an ether such as diethyl ether or dioxane is used. The washing solvent is selected according to the low-volatile solvent used, and used alone or in combination. The washing can be performed by a method of immersing in a volatile solvent for extraction, a method of sprinkling with a volatile solvent, or a method of combining these. This washing is performed until the residual low-volatile solvent in the stretched film becomes less than 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the polyolefin composition.
【0052】セパレータ23には、液状の電解質である
電解液が含浸されている。この電解液は、液状の溶媒、
例えば有機溶剤などの非水溶媒と、この非水溶媒に溶解
された電解質塩であるリチウム塩とを含んでいる。液状
の非水溶媒というのは、例えば、非水化合物よりなり、
25℃における固有粘度が10.0mPa・s以下のも
のを言う。このような非水溶媒としては、例えば、環状
炭酸エステルあるいは鎖状炭酸エステルにより代表され
る物質の1種または2種以上を混合したものが好まし
い。The separator 23 is impregnated with an electrolytic solution which is a liquid electrolyte. The electrolyte is a liquid solvent,
For example, it contains a non-aqueous solvent such as an organic solvent and a lithium salt which is an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent. The liquid non-aqueous solvent is, for example, a non-aqueous compound,
A material having an intrinsic viscosity at 25 ° C. of 10.0 mPa · s or less. As such a non-aqueous solvent, for example, a mixture of one or more substances represented by a cyclic carbonate or a chain carbonate is preferable.
【0053】具体的には、エチレンカーボネート、プロ
ピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレン
カーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクト
ン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、
2−メチル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、酢酸メチル、
プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、ジメチルカ
ーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカー
ボネート、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポ
ニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロ
ピロニトリル、N,N−ジメチルフォルムアミド、N−
メチルピロリジノン、N−メチルオキサゾリジノン、
N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、
ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシド、
燐酸トリメチルおよびこれらの化合物の水酸基の一部ま
たは全部をフッ素基に置換したものなどが挙げられる。
特に、優れた充放電容量特性および充放電サイクル特性
を実現するためには、エチレンカーボネート、プロピレ
ンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルカー
ボネート、エチルメチルカーボネートの少なくとも1種
を用いることが好ましい。Specifically, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran,
2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolan, 4-methyl-1,3-dioxolan, methyl acetate,
Methyl propionate, ethyl propionate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropyronitrile, N, N-dimethylformamide, N-
Methylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone,
N, N'-dimethylimidazolidinone, nitromethane,
Nitroethane, sulfolane, dimethyl sulfoxide,
Trimethyl phosphate and those obtained by substituting a part or all of the hydroxyl groups of these compounds with a fluorine group are exemplified.
In particular, in order to realize excellent charge / discharge capacity characteristics and charge / discharge cycle characteristics, it is preferable to use at least one of ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate.
【0054】リチウム塩としては、例えば、LiAsF
6 、LiPF6 、LiBF4 、LiClO4 、LiB
(C6 H5 )4 、LiCH3 SO3 、LiCF3 S
O3 、LiN(SO2 CF3 )2 、LiC(SO2 CF
3 )3 、LiAlCl4 、LiSiF6 、LiClおよ
びLiBrなどが挙げられ、これらのうちのいずれか1
種または2種以上が混合して用いられる。リチウム塩の
含有量(濃度)は溶媒に対して3.0mol/kg以下
であることが好ましく、0.5mol/kg以上であれ
ばより好ましい。この範囲内において電解液のイオン伝
導度を高くすることができるからである。As the lithium salt, for example, LiAsF
6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiB
(C 6 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 S
O 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiC (SO 2 CF
3 ) 3 , LiAlCl 4 , LiSiF 6 , LiCl, LiBr and the like.
Species or a mixture of two or more species is used. The content (concentration) of the lithium salt with respect to the solvent is preferably 3.0 mol / kg or less, more preferably 0.5 mol / kg or more. This is because the ionic conductivity of the electrolytic solution can be increased within this range.
【0055】なお、電解液に代えて、ホスト高分子化合
物に電解液を保持させたゲル状の電解質を用いてもよ
い。ゲル状の電解質は、イオン伝導度が室温で1mS/
cm以上であるものであればよく、組成およびホスト高
分子化合物の構造に特に限定はない。電解液(すなわち
液状の溶媒および電解質塩)については上述のとおりで
ある。ホスト高分子化合物としては、例えば、ポリアク
リロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニ
リデンとポリヘキサフルオロプロピレンの共重合体、ポ
リテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピ
レン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサ
イド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸
ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチ
ル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブ
タジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレ
ンあるいはポリカーボネートが挙げられる。特に、電気
化学的安定性の点からは、ポリアクリロニトリル、ポリ
フッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンある
いはポリエチレンオキサイドの構造を持つ高分子化合物
を用いることが望ましい。電解液に対するホスト高分子
化合物の添加量は、両者の相溶性によっても異なるが、
通常、電解液の5質量%〜50質量%に相当するホスト
高分子化合物を添加することが好ましい。In place of the electrolytic solution, a gel electrolyte in which the host polymer compound holds the electrolytic solution may be used. The gel electrolyte has an ionic conductivity of 1 mS /
cm or more, and there is no particular limitation on the composition and the structure of the host polymer compound. The electrolytic solution (that is, the liquid solvent and the electrolyte salt) is as described above. As the host polymer compound, for example, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, a copolymer of polyvinylidene fluoride and polyhexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, poly Examples include siloxane, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene and polycarbonate. In particular, from the viewpoint of electrochemical stability, it is desirable to use a polymer compound having a structure of polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, or polyethylene oxide. The amount of the host polymer compound added to the electrolyte varies depending on the compatibility of both,
Usually, it is preferable to add a host polymer compound corresponding to 5% by mass to 50% by mass of the electrolytic solution.
【0056】また、リチウム塩の濃度は、電解液と同様
に、溶媒に対して3.0mol/kg以下であることが
好ましく、0.5mol/kg以上であればより好まし
い。但し、ここで溶媒というのは、液状の溶媒のみを意
味するのではなく、電解質塩を解離させることができ、
イオン伝導性を有するものを広く含む概念である。よっ
て、ホスト高分子化合物にイオン伝導性を有するものを
用いる場合には、そのホスト高分子化合物も溶媒に含ま
れる。The concentration of the lithium salt is preferably 3.0 mol / kg or less, more preferably 0.5 mol / kg or more, based on the solvent, as in the case of the electrolytic solution. However, the solvent here does not mean only a liquid solvent, but can dissociate the electrolyte salt,
This concept broadly includes those having ionic conductivity. Therefore, when a host polymer having ion conductivity is used, the host polymer is also included in the solvent.
【0057】この二次電池は、例えば、次のようにして
製造することができる。This secondary battery can be manufactured, for example, as follows.
【0058】まず、例えば、リチウムを吸蔵・離脱可能
な正極材料と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤
を調製し、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドン
などの溶剤に分散してペースト状の正極合剤スラリーと
する。この正極合剤スラリーを正極集電体21aに塗布
し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧
縮成型して正極合剤層21bを形成し、正極21を作製
する。First, for example, a positive electrode material is prepared by mixing a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium, a conductive agent, and a binder, and this positive electrode mixture is mixed with N-methyl-2-pyrrolidone or the like. To a paste-like positive electrode mixture slurry. The positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode current collector 21a, the solvent is dried, and then compression-molded by a roll press or the like to form the positive electrode mixture layer 21b, and the positive electrode 21 is manufactured.
【0059】次いで、例えば、リチウムを吸蔵・離脱可
能な負極材料と、結着剤とを混合して負極合剤を調製
し、この負極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの
溶剤に分散してペースト状の負極合剤スラリーとする。
この負極合剤スラリーを負極集電体22aに塗布し溶剤
を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型
して負極合剤層22bを形成し、負極22を作製する。Next, for example, a negative electrode mixture is prepared by mixing a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium and a binder, and this negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone. To form a paste-like negative electrode mixture slurry.
The negative electrode mixture slurry is applied to the negative electrode current collector 22a, the solvent is dried, and then compression-molded by a roll press or the like to form the negative electrode mixture layer 22b, thereby producing the negative electrode 22.
【0060】続いて、正極集電体21aに正極リード2
5を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体22
aに負極リード26を溶接などにより取り付ける。その
のち、正極21と負極22とをセパレータ23を介して
巻回し、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶
接すると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に
溶接して、巻回した正極21および負極22を一対の絶
縁板12,13で挟み電池缶11の内部に収納する。正
極21および負極22を電池缶11の内部に収納したの
ち、電解質を電池缶11の内部に注入し、セパレータ2
3に含浸させる。そののち、電池缶11の開口端部に電
池蓋14,安全弁機構15および熱感抵抗素子16をガ
スケット17を介してかしめることにより固定する。こ
れにより、図1に示した二次電池が形成される。Subsequently, the positive electrode lead 2 is connected to the positive electrode current collector 21a.
5 is attached by welding or the like.
The negative electrode lead 26 is attached to “a” by welding or the like. After that, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound via the separator 23, and the tip of the positive electrode lead 25 is welded to the safety valve mechanism 15, and the tip of the negative electrode lead 26 is welded to the battery can 11. The positive electrode 21 and the negative electrode 22 sandwiched between the pair of insulating plates 12 and 13 are housed inside the battery can 11. After housing the positive electrode 21 and the negative electrode 22 inside the battery can 11, an electrolyte is injected into the inside of the battery can 11,
3 impregnated. After that, the battery lid 14, the safety valve mechanism 15, and the thermal resistance element 16 are fixed to the open end of the battery can 11 by caulking via the gasket 17. Thereby, the secondary battery shown in FIG. 1 is formed.
【0061】この二次電池は次のように作用する。This secondary battery operates as follows.
【0062】この二次電池では、充電を行うと、正極合
剤層21bからリチウムイオンが離脱し、セパレータ2
3に含浸された電解液を介して、まず、負極合剤層22
bに含まれるリチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料に吸
蔵される。更に充電を続けると、開回路電圧が過充電電
圧よりも低い状態において、充電容量がリチウムを吸蔵
・離脱可能な負極材料の充電容量能力を超え、リチウム
を吸蔵・離脱可能な負極材料の表面にリチウム金属が析
出し始める。そののち、充電を終了するまで負極22に
はリチウム金属が析出し続ける。これにより、負極合剤
層22bの外観は、例えばリチウムを吸蔵・離脱可能な
負極材料として炭素材料を用いる場合、黒色から黄金
色、更には白銀色へと変化する。In this secondary battery, when charged, lithium ions are released from the positive electrode mixture layer 21b, and the separator 2
First, the negative electrode mixture layer 22
The lithium contained in b is stored in a negative electrode material that can be inserted and extracted. When charging is further continued, in the state where the open circuit voltage is lower than the overcharge voltage, the charge capacity exceeds the charge capacity capacity of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium, and the surface of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is charged. Lithium metal begins to precipitate. Thereafter, lithium metal continues to be deposited on the negative electrode 22 until charging is completed. As a result, the appearance of the negative electrode mixture layer 22b changes from black to golden, and further to white silver when, for example, a carbon material is used as the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium.
【0063】次いで、放電を行うと、まず、負極22に
析出したリチウム金属がイオンとなって溶出し、セパレ
ータ23に含浸された電解液を介して、正極合剤層21
bに吸蔵される。更に放電を続けると、負極合剤層22
b中のリチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料に吸蔵され
たリチウムイオンが離脱し、電解液を介して正極合剤層
21bに吸蔵される。よって、この二次電池では、従来
のいわゆるリチウム二次電池およびリチウムイオン二次
電池の両方の特性、すなわち高いエネルギー密度および
良好な充放電サイクル特性が得られる。Next, when discharging is performed, first, the lithium metal deposited on the negative electrode 22 is eluted as ions, and the positive electrode mixture layer 21 is passed through the electrolytic solution impregnated in the separator 23.
b. When the discharge is further continued, the negative electrode mixture layer 22
The lithium ions occluded in the negative electrode material capable of occluding and releasing lithium in b are released and occluded in the positive electrode mixture layer 21b via the electrolytic solution. Therefore, in this secondary battery, the characteristics of both the conventional so-called lithium secondary battery and lithium ion secondary battery, that is, high energy density and good charge / discharge cycle characteristics are obtained.
【0064】特に本実施の形態では、負極がリチウムを
吸蔵および離脱することが可能な負極材料として黒鉛お
よび難黒鉛化炭素を含んでいるので、充放電時の体積変
化が小さくなり、負極材料間の接着性が向上する。よっ
て、内部抵抗の増加が抑制され、充放電サイクル特性が
より改善される。In particular, in this embodiment, since the negative electrode contains graphite and non-graphitizable carbon as the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium, the change in volume during charge and discharge is small, and the negative electrode material Is improved in adhesiveness. Therefore, an increase in the internal resistance is suppressed, and the charge / discharge cycle characteristics are further improved.
【0065】このように、本実施の形態によれば、負極
が黒鉛および難黒鉛化炭素を含むようにしたので、負極
材料間の接着性を向上させることができ、より良好な充
放電サイクル特性を得ることができる。As described above, according to the present embodiment, since the negative electrode contains graphite and non-graphitizable carbon, the adhesiveness between the negative electrode materials can be improved, and more favorable charge / discharge cycle characteristics can be obtained. Can be obtained.
【0066】特に、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材
料における難黒鉛化炭素の含有量を3質量%以上60質
量%以下とするようにすれば、より優れた充放電サイク
ル特性を得ることができる。In particular, when the content of the non-graphitizable carbon in the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is adjusted to 3% by mass or more and 60% by mass or less, more excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained. .
【0067】[0067]
【実施例】更に、本発明の具体的な実施例について、図
1および図2を参照して詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Further, a specific embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
【0068】(実施例1〜8)まず、炭酸リチウム(L
i2 CO3 )と炭酸コバルト(CoCO3 )とを、Li
2 CO3 :CoCO3 =0.5:1(モル比)の割合で
混合し、空気中において900℃で5時間焼成して、正
極材料としてのリチウム・コバルト複合酸化物(LiC
oO2 )を得た。次いで、このリチウム・コバルト複合
酸化物粉末91質量部と、導電剤であるグラファイト6
質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン3質量部
とを混合して正極合剤を調製した。正極合剤を調製した
のち、この正極合剤を溶剤であるN−メチル−2−ピロ
リドンに分散して正極合剤スラリーとし、厚み20μm
の帯状アルミニウム箔よりなる正極集電体21aの両面
に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型
して正極合剤層21bを形成し、厚み174μmの正極
21を作製した。そののち、正極集電体21aの一端に
アルミニウム製の正極リード25を取り付けた。(Examples 1 to 8) First, lithium carbonate (L
i 2 CO 3 ) and cobalt carbonate (CoCO 3 )
2 CO 3 : CoCO 3 = 0.5: 1 (molar ratio) and mixed in air at 900 ° C. for 5 hours to obtain a lithium-cobalt composite oxide (LiC
oO 2 ). Next, 91 parts by mass of the lithium-cobalt composite oxide powder and graphite 6 as a conductive agent were added.
The positive electrode mixture was prepared by mixing parts by mass with 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder. After preparing the positive electrode mixture, this positive electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to form a positive electrode mixture slurry, and the thickness was 20 μm.
Was uniformly coated on both sides of a positive electrode current collector 21a made of a strip-shaped aluminum foil, dried, and compression-molded with a roll press to form a positive electrode mixture layer 21b, thereby producing a positive electrode 21 having a thickness of 174 μm. After that, a positive electrode lead 25 made of aluminum was attached to one end of the positive electrode current collector 21a.
【0069】また、石油ピッチを不活性ガス気流中にお
いて1000℃で焼成し、ガラス状炭素に近い性質を有
する難黒鉛化炭素を得た。得られた難黒鉛化炭素につい
てX線回折測定を行ったところ、(002)面の面間隔
は0.376nmであり、真比重は1.58g/cm3
であった。次いで、この難黒鉛化炭素を粉砕して平均粒
径10μmの粉末状としたのち、この難黒鉛化炭素粉末
と、(002)面の面間隔が0.3358nmの粒状人
造黒鉛粉末とを混合し、負極材料とした。その際、難黒
鉛化炭素と人造黒鉛との混合比(質量%)は、実施例1
〜8で表1に示したように変化させた。Further, the petroleum pitch was calcined at 1000 ° C. in an inert gas stream to obtain non-graphitizable carbon having properties close to glassy carbon. X-ray diffraction measurement was performed on the obtained non-graphitizable carbon. The (002) plane spacing was 0.376 nm, and the true specific gravity was 1.58 g / cm 3.
Met. Next, the non-graphitizable carbon is pulverized into a powder having an average particle diameter of 10 μm, and then mixed with the non-graphitizable carbon powder and a granular artificial graphite powder having a (002) plane spacing of 0.3358 nm. , And a negative electrode material. At that time, the mixing ratio (% by mass) of the non-graphitizable carbon and the artificial graphite was determined in Example 1.
88 was changed as shown in Table 1.
【0070】[0070]
【表1】 [Table 1]
【0071】続いて、この負極材料90質量部と、結着
剤であるポリフッ化ビニリデン10質量部と混合して負
極合剤を調整し、溶媒であるN−メチル−2−ピロリド
ンに分散させてスラリー状としたのち、厚さ10μmの
帯状の銅箔よりなる負極集電体22aの両面に均一に塗
布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して負極合
剤層22bを形成し、厚み130μmの負極22を作製
した。そののち、負極集電体22aの一端にニッケル製
の負極リード26を取り付けた。Subsequently, 90 parts by mass of this negative electrode material and 10 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed to prepare a negative electrode mixture, and the mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent. After being made into a slurry, the negative electrode current collector 22a made of a strip-shaped copper foil having a thickness of 10 μm is evenly applied to both surfaces and dried, and compression molded by a roll press to form a negative electrode mixture layer 22b. A 130 μm negative electrode 22 was produced. After that, a negative electrode lead 26 made of nickel was attached to one end of the negative electrode current collector 22a.
【0072】正極21および負極22をそれぞれ作製し
たのち、厚み25μmの微多孔性ポリエチレンフィルム
よりなるセパレータ23を用意し、負極22,セパレー
タ23,正極21,セパレータ23の順に積層してこの
積層体を渦巻状に多数回巻回し、巻回電極体20を作製
した。After each of the positive electrode 21 and the negative electrode 22 was prepared, a separator 23 made of a microporous polyethylene film having a thickness of 25 μm was prepared, and the negative electrode 22, the separator 23, the positive electrode 21, and the separator 23 were laminated in this order. The spirally wound electrode body 20 was produced by spirally winding many times.
【0073】巻回電極体20を作製したのち、巻回電極
体20を一対の絶縁板12,13で挟み、負極リード2
6を電池缶11に溶接すると共に、正極リード25を安
全弁機構15に溶接して、巻回電極体20をニッケルめ
っきした鉄製の電池缶11の内部に収納した。そのの
ち、電池缶11の内部に電解液を注入した。電解液に
は、エチレンカーボネート35質量%と、ジメチルカー
ボネート50質量%と、エチルメチルカーボネート15
質量%とを混合した溶媒に、電解質塩としてLiPF6
を溶媒に対して1.2mol/kgの含有量で溶解させ
たものを用いた。After the wound electrode body 20 has been manufactured, the wound electrode body 20 is sandwiched between a pair of insulating plates 12 and 13, and the negative electrode lead 2 is formed.
6 was welded to the battery can 11, the positive electrode lead 25 was welded to the safety valve mechanism 15, and the spirally wound electrode body 20 was housed inside the nickel-plated iron battery can 11. After that, the electrolytic solution was injected into the battery can 11. The electrolytic solution contained 35% by mass of ethylene carbonate, 50% by mass of dimethyl carbonate, and 15% by mass of ethyl methyl carbonate.
And LiPF 6 as an electrolyte salt in a solvent mixed with
Was dissolved in a solvent at a content of 1.2 mol / kg.
【0074】電池缶11の内部に電解液を注入したの
ち、表面にアスファルトを塗布したガスケット17を介
して電池蓋14を電池缶11にかしめることにより、実
施例1〜8について直径14mm、高さ65mmのジェ
リーロール型二次電池を得た。After injecting the electrolytic solution into the battery can 11, the battery lid 14 was caulked to the battery can 11 via a gasket 17 coated with asphalt on the surface, so that Examples 1 to 8 had a diameter of 14 mm and a height of 14 mm. A jelly roll type secondary battery having a thickness of 65 mm was obtained.
【0075】得られた実施例1〜8の二次電池につい
て、充放電試験を行い、電池の定格放電容量および放電
容量維持率を求めた。その際、充電は、400mAの定
電流で電池電圧が4.2Vに達するまで行ったのち、
4.2Vの定電圧で充電時間の総計が4時間に達するま
で行った。充電終了直前の正極21と負極22との間の
電圧は4.2V、電流値は5mA以下であった。一方、
放電は、400mAの定電流で電池電圧が2.5Vに達
するまで行った。ちなみに、ここに示した条件で充放電
を行えば、完全充電状態および完全放電状態となる。な
お、定格放電容量は、2サイクル目の放電容量とし、放
電容量維持率は、2サイクル目の放電容量に対する20
0サイクル目の放電容量の比率、すなわち(200サイ
クル目の放電容量/2サイクル目の放電容量)×100
として算出した。得られた結果を表1に示す。The obtained secondary batteries of Examples 1 to 8 were subjected to a charge / discharge test, and the rated discharge capacity and the discharge capacity retention of the batteries were determined. At this time, charging was performed at a constant current of 400 mA until the battery voltage reached 4.2 V.
The test was performed at a constant voltage of 4.2 V until the total charging time reached 4 hours. The voltage between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 immediately before the end of charging was 4.2 V, and the current value was 5 mA or less. on the other hand,
Discharging was performed at a constant current of 400 mA until the battery voltage reached 2.5 V. By the way, when charging and discharging are performed under the conditions shown here, a fully charged state and a completely discharged state are obtained. The rated discharge capacity is the discharge capacity at the second cycle, and the discharge capacity retention ratio is 20% of the discharge capacity at the second cycle.
Ratio of the discharge capacity at the 0th cycle, that is, (discharge capacity at the 200th cycle / discharge capacity at the 2nd cycle) × 100
It was calculated as Table 1 shows the obtained results.
【0076】また、実施例1〜8の二次電池について、
上述した条件で1サイクル充放電を行ったのち再度完全
充電させたものを解体し、目視および 7Li核磁気共鳴
分光法により、負極合剤層22bにリチウム金属が析出
しているか否かを調べた。更に、上述した条件で2サイ
クル充放電を行い、完全放電させたものを解体し、同様
にして、負極合剤層22bにリチウム金属が析出してい
るか否かを調べた。それらの結果も表1に示す。Further, with respect to the secondary batteries of Examples 1 to 8,
Dismantle those one cycle charge and discharge was later allowed to fully charged again conducted under conditions described above, visually and 7 Li nuclear magnetic resonance spectroscopy, examined whether lithium metal in the negative electrode mixture layer 22b is deposited Was. Further, two cycles of charge and discharge were performed under the above-described conditions, and the completely discharged battery was disassembled, and similarly, it was examined whether or not lithium metal had precipitated on the negative electrode mixture layer 22b. The results are also shown in Table 1.
【0077】本実施例に対する比較例1,2として、負
極材料として人造黒鉛または難黒鉛化炭素のみを用いた
ことを除き、他は本実施例と同様にして二次電池を作製
した。また、本実施例に対する比較例3,4として、負
極合剤層を厚くして負極の厚みを180μmとし、リチ
ウムを吸蔵・離脱可能な負極材料の量を増やして充電時
にリチウム金属が析出しないようにし、本実施例と同様
にして二次電池を作製した。その際、比較例3では負極
材料として人造黒鉛のみを用い、比較例4では難黒鉛化
炭素および人造黒鉛を用い、その混合比は実施例4と同
一とした。比較例1〜4の二次電池についても、本実施
例と同様にして充放電試験を行い、電池の定格放電容
量、放電容量維持率および完全充電状態と完全放電状態
とにおけるリチウム金属の析出の有無を調べた。得られ
た結果を表1に示す。As Comparative Examples 1 and 2 with respect to this embodiment, secondary batteries were manufactured in the same manner as this embodiment except that only artificial graphite or non-graphitizable carbon was used as the negative electrode material. Further, as Comparative Examples 3 and 4 with respect to the present example, the thickness of the negative electrode mixture layer was increased to 180 μm, and the amount of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium was increased so that lithium metal did not precipitate during charging. Then, a secondary battery was fabricated in the same manner as in this example. At that time, in Comparative Example 3, only artificial graphite was used as the negative electrode material, in Comparative Example 4, non-graphitizable carbon and artificial graphite were used, and the mixing ratio was the same as that in Example 4. The secondary batteries of Comparative Examples 1 to 4 were also subjected to a charge / discharge test in the same manner as in this example, and the rated discharge capacity of the battery, the discharge capacity retention rate, and the deposition of lithium metal in the fully charged state and the completely discharged state The presence or absence was checked. Table 1 shows the obtained results.
【0078】表1に示したように、実施例1〜8および
比較例1,2では、完全充電状態において負極合剤層2
2bに白銀色の析出物が見られ、 7Li核磁気共鳴分光
法によりリチウム金属に帰属するピークが得られた。す
なわち、リチウム金属の析出が認められた。また、完全
充電状態では、 7Li核磁気共鳴分光法により、リチウ
ムイオンに帰属するピークも得られ、負極合剤層22b
において黒鉛の層間にリチウムイオンが吸蔵されている
ことが認められた。一方、完全放電状態では、負極合剤
層22bは黒色で白銀色の析出物は見られず、 7Li核
磁気共鳴分光法によっても、リチウム金属に帰属するピ
ークは見られなかった。また、リチウムイオンに帰属す
るピークはわずかに認められる程度であった。すなわ
ち、負極22の容量は、リチウム金属の析出・溶解によ
る容量成分とリチウムイオンの吸蔵・離脱による容量成
分との和により表されることが確認された。As shown in Table 1, in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2, the negative electrode mixture layer 2
2b, a silvery white precipitate is seen, 7Li nuclear magnetic resonance spectroscopy gave a peak attributed to lithium metal. That is, deposition of lithium metal was observed. In a fully charged state, By 7Li nuclear magnetic resonance spectroscopy, a peak attributed to lithium ions was also obtained, and the negative electrode mixture layer 22b
It was confirmed that lithium ions were occluded between graphite layers. On the other hand, in the completely discharged state, the negative electrode mixture layer 22b does not show black and silvery precipitates, 7Li nuclear magnetic resonance spectroscopy did not show any peak attributed to lithium metal. Further, the peak attributed to lithium ions was slightly recognized. That is, it was confirmed that the capacity of the negative electrode 22 was represented by the sum of the capacity component due to deposition and dissolution of lithium metal and the capacity component due to occlusion and desorption of lithium ions.
【0079】これに対して、比較例3,4では、完全充
電状態において、白銀色の析出物は認められず、黄金色
であり、 7Li核磁気共鳴分光法によってもリチウム金
属に帰属するピークは見られず、リチウムイオンに帰属
するピークのみが得られた。一方、完全放電状態では、
黒色であり、 7Li核磁気共鳴分光法によっても、リチ
ウム金属に帰属するピークは見らず、リチウムイオンに
帰属するピークがわずかに認められた。すなわち、負極
の容量は、リチウムイオンの吸蔵・離脱による容量によ
り表され、比較例3,4は既存のリチウムイオン二次電
池であることが確認された。On the other hand, in Comparative Examples 3 and 4, in the fully charged state, no silvery white precipitate was observed, and the color was golden. By 7Li nuclear magnetic resonance spectroscopy, no peak attributed to lithium metal was observed, and only a peak attributed to lithium ion was obtained. On the other hand, in a completely discharged state,
Black By 7Li nuclear magnetic resonance spectroscopy, no peak attributed to lithium metal was observed, and a slight peak attributed to lithium ions was observed. That is, the capacity of the negative electrode was represented by the capacity due to insertion and extraction of lithium ions, and it was confirmed that Comparative Examples 3 and 4 were existing lithium ion secondary batteries.
【0080】また、表1から分かるように、難黒鉛化炭
素および人造黒鉛を含む実施例1〜8は、難黒鉛化炭素
を含まない比較例1および人造黒鉛を含まない比較例2
に比べて、高い放電容量維持率が得られた。これに対し
て、リチウムイオン二次電池である比較例3,4では、
難黒鉛化炭素を含まない比較例3も、難黒鉛化炭素と人
造黒鉛と混合した比較例4も、放電容量維持率にほとん
ど差がなかった。As can be seen from Table 1, Examples 1 to 8 containing non-graphitizable carbon and artificial graphite were Comparative Examples 1 and 2 containing no non-graphitizable carbon and Comparative Examples 2 and 3, respectively.
, A higher discharge capacity retention ratio was obtained. In contrast, in Comparative Examples 3 and 4, which are lithium ion secondary batteries,
In Comparative Example 3 containing no graphitizable carbon and Comparative Example 4 in which graphitizable carbon was mixed with artificial graphite, there was almost no difference in the discharge capacity retention ratio.
【0081】すなわち、負極に難黒鉛化炭素および人造
黒鉛を含むようにすれば、充放電サイクル特性を向上さ
せることができ、特に、負極22の容量が、軽金属の吸
蔵および離脱による容量成分と、軽金属の析出および溶
解による容量成分との和により表される二次電池におい
て高い効果を得られることが分かった。That is, if the negative electrode contains non-graphitizable carbon and artificial graphite, the charge / discharge cycle characteristics can be improved. In particular, the capacity of the negative electrode 22 is reduced by the capacity component due to occlusion and desorption of the light metal. It has been found that a high effect can be obtained in a secondary battery represented by the sum of a capacity component due to precipitation and dissolution of light metal.
【0082】また、実施例1〜8の結果から、放電容量
維持率は、難黒鉛化炭素の含有量を増加させると大きく
なり、極大値を示したのち小さくなる傾向が見られた。
中でも、難黒鉛化炭素の含有量を3質量%以上60%以
下とした実施例2〜7では、放電容量維持率について8
0.2%以上の高い値が得られた。すなわち、負極材料
における難黒鉛化炭素の含有量を3質量%以上60質量
%以下とすれば、より高い効果を得られることが分かっ
た。Further, from the results of Examples 1 to 8, the discharge capacity retention ratio tended to increase as the content of non-graphitizable carbon increased, and tended to decrease after reaching the maximum value.
Above all, in Examples 2 to 7 in which the content of the non-graphitizable carbon was 3% by mass or more and 60% or less, the discharge capacity retention ratio was 8%.
High values of 0.2% or more were obtained. That is, it was found that a higher effect can be obtained by setting the content of the non-graphitizable carbon in the negative electrode material to 3% by mass or more and 60% by mass or less.
【0083】更に、定格放電容量については、難黒鉛化
炭素の混合比が高くなるにつれて低くなる傾向が見られ
たが、実施例1〜8および比較例1,2におていはいず
れも良好な結果が得られた。Further, the rated discharge capacity tended to decrease as the mixing ratio of the non-graphitizable carbon increased, but in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2, all of the rated discharge capacities were good. The result was obtained.
【0084】なお、上記実施例では、リチウムを吸蔵・
離脱可能な負極材料として難黒鉛化炭素と黒鉛とを混合
して用いた場合について具体的に説明したが、リチウム
を吸蔵・離脱可能な他の負極材料を難黒鉛化炭素および
黒鉛に加えて用いても、同様の結果を得ることができ
る。Note that in the above embodiment, lithium was absorbed and stored.
Although the case where a non-graphitizable carbon and graphite are mixed and used as a detachable negative electrode material has been specifically described, other negative electrode materials capable of absorbing and releasing lithium are used in addition to the non-graphitizable carbon and graphite. However, a similar result can be obtained.
【0085】以上、実施の形態および実施例を挙げて本
発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施
例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例
えば、上記実施の形態および実施例においては、軽金属
としてリチウムを用いる場合について説明したが、ナト
リウム(Na)あるいはカリウム(K)などの他のアル
カリ金属、またはマグネシウム(Mg)あるいはカルシ
ウム(Ca)などのアルカリ土類金属、またはアルミニ
ウム(Al)などの他の軽金属、またはリチウムあるい
はこれらの合金を用いる場合についても、本発明を適用
することができ、同様の効果を得ることができる。その
際、軽金属を吸蔵および離脱することが可能な負極材
料、正極材料、非水溶媒、あるいは電解質塩などは、そ
の軽金属に応じて選択される。但し、軽金属としてリチ
ウムまたはリチウムを含む合金を用いるようにすれば、
現在実用化されているリチウムイオン二次電池との電圧
互換性が高いので好ましい。なお、軽金属としてリチウ
ムを含む合金を用いる場合には、電解質中にリチウムと
合金を形成可能な物質が存在し、析出の際に合金を形成
してもよく、また、負極にリチウムと合金を形成可能な
物質が存在し、析出の際に合金を形成してもよい。Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and can be variously modified. For example, in the above embodiments and examples, the case where lithium is used as the light metal has been described. However, another alkali metal such as sodium (Na) or potassium (K), or magnesium (Mg) or calcium (Ca) is used. The present invention can also be applied to the case where an alkaline earth metal, other light metal such as aluminum (Al), lithium or an alloy thereof is used, and the same effect can be obtained. At that time, a negative electrode material, a positive electrode material, a non-aqueous solvent, an electrolyte salt or the like capable of inserting and extracting a light metal is selected according to the light metal. However, if lithium or an alloy containing lithium is used as the light metal,
It is preferable because it has high voltage compatibility with lithium ion secondary batteries currently in practical use. When an alloy containing lithium is used as the light metal, a substance capable of forming an alloy with lithium exists in the electrolyte, and an alloy may be formed at the time of deposition. Possible substances are present and may form an alloy upon precipitation.
【0086】また、上記実施の形態および実施例におい
ては、電解液または固体状の電解質の1種であるゲル状
の電解質を用いる場合について説明したが、他の電解質
を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例え
ば、イオン伝導性を有する高分子化合物に電解質塩を分
散させた有機固体電解質、イオン伝導性セラミックス,
イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などよりなる
無機固体電解質、またはこれらの無機固体電解質と電解
液とを混合したもの、またはこれらの無機固体電解質と
ゲル状の電解質あるいは有機固体電解質とを混合したも
のが挙げられる。Further, in the above embodiments and examples, the case where a gel electrolyte which is one kind of the electrolyte or the solid electrolyte is used has been described. However, another electrolyte may be used. Other electrolytes include, for example, an organic solid electrolyte in which an electrolyte salt is dispersed in a polymer compound having ion conductivity, an ion conductive ceramic,
Inorganic solid electrolytes made of ion-conductive glass or ionic crystals, or mixtures of these inorganic solid electrolytes and electrolytes, or mixtures of these inorganic solid electrolytes and gel electrolytes or organic solid electrolytes Is mentioned.
【0087】更に、上記実施の形態および実施例におい
ては、巻回構造を有する円筒型の二次電池について説明
したが、本発明は、巻回構造を有する楕円型あるいは多
角形型の二次電池、または正極および負極を折り畳んだ
りあるいは積み重ねた構造を有する二次電池についても
同様に適用することができる。加えて、いわゆるコイン
型,ボタン型あるいはカード型など二次電池についても
適用することができる。また、二次電池に限らず、一次
電池についても適用することができる。Further, in the above embodiments and examples, a cylindrical secondary battery having a wound structure has been described. However, the present invention relates to an elliptical or polygonal secondary battery having a wound structure. Alternatively, the present invention can be similarly applied to a secondary battery having a structure in which a positive electrode and a negative electrode are folded or stacked. In addition, the present invention can be applied to a secondary battery such as a coin type, a button type, and a card type. Further, the invention is not limited to the secondary battery, and can be applied to a primary battery.
【0088】[0088]
【発明の効果】以上説明したように請求項1ないし請求
項5のいずれか1に記載の電池によれば、負極が軽金属
を吸蔵および離脱することが可能な負極材料として黒鉛
および難黒鉛化炭素を含むようにしたので、負極材料間
の接着性を向上させることができ、より良好な充放電サ
イクル特性を得ることができる。As described above, according to the battery according to any one of claims 1 to 5, graphite and non-graphitizable carbon are used as a negative electrode material in which the negative electrode can occlude and release light metals. , The adhesion between the negative electrode materials can be improved, and better charge / discharge cycle characteristics can be obtained.
【0089】特に、請求項2記載の電池によれば、リチ
ウムを吸蔵および離脱することが可能な負極材料におけ
る難黒鉛化炭素の含有量を3質量%以上60質量%以下
とするようにしたので、より優れた充放電サイクル特性
を得ることができる。In particular, according to the battery of the second aspect, the content of the non-graphitizable carbon in the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is set to 3% by mass or more and 60% by mass or less. And more excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained.
【図1】本発明の一実施の形態に係る二次電池の構成を
表す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1に示した二次電池における巻回電極体の一
部を拡大して表す断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a part of a wound electrode body in the secondary battery shown in FIG.
11…電池缶、12,13…絶縁板、14…電池蓋、1
5…安全弁機構、15a…ディスク板、16…熱感抵抗
素子、17…ガスケット、20…巻回電極体、21…正
極、21a…正極集電体、21b…正極合剤層、22…
負極、22a…負極集電体、22b…負極合剤層、23
…セパレータ、24…センターピン、25…正極リー
ド、26…負極リード11 ... battery can, 12, 13 ... insulating plate, 14 ... battery lid, 1
Reference numeral 5: safety valve mechanism, 15a: disk plate, 16: thermal resistance element, 17: gasket, 20: wound electrode body, 21: positive electrode, 21a: positive electrode current collector, 21b: positive electrode mixture layer, 22:
Negative electrode, 22a: negative electrode current collector, 22b: negative electrode mixture layer, 23
... Separator, 24 ... Center pin, 25 ... Positive electrode lead, 26 ... Negative electrode lead
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足立 百恵 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 柴本 悟郎 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 5H029 AJ06 AK03 AL06 AL12 AL18 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ27 HJ01 HJ19 5H050 AA12 BA17 CA07 CA08 CA09 CB07 CB12 HA01 HA19 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Momoe Adachi 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation (72) Inventor Goro Shibamoto 6-35-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation F term (reference) 5H029 AJ06 AK03 AL06 AL12 AL18 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ27 HJ01 HJ19 5H050 AA12 BA17 CA07 CA08 CA09 CB07 CB12 HA01 HA19
Claims (5)
池であって、 前記負極の容量は、軽金属の吸蔵および離脱による容量
成分と、軽金属の析出および溶解による容量成分との和
により表され、 前記負極は、前記軽金属を吸蔵および離脱することが可
能な負極材料として、黒鉛および難黒鉛化炭素を含むこ
とを特徴とする電池。1. A battery provided with an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, wherein the capacity of the negative electrode is represented by the sum of a capacity component due to occlusion and desorption of light metal and a capacity component due to precipitation and dissolution of light metal. A battery comprising a negative electrode containing graphite and non-graphitizable carbon as a negative electrode material capable of inserting and extracting the light metal.
可能な負極材料における前記難黒鉛化炭素の含有量は、
3質量%以上60質量%以下であることを特徴とする請
求項1記載の電池。2. The content of the non-graphitizable carbon in the negative electrode material capable of inserting and extracting the light metal is as follows:
The battery according to claim 1, wherein the content is 3% by mass or more and 60% by mass or less.
脱することが可能な負極材料として更に、前記軽金属と
合金または化合物を形成可能な金属、半導体、これらの
合金、および化合物からなる群のうちの少なくとも1種
を含むことを特徴とする請求項1記載の電池。3. The negative electrode as a negative electrode material capable of inserting and extracting the light metal, further comprising a metal, a semiconductor, an alloy and a compound capable of forming an alloy or a compound with the light metal. The battery according to claim 1, comprising at least one of the following.
b),アルミニウム(Al),インジウム(In),ケ
イ素(Si),亜鉛(Zn),アンチモン(Sb),ビ
スマス(Bi),カドミウム(Cd),マグネシウム
(Mg),ホウ素(B),ガリウム(Ga),ゲルマニ
ウム(Ge),ヒ素(As),銀(Ag),ハフニウム
(Hf),ジルコニウム(Zr)およびイットリウム
(Y)の単体、合金および化合物からなる群のうちの少
なくとも1種を含むことを特徴とする請求項3記載の電
池。4. The negative electrode comprises tin (Sn), lead (P)
b), aluminum (Al), indium (In), silicon (Si), zinc (Zn), antimony (Sb), bismuth (Bi), cadmium (Cd), magnesium (Mg), boron (B), gallium ( Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), hafnium (Hf), zirconium (Zr) and yttrium (Y). The battery according to claim 3, wherein:
とを特徴とする請求項1記載の電池。5. The battery according to claim 1, wherein the light metal includes lithium (Li).
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---|---|
JP (1) | JP2002270159A (en) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011007805A1 (en) * | 2009-07-17 | 2011-01-20 | 本田技研工業株式会社 | Monitoring system for lithium ion secondary cell and monitoring method for lithium ion secondary cell |
WO2013035859A1 (en) * | 2011-09-09 | 2013-03-14 | 住友ベークライト株式会社 | Carbon material for lithium ion secondary batteries, negative electrode material for lithium ion secondary batteries, and lithium ion secondary battery |
JP2013058449A (en) * | 2011-09-09 | 2013-03-28 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | Carbon material for lithium ion secondary battery, negative electrode material for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery |
WO2013051444A1 (en) * | 2011-10-05 | 2013-04-11 | 住友ベークライト株式会社 | Negative electrode for lithium ion secondary batteries, and lithium ion secondary battery |
JP2013218856A (en) * | 2012-04-06 | 2013-10-24 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | Negative electrode material, negative electrode and lithium ion secondary battery |
JP2013218855A (en) * | 2012-04-06 | 2013-10-24 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | Negative electrode carbon material, negative electrode active material, negative electrode and lithium ion secondary battery |
WO2016098708A1 (en) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | 日本電気株式会社 | Lithium-ion secondary cell |
WO2016104489A1 (en) * | 2014-12-24 | 2016-06-30 | 住友ベークライト株式会社 | Carbon material for secondary cell negative electrode, active substance for secondary cell negative electrode, secondary cell negative electrode, and secondary cell |
JPWO2016140368A1 (en) * | 2015-03-05 | 2018-02-22 | 株式会社クレハ | Method for producing mixed negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary battery and mixed negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary battery obtained by the production method |
US9991561B2 (en) | 2013-09-12 | 2018-06-05 | Nec Corporation | Lithium ion secondary battery |
-
2001
- 2001-03-09 JP JP2001067350A patent/JP2002270159A/en active Pending
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011007805A1 (en) * | 2009-07-17 | 2011-01-20 | 本田技研工業株式会社 | Monitoring system for lithium ion secondary cell and monitoring method for lithium ion secondary cell |
WO2013035859A1 (en) * | 2011-09-09 | 2013-03-14 | 住友ベークライト株式会社 | Carbon material for lithium ion secondary batteries, negative electrode material for lithium ion secondary batteries, and lithium ion secondary battery |
JP2013058449A (en) * | 2011-09-09 | 2013-03-28 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | Carbon material for lithium ion secondary battery, negative electrode material for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery |
WO2013051444A1 (en) * | 2011-10-05 | 2013-04-11 | 住友ベークライト株式会社 | Negative electrode for lithium ion secondary batteries, and lithium ion secondary battery |
JP2013080659A (en) * | 2011-10-05 | 2013-05-02 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | Negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery |
JP2013218855A (en) * | 2012-04-06 | 2013-10-24 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | Negative electrode carbon material, negative electrode active material, negative electrode and lithium ion secondary battery |
JP2013218856A (en) * | 2012-04-06 | 2013-10-24 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | Negative electrode material, negative electrode and lithium ion secondary battery |
US9991561B2 (en) | 2013-09-12 | 2018-06-05 | Nec Corporation | Lithium ion secondary battery |
WO2016098708A1 (en) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | 日本電気株式会社 | Lithium-ion secondary cell |
JPWO2016098708A1 (en) * | 2014-12-16 | 2017-09-28 | 日本電気株式会社 | Lithium ion secondary battery |
US11011774B2 (en) | 2014-12-16 | 2021-05-18 | Nec Corporation | Lithium-ion secondary battery |
WO2016104489A1 (en) * | 2014-12-24 | 2016-06-30 | 住友ベークライト株式会社 | Carbon material for secondary cell negative electrode, active substance for secondary cell negative electrode, secondary cell negative electrode, and secondary cell |
JPWO2016140368A1 (en) * | 2015-03-05 | 2018-02-22 | 株式会社クレハ | Method for producing mixed negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary battery and mixed negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary battery obtained by the production method |
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