JP2005116321A - Lithium secondary battery and its low-temperature characteristic evaluation method - Google Patents
Lithium secondary battery and its low-temperature characteristic evaluation method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005116321A JP2005116321A JP2003348537A JP2003348537A JP2005116321A JP 2005116321 A JP2005116321 A JP 2005116321A JP 2003348537 A JP2003348537 A JP 2003348537A JP 2003348537 A JP2003348537 A JP 2003348537A JP 2005116321 A JP2005116321 A JP 2005116321A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- secondary battery
- lithium secondary
- lithium
- positive electrode
- negative electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
Abstract
Description
本発明はリチウム二次電池、及びその低温特性評価方法に関し、更に詳しくは、低温運転時における充放電サイクル特性(以下、「低温特性」又は「低温パルスサイクル特性」と記す)に優れるリチウム二次電池と、その低温特性評価方法に関する。 The present invention relates to a lithium secondary battery and a method for evaluating low temperature characteristics thereof, and more specifically, a lithium secondary battery having excellent charge / discharge cycle characteristics (hereinafter referred to as “low temperature characteristics” or “low temperature pulse cycle characteristics”) during low temperature operation. The present invention relates to a battery and a method for evaluating low temperature characteristics thereof.
近年、携帯電話やVTR、ノート型パソコン等の携帯型電子機器の小型軽量化が加速度的に進行しており、その電源用電池として、正極活物質にリチウム複合酸化物を、負極活物質に炭素質材料を、電解液にリチウムイオン電解質を有機溶媒に溶解した有機電解液を用いた二次電池が用いられるようになってきている。 In recent years, portable electronic devices such as mobile phones, VTRs, and notebook personal computers have been increasingly reduced in size and weight. As power batteries, lithium composite oxide is used for the positive electrode active material and carbon is used for the negative electrode active material. Secondary batteries using an organic electrolyte obtained by dissolving a lithium ion electrolyte in an organic solvent as an electrolyte material have been used.
このような電池は、一般的にリチウム二次電池、又はリチウムイオン電池と称せられており、エネルギー密度が大きく、また単電池電圧も約4V程度と高い特徴を有することから、前記携帯型電子機器のみならず、最近の環境問題を背景に、低公害車として積極的な一般への普及が図られている電気自動車(以下、「EV」と記す)又はハイブリッド電気自動車(以下、「HEV」と記す)のモータ駆動用電源としても注目を集めている。 Such a battery is generally referred to as a lithium secondary battery or a lithium ion battery, and has a high energy density and a high single battery voltage of about 4V. In addition to the recent environmental problems, electric vehicles (hereinafter referred to as “EV”) or hybrid electric vehicles (hereinafter referred to as “HEV”) that are actively spreading to the general public as low-pollution vehicles. It is also attracting attention as a motor drive power source.
EV、HEV等に好適に用いられる比較的容量の大きいリチウム二次電池については、これに組み込まれる内部電極体として、図1に示すような、集電タブ(正極集電タブ5、負極集電タブ6)が配設された電極板(正極板2、負極板3)を、互いに接触しないように、間にセパレータ4を介しつつ巻芯13の外周に捲回してなる捲回型内部電極体1が好適に採用される。正極板2及び負極板3は、集電基板である正極金属箔体、負極金属箔体の各々の両表面に電極活物質(正極活物質、負極活物質)層を形成したものであり、正極集電タブ5及び負極集電タブ6は、正極板2、負極板3、及びセパレータ4を巻芯13の外周に巻き取る作業中に、超音波溶接等の手段を用いて正極板2及び負極板3の端部の正極金属箔体及び負極金属箔体が露出した部分に所定間隔で接合することができる。
A lithium secondary battery having a relatively large capacity that is suitably used for EVs, HEVs, etc., has a current collecting tab (positive
また、内部電極体の別の形態として、図2に示すような積層型内部電極体7を挙げることができる。積層型内部電極体7は、一定面積を有する所定形状の正極板8と負極板9とをセパレータ10を挟みながら交互に積層した構造を有しており、1枚の各電極板に少なくとも一本の集電タブ(正極集電タブ11、負極集電タブ12)が取り付けられている。なお、正極板8、負極板9、セパレータ10を構成する材料やこれらの作製方法は、図1に示す捲回型内部電極体1と同様である。
Moreover, as another form of the internal electrode body, a laminated
EVやHEV用等の電池には、優れた安全性を有し、高エネルギー密度・大容量であること等の諸特性を備えることの他、例えば、寒冷地仕様の車両に搭載される場合には、低温条件下であっても十分なパフォーマンスを発揮し、優れた低温パルスサイクル特性を有するものであることが要求されており、関連する従来技術として、その結晶の配向性がランダムであるとともに所定の比表面積を有する黒鉛粉末により負極を構成した非水電解液二次電池、特定の空隙構造を有する非水二次電池用負極、及びこれを用いた非水二次電池が開示されている(例えば、特許文献1〜3参照)。
Batteries for EVs and HEVs have excellent safety, high energy density, large capacity, and other characteristics, as well as, for example, when mounted on a cold region vehicle. Is required to exhibit sufficient performance even under low-temperature conditions and have excellent low-temperature pulse cycle characteristics, and as a related prior art, the crystal orientation is random and Disclosed are a non-aqueous electrolyte secondary battery having a negative electrode made of graphite powder having a predetermined specific surface area, a negative electrode for a non-aqueous secondary battery having a specific void structure, and a non-aqueous secondary battery using the same. (For example, see
しかしながら、特許文献1において開示されたリチウム二次電池は、十分な低温パルスサイクル特性を有するものであるとはいえなかった。そのため、特に寒冷地向けの車両への搭載等が予定される電池としては更なる改良を図る必要があり、優れた低温特性を備えたリチウム二次電池の開発が期待されている。
However, the lithium secondary battery disclosed in
また、リチウム二次電池の低温特性は、具体的には低温条件下において充放電を多数回繰り返す試験(低温パルスサイクル試験)を実施しなくては、その良否を判断することができなかった。従って、作製直後のリチウム二次電池の低温特性の良否を判断することは困難であり、実際に低温条件下で充放電を多数回繰り返さなくては、その電池の低温特性が良好なものであるか否かを知ることができないという問題があった。
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低温運転時における充放電サイクル特性(低温特性)に優れるリチウム二次電池、及び実際に低温条件下で充放電を多数回繰り返さなくても、その低温特性の良否を高い精度で予め判定・評価することができるリチウム二次電池の低温特性評価方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a lithium secondary battery excellent in charge / discharge cycle characteristics (low temperature characteristics) during low temperature operation, and actually Another object of the present invention is to provide a method for evaluating the low temperature characteristics of a lithium secondary battery, which can determine and evaluate the quality of the low temperature characteristics in advance with high accuracy without repeating charging and discharging many times under low temperature conditions.
即ち、本発明によれば、正極活物質としてリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極材と、負極活物質として炭素質材料を含む負極材と、リチウムイオン電解質を有機溶媒に溶解させてなる非水電解液とを構成要素として備えてなるリチウム二次電池であって、−25℃におけるオーミック抵抗(Ro(Ω))と、−25℃における電荷移動抵抗(Ra1(Ω))と、25℃における電荷移動抵抗(Ra2(Ω))とが、下記式(1)、(2)の関係のうちの少なくともいずれかを満たすリチウム二次電池が提供される。
Ra1/Ro≦40 …(1)
Ra1/Ra2≦250 …(2)
That is, according to the present invention, a positive electrode material containing a lithium transition metal composite oxide as a positive electrode active material, a negative electrode material containing a carbonaceous material as a negative electrode active material, and a non-aqueous solution obtained by dissolving a lithium ion electrolyte in an organic solvent. A lithium secondary battery comprising an electrolytic solution as a constituent element, an ohmic resistance (Ro (Ω)) at −25 ° C., a charge transfer resistance (Ra 1 (Ω)) at −25 ° C., and 25 ° C. The lithium secondary battery in which the charge transfer resistance (Ra 2 (Ω)) in at least one of the following formulas (1) and (2) is satisfied.
Ra 1 / Ro ≦ 40 (1)
Ra 1 / Ra 2 ≦ 250 (2)
本発明においては、リチウム遷移金属複合酸化物の結晶構造がスピネル構造であることが好ましい。 In the present invention, the crystal structure of the lithium transition metal composite oxide is preferably a spinel structure.
本発明においては、リチウム遷移金属酸化物が、一般式LiXMaMnY-aOZ(但し、一般式中、MはMnの置換元素、aは置換量を示し、0<X、0<Y、0<Z、0≦a<Yである)で表されるものであり、かつ、置換元素Mが、Li、Fe、Ni、Mg、Zn、Co、Cr、Al、B、Si、Sn、P、V、Sb、Nb、Ta、Mo、及びWからなる群より選択される一種以上の元素、及びTiであることが好ましい。 In the present invention, the lithium transition metal oxide has the general formula Li X M a Mn Ya O Z ( provided that in the general formula, M is a substituted element Mn, a represents the substitution amount, 0 <X, 0 <Y , 0 <Z, 0 ≦ a <Y), and the substitution element M is Li, Fe, Ni, Mg, Zn, Co, Cr, Al, B, Si, Sn, One or more elements selected from the group consisting of P, V, Sb, Nb, Ta, Mo, and W, and Ti are preferable.
本発明においては、炭素質材料が、アモルファス系炭素質材料又は高黒鉛化炭素質材料であることが好ましい。 In the present invention, the carbonaceous material is preferably an amorphous carbonaceous material or a highly graphitized carbonaceous material.
本発明のリチウム二次電池は、電池容量が2Ah以上の大型電池に好適に採用され、また、大電流の放電が頻繁に行われる電気自動車又はハイブリッド電気自動車のエンジン起動用の電源等として好適に用いられる。 The lithium secondary battery of the present invention is suitably used for a large battery having a battery capacity of 2 Ah or more, and is suitably used as a power source for starting an engine of an electric vehicle or a hybrid electric vehicle in which a large current is frequently discharged. Used.
また、本発明によれば、正極活物質としてリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極材と、負極活物質として炭素質材料を含む負極材と、リチウムイオン電解質を有機溶媒に溶解させてなる非水電解液とを構成要素として備えてなるリチウム二次電池の低温特性の良否を評価する方法であって、−25℃におけるオーミック抵抗(Ro(Ω))と、−25℃における電荷移動抵抗(Ra1(Ω))と、25℃における電荷移動抵抗(Ra2(Ω))とが、下記式(1)、(2)の関係のうちの少なくともいずれかを満たす場合に、前記リチウム二次電池が良好な低温特性を有すると判定するリチウム二次電池の低温特性評価方法が提供される。
Ra1/Ro≦40 …(1)
Ra1/Ra2≦250 …(2)
Further, according to the present invention, a non-aqueous solution obtained by dissolving a positive electrode material containing a lithium transition metal composite oxide as a positive electrode active material, a negative electrode material containing a carbonaceous material as a negative electrode active material, and a lithium ion electrolyte in an organic solvent. A method for evaluating the quality of a low-temperature characteristic of a lithium secondary battery comprising an electrolytic solution as a constituent element, which is an ohmic resistance (Ro (Ω)) at −25 ° C. and a charge transfer resistance (Ra) at −25 ° C. 1 (Ω)) and a charge transfer resistance (Ra 2 (Ω)) at 25 ° C. satisfy at least one of the following formulas (1) and (2): Is provided with a method for evaluating low temperature characteristics of a lithium secondary battery that is judged to have good low temperature characteristics.
Ra 1 / Ro ≦ 40 (1)
Ra 1 / Ra 2 ≦ 250 (2)
本発明のリチウム二次電池は、−25℃におけるオーミック抵抗(Ro(Ω))と、−25℃における電荷移動抵抗(Ra1(Ω))と、25℃における電荷移動抵抗(Ra2(Ω))とが所定の関係を満たすものであるため、低温パルスサイクル特性に優れており、例えば寒冷地向けの車載用電池として好適である。 The lithium secondary battery of the present invention, the ohmic resistance at -25 ° C. and (Ro (Ω)), charge transfer resistance at -25 ℃ (Ra 1 (Ω) ) and the charge transfer resistance at 25 ℃ (Ra 2 (Ω )) Satisfies the predetermined relationship, it is excellent in low-temperature pulse cycle characteristics, and is suitable as an in-vehicle battery for cold regions, for example.
また、本発明のリチウム二次電池の低温特性評価方法によれば、−25℃におけるオーミック抵抗(Ro(Ω))と、−25℃における電荷移動抵抗(Ra1(Ω))と、25℃における電荷移動抵抗(Ra2(Ω))とが所定の関係を満たす場合に、リチウム二次電池が良好な低温特性を有すると判定するため、実際に低温条件下で充放電を多数回繰り返さなくても、その低温特性の良否を高い精度で予め判定・評価することができる。 Moreover, according to the low temperature characteristic evaluation method of the lithium secondary battery of the present invention, the ohmic resistance (Ro (Ω)) at −25 ° C., the charge transfer resistance (Ra 1 (Ω)) at −25 ° C., and 25 ° C. When the charge transfer resistance (Ra 2 (Ω)) in the battery satisfies a predetermined relationship, it is determined that the lithium secondary battery has good low-temperature characteristics. However, the quality of the low temperature characteristics can be determined and evaluated in advance with high accuracy.
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜、設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and may be appropriately selected based on ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. It should be understood that design changes, improvements, etc. may be made.
本発明(第一の発明)は、正極活物質としてリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極材と、負極活物質として炭素質材料を含む負極材と、リチウムイオン電解質を有機溶媒に溶解させてなる非水電解液とを構成要素として備えてなるリチウム二次電池であり、−25℃におけるオーミック抵抗(Ro(Ω))と、−25℃における電荷移動抵抗(Ra1(Ω))と、25℃における電荷移動抵抗(Ra2(Ω))とが、下記式(1)、(2)の関係のうちの少なくともいずれかを満たすものである。また、本発明(第二の発明)は、正極活物質としてリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極材と、負極活物質として炭素質材料を含む負極材と、リチウムイオン電解質を有機溶媒に溶解させてなる非水電解液とを構成要素として備えてなるリチウム二次電池の低温特性の良否を評価する方法であり、−25℃におけるオーミック抵抗(Ro(Ω))と、−25℃における電荷移動抵抗(Ra1(Ω))と、20〜25℃における電荷移動抵抗(Ra2(Ω))とが、下記式(1)、(2)の関係のうちの少なくともいずれかを満たす場合に、このリチウム二次電池が良好な低温特性を有すると判定するリチウム二次電池の低温特性評価方法である。以下、その詳細について説明する。
Ra1/Ro≦40 …(1)
Ra1/Ra2≦250 …(2)
The present invention (first invention) comprises a positive electrode material containing a lithium transition metal composite oxide as a positive electrode active material, a negative electrode material containing a carbonaceous material as a negative electrode active material, and a lithium ion electrolyte dissolved in an organic solvent. A lithium secondary battery comprising a non-aqueous electrolyte as a constituent element, an ohmic resistance (Ro (Ω)) at −25 ° C., a charge transfer resistance (Ra 1 (Ω)) at −25 ° C., and 25 The charge transfer resistance (Ra 2 (Ω)) at 0 ° C. satisfies at least one of the relationships of the following formulas (1) and (2). In addition, the present invention (second invention) includes a positive electrode material including a lithium transition metal composite oxide as a positive electrode active material, a negative electrode material including a carbonaceous material as a negative electrode active material, and a lithium ion electrolyte dissolved in an organic solvent. Is a method for evaluating the low-temperature characteristics of a lithium secondary battery comprising a non-aqueous electrolyte as a constituent element, and has an ohmic resistance (Ro (Ω)) at −25 ° C. and charge transfer at −25 ° C. When the resistance (Ra 1 (Ω)) and the charge transfer resistance (Ra 2 (Ω)) at 20 to 25 ° C. satisfy at least one of the following formulas (1) and (2): This is a method for evaluating the low temperature characteristics of a lithium secondary battery that is judged to have good low temperature characteristics. The details will be described below.
Ra 1 / Ro ≦ 40 (1)
Ra 1 / Ra 2 ≦ 250 (2)
第一の発明のリチウム二次電池は、そのリチウム二次電池固有の三種類のパラメータ、即ち、所定の低温条件下におけるオーミック抵抗(Ro(Ω))、及び電荷移動抵抗(Ra1(Ω))、並びに、いわゆる室温条件下における電荷移動抵抗(Ra2(Ω))が所定の関係を満たすものである。このような関係を満たす第一の発明のリチウム二次電池は、低温運転時における充放電サイクル特性(低温特性)に優れたものであり、具体的には、低温条件下における充放電の繰り返しによっても電池の容量が減少し難い(容量維持率が高い)ものである。従って、第一の発明のリチウム二次電池は、例えば寒冷地向けの車載用電池として好適な特性を有するものである。 The lithium secondary battery of the first invention has three kinds of parameters unique to the lithium secondary battery, that is, ohmic resistance (Ro (Ω)) under a predetermined low temperature condition, and charge transfer resistance (Ra 1 (Ω)). ), And so-called room temperature conditions, the charge transfer resistance (Ra 2 (Ω)) satisfies a predetermined relationship. The lithium secondary battery of the first invention satisfying such a relationship is excellent in charge / discharge cycle characteristics (low temperature characteristics) during low temperature operation, and specifically, by repeated charge / discharge under low temperature conditions. However, the capacity of the battery is difficult to decrease (capacity maintenance rate is high). Therefore, the lithium secondary battery of the first invention has characteristics suitable as a vehicle-mounted battery for cold regions, for example.
また、第二の発明の低温特性評価方法では、三種類のパラメータ(Ro(Ω)、Ra1(Ω)、及びRa2(Ω))が所定の関係を満たすリチウム二次電池が良好な低温特性を有するものであると判定する。即ち、これらの三種類のパラメータの満たす前記所定の関係と、そのリチウム二次電池の低温特性の良否との間には相関関係があるため、実際に低温条件下で充放電を多数回繰り返さなくても、その電池が、低温条件下における充放電の繰り返しによっても容量が減少し難く、容量維持率が高いものであるか否かを、高い精度で予め判定・評価することができる。 In the low temperature characteristic evaluation method of the second invention, a lithium secondary battery satisfying a predetermined relationship among three kinds of parameters (Ro (Ω), Ra 1 (Ω), and Ra 2 (Ω)) has a good low temperature. It is determined that it has characteristics. That is, there is a correlation between the predetermined relationship that these three parameters satisfy and the quality of the low-temperature characteristics of the lithium secondary battery, so that charging and discharging are not actually repeated many times under low-temperature conditions. However, it is possible to determine and evaluate in advance with high accuracy whether or not the battery has a high capacity retention rate because the capacity is not easily reduced by repeated charging and discharging under low temperature conditions.
ここで、本発明にいうオーミック抵抗、及び電荷移動抵抗とは、以下に示す(1)〜(4)手順で導き出すことができる抵抗をいう。 Here, the ohmic resistance and the charge transfer resistance referred to in the present invention refer to resistances that can be derived by the following procedures (1) to (4).
(1)測定する電池の最大充電量の80〜100%まで充電する。(2)室温(25℃)、及び−25℃の環境下で周波数1mHz〜10kHzまで変化させ、交流インピーダンスを測定する。この際の交流電流は、最大容量の1/4〜1/5に固定する。(3)測定した交流インピーダンスのデータを、複素平面上に表示する。具体的には、図4に示すような複素平面表示図(コール−コール・プロット)を作成する。(4)図4に示すRoを−25℃におけるオーミック抵抗(Ω)、Ra1とRa2を、それぞれ−25℃、25℃における電荷移動抵抗(Ω)とする。なお、図4中、ωは角周波数、ωmaxは半円の頂点の角周波数、Zwは拡散抵抗を示す。 (1) Charge to 80 to 100% of the maximum charge of the battery to be measured. (2) The AC impedance is measured by changing the frequency from 1 mHz to 10 kHz in an environment of room temperature (25 ° C.) and −25 ° C. The alternating current at this time is fixed to 1/4 to 1/5 of the maximum capacity. (3) Display the measured AC impedance data on the complex plane. Specifically, a complex plane display diagram (call-call plot) as shown in FIG. 4 is created. (4) Let Ro shown in FIG. 4 be ohmic resistance (Ω) at −25 ° C., and Ra 1 and Ra 2 be charge transfer resistance (Ω) at −25 ° C. and 25 ° C., respectively. In FIG. 4, ω is an angular frequency, ω max is an angular frequency at the apex of the semicircle, and Zw is a diffusion resistance.
ここで、本発明(第一の発明)において、前記式(1)における「Ra1/Ro」の値が40超、及び/又は「Ra1/Ra2」の値が250超であると電池の低温特性が低下するために好ましくない。また、本発明(第一の発明)においては、より優れた低温特性を発揮させるといった観点から、Ro、Ra1、及びRa2が、前記式(1)、(2)の関係のいずれをも満たすことが好ましい。同様に、本発明(第一の発明)においては、より優れた低温特性を発揮させるといった観点から、「Ra1/Ro」の値が35以下であるとともに、「Ra1/Ra2」が200以下であることが好ましい。 Here, in the present invention (first invention), when the value of “Ra 1 / Ro” in the formula (1) exceeds 40 and / or the value of “Ra 1 / Ra 2 ” exceeds 250, the battery This is not preferable because the low temperature characteristics of the resin deteriorate. In the present invention (first invention), Ro, Ra 1 , and Ra 2 are all in the relations of the above formulas (1) and (2) from the viewpoint of exhibiting more excellent low temperature characteristics. It is preferable to satisfy. Similarly, in the present invention (first invention), the value of “Ra 1 / Ro” is 35 or less and “Ra 1 / Ra 2 ” is 200 from the viewpoint of exhibiting more excellent low temperature characteristics. The following is preferable.
なお、本発明(第一の発明)においては、「Ra1/Ro」、及び「Ra1/Ra2」の値の下限値については特に限定されないが、「Ra1/Ro」の値については20以上、「Ra1/Ra2」の値については100以上であることが好ましい。 In the present invention (first invention), the lower limit values of “Ra 1 / Ro” and “Ra 1 / Ra 2 ” are not particularly limited, but the value of “Ra 1 / Ro” is not limited. The value of “Ra 1 / Ra 2 ” is preferably 20 or more and 100 or more.
また、本発明(第二の発明)において、前記式(1)における「Ra1/Ro」の値が40超、及び/又は「Ra1/Ra2」の値が250超であると電池の低温特性が低下するために好ましくない。また、本発明(第二の発明)においては、より優れた低温特性を発揮するリチウム二次電池を判定・評価するといった観点から、Ro、Ra1、及びRa2が、前記式(1)、(2)の関係のいずれをも満たす場合に、良好な低温特性を有すると判定することが好ましい。同様に、本発明(第二の発明)においては、より優れた低温特性を発揮するリチウム二次電池を判定・評価するといった観点から、「Ra1/Ro」の値が35以下であるとともに、「Ra1/Ra2」が200以下である場合に、良好な低温特性を有すると判定することが好ましい。 In the present invention (second invention), if the value of “Ra 1 / Ro” in the formula (1) exceeds 40 and / or the value of “Ra 1 / Ra 2 ” exceeds 250, This is not preferable because the low temperature characteristics are deteriorated. In the present invention (second invention), Ro, Ra 1 , and Ra 2 are represented by the formula (1), from the viewpoint of determining and evaluating a lithium secondary battery that exhibits superior low-temperature characteristics. When satisfying both of the relationships of (2), it is preferable to determine that they have good low-temperature characteristics. Similarly, in the present invention (second invention), from the viewpoint of judging and evaluating a lithium secondary battery that exhibits more excellent low temperature characteristics, the value of “Ra 1 / Ro” is 35 or less, When “Ra 1 / Ra 2 ” is 200 or less, it is preferable to determine that it has good low-temperature characteristics.
なお、本発明(第二の発明)においては、「Ra1/Ro」、及び「Ra1/Ra2」の値の下限値については特に限定されないが、「Ra1/Ro」の値については20以上、「Ra1/Ra2」の値については100以上であればよい。 In the present invention (second invention), the lower limit values of “Ra 1 / Ro” and “Ra 1 / Ra 2 ” are not particularly limited, but the value of “Ra 1 / Ro” is not limited. The value of “Ra 1 / Ra 2 ” may be 20 or more and 100 or more.
次に、本発明のリチウム二次電池の構造、及びこれを構成する主要部材、並びにリチウム二次電池の製造方法について説明する。図1は、捲回型電極体の一例を示す斜視図である。正極材である正極板2は、集電基板である正極金属箔体の両面に正極活物質を塗工して配設することにより作製される。正極金属箔体としては、アルミニウム箔やチタン箔等の正極電気化学反応に対する耐蝕性が良好である金属箔が用いられるが、箔以外にパンチングメタル又はメッシュ(網)を用いることもできる。また、正極活物質としてはリチウム遷移金属複合酸化物を用いるが、具体的にはマンガン酸リチウム(LiMn2O4)やコバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)等を好適に用いることができる。なお、これらの正極活物質にアセチレンブラック等の炭素微粉末を導電助剤として加えることが好ましい。なお、本発明においては、リチウム(Li)とマンガン(Mn)を主成分とした立方晶スピネル構造を有するマンガン酸リチウム(以下、単に「マンガン酸リチウム」と記す)を用いると、他の正極活物質を用いた場合と比較して、内部電極体の抵抗を小さくすることができるために好ましい。
Next, the structure of the lithium secondary battery of the present invention, the main members constituting the lithium secondary battery, and the method for manufacturing the lithium secondary battery will be described. FIG. 1 is a perspective view showing an example of a wound electrode body. The
マンガン酸リチウムは、化学量論組成(ストイキオメトリー組成)のものに限定されず、マンガン(Mn)の一部を一以上の他の元素で置換した、一般式LiXMaMnY-aOZ(但し、一般式中、MはMnの置換元素、aは置換量を示し、0<X、0<Y、0<Z、0≦a<Yである)で表されるマンガン酸リチウムも好適に用いられる。このように、マンガン(Mn)の一部を他の元素で置換した場合には、Li/Mn比が0.5超となる。 Lithium manganate is not limited to a stoichiometric composition (stoichiometric composition), and a general formula Li X Ma Mn Ya O Z in which a part of manganese (Mn) is substituted with one or more other elements. (However, in the general formula, M is a substitution element of Mn, a represents a substitution amount, and 0 <X, 0 <Y, 0 <Z, and 0 ≦ a <Y) Used for. Thus, when a part of manganese (Mn) is substituted with another element, the Li / Mn ratio exceeds 0.5.
置換元素Mとしては、以下、元素記号で列記するが、Li、Fe、Ni、Mg、Zn、Co、Cr、Al、B、Si、Sn、P、V、Sb、Nb、Ta、Mo、及びWからなる群より選択される一種以上の元素、及びTiであることが、より低温特性に優れるリチウム二次電池を提供するという観点から好ましく、置換元素MがNi及びTiであることが更に好ましい。理論上、Liは+1価、Fe、Mn、Ni、Mg、Znは+2価、B、Al、Co、Crは+3価、Si、Ti、Snは+4価、P、V、Sb、Nb、Taは+5価、Mo、Wは+6価のイオンとなり、LiMn2O4中に固溶する元素である。但し、Co、Snについては+2価の場合、Fe、Sb及びTiについては+3価の場合、Mnについては+3価、+4価の場合、Crについては+4価、+6価の場合もあり得る。 The substitution element M is listed below with element symbols, but Li, Fe, Ni, Mg, Zn, Co, Cr, Al, B, Si, Sn, P, V, Sb, Nb, Ta, Mo, and One or more elements selected from the group consisting of W and Ti are preferable from the viewpoint of providing a lithium secondary battery having more excellent low-temperature characteristics, and the substitution element M is more preferably Ni and Ti. . Theoretically, Li is +1 valent, Fe, Mn, Ni, Mg, Zn is +2 valent, B, Al, Co, Cr are +3 valent, Si, Ti, Sn are +4 valent, P, V, Sb, Nb, Ta Is an element which is +5 valent, Mo and W are +6 valent ions and are dissolved in LiMn 2 O 4 . However, Co and Sn may be +2 valence, Fe, Sb and Ti may be +3 valence, Mn may be +3 valence and +4 valence, Cr may be +4 and +6 valence.
従って、各種の置換元素Mは混合原子価を有する状態で存在する場合があり、また、酸素の量については、必ずしもストイキオメトリー組成で表されるように4であることを必要とせず、結晶構造を維持するための範囲内で欠損して、又は過剰に存在していても構わない。 Therefore, various substitution elements M may exist in a state having a mixed valence, and the amount of oxygen does not necessarily need to be 4 as represented by the stoichiometric composition. It may be missing or excessive in the range for maintaining the structure.
正極活物質は、所定の元素比となるようにその質量比が調整された各元素(Li、Mn、及び必要に応じて置換元素M)の酸化物及び/又は塩の混合物に対して適当量の水、及び必要に応じてバインダー等を添加するとともにこの全体を分散、混合、及び粉砕することによって得られた原料スラリーを得、この原料スラリーを乾燥した後に、酸化雰囲気、600〜1000℃の範囲で5〜50時間かけて焼成することにより単相生成物として得ることができる。原料スラリーを乾燥するに際しての乾燥方法は特に限定されず、一般的な乾燥方法を採用すればよいが、スプレードライヤーを用いたスプレードライ法によって原料スラリーを乾燥することが、原料スラリーを瞬時に粉状にすることができるとともに、乾燥物を解砕する手段の不要化、二次粒子(正極活物質は、通常、サブミクロンの一次粒子が多数結合した二次粒子からなる)の大きさの調節、造粒の容易化、原料混合の均一化などをすることができ、得られる正極活物質の粒子サイズをある程度制御することができるために好ましい。 An appropriate amount of the positive electrode active material with respect to a mixture of oxides and / or salts of each element (Li, Mn, and, if necessary, the substitution element M) whose mass ratio is adjusted to a predetermined element ratio Water, and a raw material slurry obtained by dispersing, mixing, and pulverizing the whole while adding water and, if necessary, a binder, and after drying the raw material slurry, an oxidizing atmosphere, 600 to 1000 ° C. It can obtain as a single phase product by baking for 5 to 50 hours in the range. A drying method for drying the raw material slurry is not particularly limited, and a general drying method may be adopted. However, drying the raw material slurry by a spray drying method using a spray dryer instantaneously powders the raw material slurry. The size of the secondary particles (the positive electrode active material is usually composed of secondary particles in which a number of primary submicron particles are bonded) can be adjusted. It is preferable because granulation can be facilitated, raw material mixing can be made uniform, and the particle size of the resulting positive electrode active material can be controlled to some extent.
前述の焼成に際しての酸化雰囲気とは、炉内試料が酸化反応を起こす酸素分圧を有する雰囲気をいう。焼成温度が600℃未満であると、焼成物のXRDチャートに原料の残留を示すピーク、例えばLi源として炭酸リチウムを用いた場合には炭酸リチウムを示すピークが観察され、単相生成物が得られなくなる場合がある。一方、焼成温度が1000℃超であると、目的とする結晶系の化合物以外に高温相の生成物を生じ、単相生成物を得られなくなる場合がある。従って、このような場合を避けるため、焼成温度は650〜900℃とすることが好ましい。 The oxidizing atmosphere at the time of firing mentioned above refers to an atmosphere having an oxygen partial pressure at which the sample in the furnace causes an oxidation reaction. When the firing temperature is less than 600 ° C., a peak indicating residual material is observed on the XRD chart of the fired product, for example, when lithium carbonate is used as the Li source, a peak indicating lithium carbonate is observed, and a single-phase product is obtained. It may not be possible. On the other hand, if the firing temperature is higher than 1000 ° C., a high-temperature phase product may be produced in addition to the target crystalline compound, and a single-phase product may not be obtained. Therefore, in order to avoid such a case, the firing temperature is preferably 650 to 900 ° C.
また、正極活物質を構成する各元素の酸化物及び/又は塩の混合物に、添加剤としてバナジウム(V)化合物及び/又は硼素(B)化合物を添加してもよい。これらの添加剤を添加した場合には、得られる正極活物質(リチウム遷移金属複合酸化物)の結晶子サイズが大きくなり、非水電解液中に遷移金属元素(例えば、Mn)が溶出し難くなることに起因して、正極活物質自体の容量低下の抑制、及び電池の低温パルスサイクル特性の向上を図ることができる。添加剤は、リチウム遷移金属複合酸化物を構成する遷移金属元素(例えば、Mn)に対して、バナジウム(V)及び/又は硼素(B)が1mol%以下となるように添加することが好ましく、0.5mol%以下となるように添加することが更に好ましい。なお、バナジウム(V)化合物としては、例えば五酸化バナジウム(V2O5)を、硼素(B)化合物としては、例えば三酸化二硼素(B2O3)、硼酸(H3BO3)等を、各々挙げることができる。 Moreover, you may add a vanadium (V) compound and / or a boron (B) compound as an additive to the oxide and / or salt mixture of each element which comprises a positive electrode active material. When these additives are added, the crystallite size of the obtained positive electrode active material (lithium transition metal composite oxide) becomes large, and a transition metal element (for example, Mn) is difficult to elute in the non-aqueous electrolyte. As a result, the capacity reduction of the positive electrode active material itself can be suppressed, and the low-temperature pulse cycle characteristics of the battery can be improved. The additive is preferably added so that vanadium (V) and / or boron (B) is 1 mol% or less with respect to the transition metal element (for example, Mn) constituting the lithium transition metal composite oxide, It is more preferable to add so that it may become 0.5 mol% or less. Examples of the vanadium (V) compound include vanadium pentoxide (V 2 O 5 ), and examples of the boron (B) compound include diboron trioxide (B 2 O 3 ), boric acid (H 3 BO 3 ), and the like. Can be mentioned respectively.
正極活物質の塗工は、正極活物質粉末に溶剤や結着剤等を添加して作製したスラリー又はペーストを、ロールコータ法等により、正極金属箔体に塗布するとともにこれを乾燥することで行う。その後、必要に応じてプレス処理等を施してもよい。 The positive electrode active material is applied by applying a slurry or paste prepared by adding a solvent or a binder to the positive electrode active material powder to the positive electrode metal foil body by a roll coater method or the like and drying it. Do. Then, you may give a press process etc. as needed.
また、図1に示す捲回型内部電極体1を構成する、負極材である負極板3は、正極板2と同様にして作製することができる。負極板3の集電基板である負極金属箔体としては、銅箔又はニッケル箔等の負極電気化学反応に対する耐蝕性が良好な金属箔が好適に用いられる。負極活物質としては、ソフトカーボンやハードカーボンといったアモルファス系炭素質材料、人造黒鉛や天然黒鉛といった高黒鉛化炭素質材料、その他の炭素質材料の粉末が用いられる。このとき、これらの炭素質材料は、その比表面積が5m2/g以上であると、電流面積が増加し易いために更に好ましい。
Moreover, the
セパレータ4としては、マイクロポアを有するリチウムイオン透過性のポリエチレンフィルム(PEフィルム)を、多孔性のリチウムイオン透過性のポリプロピレンフィルム(PPフィルム)で挟んだ三層構造としたものが好適に用いられる。これは、内部電極体の温度が上昇した場合に、PEフィルムが約130℃で軟化してマイクロポアが潰れ、リチウムイオンの移動、即ち電池反応を抑制する安全機構を兼ねたものである。そして、このPEフィルムをより軟化温度の高いPPフィルムで挟持することによって、PEフィルムが軟化した場合においても、PPフィルムが形状を保持して正極板2と負極板3の接触・短絡を防止し、電池反応の確実な抑制と安全性の確保が可能となる。
The separator 4 is preferably a three-layer structure in which a lithium ion permeable polyethylene film (PE film) having micropores is sandwiched between porous lithium ion permeable polypropylene films (PP film). . This also serves as a safety mechanism that suppresses the migration of lithium ions, that is, the battery reaction, when the temperature of the internal electrode body rises, the PE film softens at about 130 ° C. and the micropores collapse. And by sandwiching the PE film with a PP film having a higher softening temperature, even when the PE film is softened, the PP film retains its shape and prevents contact between the
この正極板2、負極板3、及びセパレータ4の捲回作業時に、正極板2と負極板3における電極活物質の塗工されていない金属箔体が露出した部分に、集電タブ(正極集電タブ5、負極集電タブ6)がそれぞれ取り付けられる。正極集電タブ5、負極集電タブ6としては、各々の電極板を構成する金属箔体と同じ材質からなる箔状のものが好適に用いられる。集電タブの各々の電極板への取り付け(接合)は、超音波溶接やスポット溶接等により行うことができる。
During the winding operation of the
次に、本発明のリチウム二次電池に用いられる非水電解液について説明する。溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、プロピレンカーボネート(PC)といった炭酸エステル系のものや、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、アセトニトリル等の単独溶媒又は混合溶媒が好適に用いられる。本発明においては、特に電解液の電導度及び高温安定性等の観点から、環状カーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒を好適に用いることができる。 Next, the non-aqueous electrolyte used for the lithium secondary battery of the present invention will be described. Examples of the solvent include carbonates such as ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and propylene carbonate (PC), and single solvents or mixed solvents such as γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, and acetonitrile. Preferably used. In the present invention, a mixed solvent of a cyclic carbonate and a chain carbonate can be suitably used, particularly from the viewpoint of the electric conductivity of the electrolytic solution and the high temperature stability.
リチウムイオン電解質としては、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)やホウフッ化リチウム(LiBF4)等のリチウム錯体フッ素化合物、又は過塩素酸リチウム(LiClO4)といったリチウムハロゲン化物を挙げることができ、これらのうちの1種類、又は2種類以上を上述した有機溶媒(混合溶媒)に溶解して用いる。特に、本発明においては、酸化分解が起こり難く非水電解液の導電性の高いLiPF6を用いることが好ましい。 Examples of lithium ion electrolytes include lithium complex fluorine compounds such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and lithium borofluoride (LiBF 4 ), and lithium halides such as lithium perchlorate (LiClO 4 ). One or more of these are used by dissolving in the organic solvent (mixed solvent) described above. In particular, in the present invention, it is preferable to use LiPF 6, which does not easily undergo oxidative decomposition and has high conductivity of a non-aqueous electrolyte.
次に、図3に示す本発明のリチウム二次電池の一実施形態を示す断面図に基づき、リチウム二次電池の組立方法について説明する。図3に示すリチウム二次電池30を組み立てるに当たっては、先ず電流を外部に取り出すための正極外部端子15Aと正極集電タブ5、及び負極外部端子15Bと負極集電タブ6との導通を確保しつつ、作製した捲回型内部電極体1を電池ケース20に挿入し、電池蓋(正極電池蓋16A、負極電池蓋16B)と電池ケース20との間にパッキン18を介して電池ケース20の一方の端部を封ずる。次いで、安定な位置にホールドした後、非水電解液を含浸するとともに、電池ケース20の他方の端部を封ずることにより、リチウム二次電池30を組み立てることができる。なお、図3中、符号19はくびれ部を示す。
Next, a method for assembling the lithium secondary battery will be described based on a cross-sectional view showing an embodiment of the lithium secondary battery of the present invention shown in FIG. In assembling the lithium
以上、本発明に係るリチウム二次電池について、主に捲回型電極体を用いた場合を例に挙げ、その実施形態を示しながら説明してきたが、本発明が上記の実施形態に限定されるものでないことはいうまでもなく、図2に示す積層型内部電極体7を用いてもよい。また、本発明に係るリチウム二次電池は、特に、電池容量が2Ah以上である大型の電池に好適に採用されるが、このような容量以下の電池に適用することを妨げるものではない。また、本発明のリチウム二次電池は、大容量、低コスト、高信頼性、及び長期保存性に優れるという特徴を生かしてEVやHEV等の車載用電池として、更には、EV・HEV等のモータ駆動用電源としても好ましいとともに、高出力が必要とされるエンジン起動用としても特に好適に用いることができる。
As described above, the lithium secondary battery according to the present invention has been described with reference to the embodiment mainly using the wound electrode body as an example, but the present invention is limited to the above embodiment. Needless to say, the laminated
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1〜3,6,7、比較例1)
表1に示す組成となるように各元素の酸化物又は塩を混合して原料スラリーを調製し、この原料スラリーを、実施例3についてはスプレードライ法により、実施例3以外については熱風により、それぞれ乾燥して乾燥粉末を得た。得られた乾燥粉末を表1に示す焼成温度で焼成することにより、正極活物質(リチウム遷移金属複合酸化物)を得た。得られた正極活物質に、導電助剤としてアセチレンブラックを外比で4質量%添加し、更に溶剤、バインダを加えて調製した正極スラリーを、厚さ20μmのアルミニウム箔の両面にそれぞれ約100μmの厚みとなるように塗工して正極板を作製した。
(Examples 1-3, 6, 7, Comparative Example 1)
A raw material slurry was prepared by mixing oxides or salts of each element so as to have the composition shown in Table 1, and this raw material slurry was spray dried for Example 3 and hot air except for Example 3. Each was dried to obtain a dry powder. The obtained dry powder was fired at the firing temperature shown in Table 1 to obtain a positive electrode active material (lithium transition metal composite oxide). A positive electrode slurry prepared by adding 4% by mass of acetylene black as an external additive to the obtained positive electrode active material and further adding a solvent and a binder was added to both sides of an aluminum foil having a thickness of about 100 μm. A positive electrode plate was prepared by coating to a thickness.
一方、グラファイトを負極活物質として調製した負極スラリーを、厚さ10μmの銅箔の両面にそれぞれ約80μmの厚みとなるように塗工して負極板を作製した。作製した正極板と負極板とを、セパレータ(PP/PE/PP(三層))を介して捲回することにより、図1に示すような構成の捲回型内部電極体1を作製した。一方、EC、DMC、及びDECの各種有機溶媒を体積比で1:1:1となるように混合して混合溶媒を調製し、これに1mol/lの濃度となるようにリチウムイオン電解質であるLiPF6を溶解して非水電解液を調製した。
On the other hand, a negative electrode slurry prepared using graphite as a negative electrode active material was applied to both sides of a copper foil having a thickness of 10 μm so as to have a thickness of about 80 μm, thereby preparing a negative electrode plate. The produced positive electrode plate and negative electrode plate were wound through a separator (PP / PE / PP (three layers)) to produce a wound
捲回型内部電極体を収納した電池ケースに非水電解液を充填し、電池ケースを封止してリチウム二次電池を作製した(実施例1〜3,6,7、比較例1)。なお、作製は全てドライプロセスにより行い、電池ケースの封止不良等による電池外部からの水分浸入等の影響も排除した。また、各電池の初回充電後の電池容量は、全て約8Ahであった。 A battery case containing the wound internal electrode body was filled with a non-aqueous electrolyte, and the battery case was sealed to produce lithium secondary batteries (Examples 1 to 3, 6, 7 and Comparative Example 1). All the production was performed by a dry process, and the influence of moisture intrusion from the outside of the battery due to the sealing failure of the battery case was eliminated. Moreover, the battery capacity after the first charge of each battery was about 8 Ah.
(実施例4,5,8,9)
焼成することにより正極活物質(リチウム遷移金属複合酸化物)を得るに際して、各元素の酸化物又は塩に、表1に示す添加剤を所定の添加量で添加すること以外は、前述の実施例1〜3,6,7、比較例1の場合と同様の方法によりリチウム二次電池を作製した(実施例4,5,8,9)。なお、原料スラリーは全て熱風により乾燥した。また、表1中、「添加剤」の「種類」「B」とは、三酸化二硼素(B2O3)を意味し、「V」とは、五酸化バナジウム(V2O5)を意味する。
(Examples 4, 5, 8, 9)
When the positive electrode active material (lithium transition metal composite oxide) is obtained by firing, the above-described examples are obtained except that the additives shown in Table 1 are added in predetermined addition amounts to the oxides or salts of the respective elements. 1 to 3, 6, 7, and lithium secondary batteries were produced in the same manner as in Comparative Example 1 (Examples 4, 5, 8, and 9). All the raw slurry was dried with hot air. In Table 1, “type” and “B” of “additive” mean boron trioxide (B 2 O 3 ), and “V” means vanadium pentoxide (V 2 O 5 ). means.
(交流インピーダンスの測定)
1.電荷移動抵抗:測定する電池の最大充電量の80〜100%まで充電した後、室温(25℃)、及び−25℃の環境下で周波数1mHz〜10kHzまで変化させ、交流インピーダンスを測定する。この際の交流電流値は、最大容量の1/4〜1/5C(放電レート)に固定する。次に、測定した交流インピーダンスのデータに基づき、図4に示す複素平面表示図(コール−コール・プロット)を作成し、図中におけるRa1とRa2を、それぞれ−25℃、25℃における電荷移動抵抗(Ω)として測定・算出した。結果を表2に示す。また、Ra1/Ra2の値を表2に示す。
(Measurement of AC impedance)
1. Charge transfer resistance: After charging up to 80 to 100% of the maximum charge of the battery to be measured, change the frequency from 1 mHz to 10 kHz in an environment of room temperature (25 ° C.) and −25 ° C., and measure the AC impedance. The alternating current value at this time is fixed to 1/4 to 1/5 C (discharge rate) of the maximum capacity. Next, based on the measured AC impedance data, a complex plane display diagram (Cole-Cole plot) shown in FIG. 4 is created, and Ra 1 and Ra 2 in the figure are charges at −25 ° C. and 25 ° C., respectively. It was measured and calculated as moving resistance (Ω). The results are shown in Table 2. Table 2 shows the value of Ra 1 / Ra 2 .
2.オーミック抵抗:前述の「1.電荷移動抵抗」に記載した方法と同様の方法により測定した交流インピーダンスのデータに基づき、図4に示す複素平面表示図(コール−コール・プロット)を作成し、図中におけるRoを、−25℃におけるオーミック抵抗(Ω)として測定・算出した。結果を表2に示す。また、Ra1/Roの値を表2に示す。 2. Ohmic resistance: A complex plane display diagram (Cole-Cole plot) shown in FIG. 4 is created based on AC impedance data measured by a method similar to that described in “1. Charge transfer resistance” described above. The inside Ro was measured and calculated as ohmic resistance (Ω) at −25 ° C. The results are shown in Table 2. In addition, Table 2 shows the value of Ra 1 / Ro.
(低温パルスサイクル試験)
上述の作製した電池について低温パルスサイクル試験を行った。1サイクルは、−25℃の温度条件下、放電深度50%の充電状態の電池を20C(放電レート)相当の電流200Aにて3秒間放電した後3秒間休止し、その後200Aで3秒間充電後、再び50%の充電状態とするパターンに設定した。また、電池容量の変化を調べるため、1Cの電流強さで充電停止電圧4.1V、放電停止電圧2.5Vとした容量測定を行い、20000サイクル経過後の電池容量の値をそれぞれ初回の電池容量の値で除することにより容量維持率(%)を算出した。結果を表2に示す。
(Low-temperature pulse cycle test)
A low temperature pulse cycle test was performed on the above-prepared battery. For one cycle, a battery in a charged state at a discharge depth of 50% under a temperature condition of −25 ° C. was discharged for 3 seconds at a current equivalent to 20 C (discharge rate) for 3 seconds, then rested for 3 seconds, and then charged at 200 A for 3 seconds. The pattern was again set to 50% charge. In addition, in order to investigate the change in the battery capacity, the capacity measurement was performed with a current stop strength of 1 C and a charge stop voltage of 4.1 V and a discharge stop voltage of 2.5 V. The capacity retention rate (%) was calculated by dividing by the capacity value. The results are shown in Table 2.
表2に示すように、「Ra1/Ro」の値が40以下、及び/又は「Ra1/Ra2」の値が250以下という関係を満たす実施例1〜9のリチウム二次電池は、この関係を満たさない比較例1のリチウム二次電池に比して、低温条件下における20000サイクルの低温パルスサイクル試験経過後の容量維持率(%)が高いものであることが明らかである。従って、本発明のリチウム二次電池の優位性を確認することができた。 As shown in Table 2, the lithium secondary batteries of Examples 1 to 9 satisfying the relationship that the value of “Ra 1 / Ro” is 40 or less and / or the value of “Ra 1 / Ra 2 ” is 250 or less, As compared with the lithium secondary battery of Comparative Example 1 that does not satisfy this relationship, it is apparent that the capacity retention rate (%) after the low-temperature pulse cycle test of 20000 cycles under low temperature conditions is high. Therefore, the superiority of the lithium secondary battery of the present invention could be confirmed.
また、原料スラリーをスプレードライ法により乾燥して得られた乾燥粉末を焼成することにより調製した正極活物質を用いたリチウム二次電池(実施例3)の方が、原料スラリーを単に熱風により乾燥して得られた乾燥粉末を焼成することにより調製した正極活物質を用いたリチウム二次電池(実施例1)に比べて、その容量維持率が高いことが明らかである。 In addition, the lithium secondary battery (Example 3) using the positive electrode active material prepared by firing the dry powder obtained by drying the raw material slurry by the spray drying method is simply dried with hot air. It is apparent that the capacity retention rate is higher than that of the lithium secondary battery (Example 1) using the positive electrode active material prepared by firing the dry powder obtained.
本発明のリチウム二次電池は、低温パルスサイクル特性に優れたものである。従って、例えば寒冷地向けの車載用電池として好適な特性を有するものである。また、本発明のリチウム二次電池の低温特性評価方法は、実際に低温条件下で充放電を多数回繰り返さなくても、その低温特性の良否を高い精度で予め判定・評価することができ、車載用電池等として好適なものを作製直後の段階で選択することができる。 The lithium secondary battery of the present invention has excellent low-temperature pulse cycle characteristics. Therefore, for example, it has characteristics suitable as a vehicle-mounted battery for cold regions. In addition, the method for evaluating the low temperature characteristics of the lithium secondary battery of the present invention can determine and evaluate the quality of the low temperature characteristics in advance with high accuracy without actually repeating charging and discharging many times under low temperature conditions. A suitable vehicle battery or the like can be selected immediately after fabrication.
1…捲回型内部電極体、2,8…正極板、3,9…負極板、4,10…セパレータ、5,11…正極集電タブ、6,12…負極集電タブ、7…積層型内部電極体、13…巻芯、15A…正極外部端子、15B…負極外部端子、16A…正極電池蓋、16B…負極電池蓋、18…パッキン、19…くびれ部、20…電池ケース、30…リチウム二次電池、Ra1,Ra2…電荷移動抵抗、Rs…溶液抵抗、Zw…拡散抵抗、ω…角周波数、ωmax…半円の頂点の角周波数。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
−25℃におけるオーミック抵抗(Ro(Ω))と、−25℃における電荷移動抵抗(Ra1(Ω))と、25℃における電荷移動抵抗(Ra2(Ω))とが、下記式(1)、(2)の関係のうちの少なくともいずれかを満たすリチウム二次電池。
Ra1/Ro≦40 …(1)
Ra1/Ra2≦250 …(2) A positive electrode material including a lithium transition metal composite oxide as a positive electrode active material, a negative electrode material including a carbonaceous material as a negative electrode active material, and a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium ion electrolyte in an organic solvent are included as constituent elements. A lithium secondary battery
The ohmic resistance at -25 ℃ (Ro (Ω)) , charge transfer resistance at -25 ° C. and (Ra 1 (Omega)), although the charge transfer resistance at 25 ℃ (Ra 2 (Ω) ), the following equation (1 ), A lithium secondary battery that satisfies at least one of the relationships (2).
Ra 1 / Ro ≦ 40 (1)
Ra 1 / Ra 2 ≦ 250 (2)
前記置換元素Mが、Li、Fe、Ni、Mg、Zn、Co、Cr、Al、B、Si、Sn、P、V、Sb、Nb、Ta、Mo、及びWからなる群より選択される一種以上の元素、及びTiである請求項1又は2に記載のリチウム二次電池。 The lithium transition metal oxide has the general formula Li X M a Mn Ya O Z ( In the general formula, M is a substituted element Mn, a represents the substitution amount, 0 <X, 0 <Y , 0 < Z, 0 ≦ a <Y), and
The substitution element M is selected from the group consisting of Li, Fe, Ni, Mg, Zn, Co, Cr, Al, B, Si, Sn, P, V, Sb, Nb, Ta, Mo, and W The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium element is Ti or the above element.
−25℃におけるオーミック抵抗(Ro(Ω))と、−25℃における電荷移動抵抗(Ra1(Ω))と、25℃における電荷移動抵抗(Ra2(Ω))とが、下記式(1)、(2)の関係のうちの少なくともいずれかを満たす場合に、前記リチウム二次電池が良好な低温特性を有すると判定するリチウム二次電池の低温特性評価方法。
Ra1/Ro≦40 …(1)
Ra1/Ra2≦250 …(2) A positive electrode material including a lithium transition metal composite oxide as a positive electrode active material, a negative electrode material including a carbonaceous material as a negative electrode active material, and a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium ion electrolyte in an organic solvent are included as constituent elements. A method for evaluating the quality of the low temperature characteristics of a lithium secondary battery comprising:
The ohmic resistance at -25 ℃ (Ro (Ω)) , charge transfer resistance at -25 ° C. and (Ra 1 (Omega)), although the charge transfer resistance at 25 ℃ (Ra 2 (Ω) ), the following equation (1 ), A method for evaluating low-temperature characteristics of a lithium secondary battery that determines that the lithium secondary battery has good low-temperature characteristics when at least one of the relationships of (2) is satisfied.
Ra 1 / Ro ≦ 40 (1)
Ra 1 / Ra 2 ≦ 250 (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003348537A JP2005116321A (en) | 2003-10-07 | 2003-10-07 | Lithium secondary battery and its low-temperature characteristic evaluation method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003348537A JP2005116321A (en) | 2003-10-07 | 2003-10-07 | Lithium secondary battery and its low-temperature characteristic evaluation method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005116321A true JP2005116321A (en) | 2005-04-28 |
Family
ID=34540700
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003348537A Withdrawn JP2005116321A (en) | 2003-10-07 | 2003-10-07 | Lithium secondary battery and its low-temperature characteristic evaluation method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005116321A (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7452631B2 (en) * | 2004-05-28 | 2008-11-18 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
US20110309291A1 (en) * | 2010-06-18 | 2011-12-22 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for producing cathode active material for a lithium secondary battery |
WO2011158575A1 (en) * | 2010-06-18 | 2011-12-22 | 日本碍子株式会社 | Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery |
US20140367610A1 (en) * | 2011-05-30 | 2014-12-18 | Takehiro Noguchi | Active material for secondary battery and secondary battery using the same |
CN104730463A (en) * | 2013-12-20 | 2015-06-24 | 北汽福田汽车股份有限公司 | Method for detecting consistency of single batteries |
CN106450267A (en) * | 2015-08-05 | 2017-02-22 | 丰田自动车株式会社 | Lithium ion secondary battery |
WO2018168470A1 (en) * | 2017-03-14 | 2018-09-20 | 三井金属鉱業株式会社 | Spinel type lithium nickel manganese-containing composite oxide |
-
2003
- 2003-10-07 JP JP2003348537A patent/JP2005116321A/en not_active Withdrawn
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7452631B2 (en) * | 2004-05-28 | 2008-11-18 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
US20110309291A1 (en) * | 2010-06-18 | 2011-12-22 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for producing cathode active material for a lithium secondary battery |
WO2011158575A1 (en) * | 2010-06-18 | 2011-12-22 | 日本碍子株式会社 | Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery |
JPWO2011158575A1 (en) * | 2010-06-18 | 2013-08-19 | 日本碍子株式会社 | Method for producing positive electrode active material of lithium secondary battery |
US8709662B2 (en) | 2010-06-18 | 2014-04-29 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for producing cathode active material for a lithium secondary battery |
US20140367610A1 (en) * | 2011-05-30 | 2014-12-18 | Takehiro Noguchi | Active material for secondary battery and secondary battery using the same |
CN104730463A (en) * | 2013-12-20 | 2015-06-24 | 北汽福田汽车股份有限公司 | Method for detecting consistency of single batteries |
CN106450267B (en) * | 2015-08-05 | 2019-07-05 | 丰田自动车株式会社 | Lithium ion secondary battery |
CN106450267A (en) * | 2015-08-05 | 2017-02-22 | 丰田自动车株式会社 | Lithium ion secondary battery |
WO2018168470A1 (en) * | 2017-03-14 | 2018-09-20 | 三井金属鉱業株式会社 | Spinel type lithium nickel manganese-containing composite oxide |
KR20190112030A (en) * | 2017-03-14 | 2019-10-02 | 미쓰이금속광업주식회사 | Spinel-type lithium nickel manganese-containing oxide |
CN110402239A (en) * | 2017-03-14 | 2019-11-01 | 三井金属矿业株式会社 | The spinel-type manganese composite oxide of nickel containing lithium |
JPWO2018168470A1 (en) * | 2017-03-14 | 2019-11-07 | 三井金属鉱業株式会社 | Spinel-type lithium nickel manganese-containing composite oxide |
KR102230484B1 (en) | 2017-03-14 | 2021-03-22 | 미쓰이금속광업주식회사 | Spinel type lithium nickel manganese-containing complex oxide |
CN110402239B (en) * | 2017-03-14 | 2022-03-08 | 三井金属矿业株式会社 | Spinel type lithium nickel manganese containing composite oxide |
US11799079B2 (en) | 2017-03-14 | 2023-10-24 | Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. | Spinel type lithium nickel manganese-containing composite oxide |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4208865B2 (en) | Nonaqueous electrolyte battery and battery pack | |
JP5049680B2 (en) | Nonaqueous electrolyte battery and battery pack | |
JP4213687B2 (en) | Nonaqueous electrolyte battery and battery pack | |
US10355274B2 (en) | Electrode, nonaqueous electrolyte battery, battery pack and vehicle | |
US20060216600A1 (en) | Battery pack and vehicle | |
JP2012199146A (en) | Active material for battery, nonaqueous electrolyte battery, and battery pack | |
JP5002927B2 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery and battery pack using the same | |
CN102054965A (en) | Positive electrode and nonaqueous electrolyte battery | |
JP2003208924A (en) | Lithium secondary battery | |
JP2005209469A (en) | Lithium secondary battery | |
JP2011054334A (en) | Lithium secondary battery | |
JP2005285545A (en) | Lithium secondary battery | |
JP5865951B2 (en) | Nonaqueous electrolyte battery and battery pack | |
JP2007234545A (en) | Nonaqueous electrolyte battery and battery pack | |
JP2000090932A (en) | Lithium secondary battery | |
JP2005116321A (en) | Lithium secondary battery and its low-temperature characteristic evaluation method | |
JP7500871B2 (en) | Electrodes, batteries, and battery packs | |
JP2002305035A (en) | Lithium secondary battery | |
JP5985272B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP2001223031A (en) | Lithium secondary battery | |
JP2000182656A (en) | Lithium secondary battery | |
JP2002270226A (en) | Lithium secondary battery | |
JP4040264B2 (en) | Electrode body evaluation method | |
JP2005267953A (en) | Lithium secondary battery | |
JP4017079B2 (en) | Lithium secondary battery and manufacturing method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070109 |