JP6453611B2 - Lithium secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、サイクル特性および高温貯蔵特性が良好なリチウム二次電池に関するものである。 The present invention relates to a lithium secondary battery having good cycle characteristics and high-temperature storage characteristics.
近年、携帯電話、ノート型パソコンなどの携帯型電子機器の発達や、電気自動車の実用化などに伴って、小型軽量でかつ高容量のリチウム二次電池が必要とされるようになってきた。 In recent years, along with the development of portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers, and the practical application of electric vehicles, small and light lithium secondary batteries with high capacity have been required.
そして、リチウム二次電池には、その適用機器の広がりなどに伴って、高容量化と共に各種の電池特性を向上させることが求められている。 In addition, lithium secondary batteries are required to improve various battery characteristics as well as to increase the capacity in accordance with the spread of applied devices.
こうしたリチウム二次電池の電池特性の向上を達成する一手段として、リチウム二次電池の有する非水電解質に各種の添加剤を適用することが知られている。例えば、特許文献1には、エチレンカーボネートやプロピレンカーボネート等の環状カーボネートと、二重結合又は三重結合を末端に有する炭素数3以上の側鎖が結合した環状酸無水物とを含有する非水電解液が開示されている。この電解液を使用することで、広い温度範囲での電気化学特性を改善出来るとしている。
As one means for achieving improvement of the battery characteristics of such a lithium secondary battery, it is known to apply various additives to the nonaqueous electrolyte of the lithium secondary battery. For example,
また、特許文献2には、イソシアン酸トリアリルと、ハロゲン化環状カーボネート化合物、ニトリル化合物、等の化合物を含有することを特徴とする非水系電解液が開示されている。この電解液を使用することで、耐久性と容量、抵抗、出力特性などの性能につき、総合的な性能のバランスのよい電池を得ることが出来るとしている。
また、電池内への水分持ち込みにより発生するフッ化水素(HF)由来の電池の特性劣化が従来問題になってきている。特許文献3では、特定のスルホン酸無水物を用い、非水電解質に含まれる水分を100ppm以下に制御することで、サイクル特性を改善する技術が開示されている。更に特許文献4では絶縁性の無機微粒子を含む絶縁層を備える電池用セパレータの、単位体積当たりの含有水分量を規定して電池内への水分の持ち込みを制限し、良好な信頼性と安全性を有し、貯蔵特性および充放電サイクル特製に優れたリチウム二次電池を提供出来ることが開示されている。
In addition, deterioration of characteristics of batteries derived from hydrogen fluoride (HF) generated by bringing moisture into the battery has been a problem.
ところで近年では、リチウム二次電池の高容量化の要請に対し、充電上限電圧を従来よりも高めることで、これに対応しようとする検討がなされているが、この場合、充電状態となった電池内では、各種の構成要素が従来よりも過酷な環境下におかれるようになることから、例えば、電池の環境下での高温貯蔵特性をより高め得る技術が要求される可能性もある。 By the way, in recent years, in response to the demand for higher capacity of lithium secondary batteries, studies have been made to cope with this by increasing the upper limit voltage of charging compared to the conventional case. In this case, the battery is in a charged state. In particular, since various components are placed in a harsher environment than in the past, for example, there is a possibility that a technique capable of further improving the high-temperature storage characteristics in a battery environment may be required.
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、サイクル特性および高温貯蔵特性が良好なリチウム二次電池を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said situation, The objective is to provide a lithium secondary battery with favorable cycling characteristics and high temperature storage characteristics.
前記目的を達成し得た本発明のリチウム二次電池は、正極、負極、セパレータ、および非水電解質を備えた二次電池であって、前記正極、負極およびセパレータのうち、少なくとも一つの表面上に無機酸化物粒子層を備え、前記無機酸化物粒子層は、無機酸化物粒子と結着剤を備え、前記非水電解質中のアリルコハク酸無水物が、0.1〜3質量%、ビニレンカーボネートが0.5〜4質量%となる非水電解質を使用するものである。 The lithium secondary battery of the present invention that has achieved the above object is a secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte, on at least one surface of the positive electrode, the negative electrode, and the separator. The inorganic oxide particle layer includes inorganic oxide particles and a binder, and allyl succinic anhydride in the nonaqueous electrolyte is 0.1 to 3% by mass, vinylene carbonate. Is a non-aqueous electrolyte with a concentration of 0.5 to 4% by mass.
本発明によれば、サイクル特性および高温貯蔵特性が良好なリチウム二次電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a lithium secondary battery having good cycle characteristics and high-temperature storage characteristics.
本発明のリチウム二次電池では、例えばリチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液(非水電解液)であって、アリルコハク酸無水物と、ビニレンカーボネートとを含有する非水電解質を使用し、正極、負極およびセパレータのうち、少なくとも一つの表面上に無機酸化物粒子層を備える。 In the lithium secondary battery of the present invention, for example, a solution (non-aqueous electrolyte) in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent, which uses a non-aqueous electrolyte containing allyl succinic anhydride and vinylene carbonate, a positive electrode, An inorganic oxide particle layer is provided on at least one surface of the negative electrode and the separator.
セパレータの熱収縮により正極負極の短絡を防いでリチウム二次電池の安全性を高めるために、セパレータや電極上に耐熱性に優れる無機酸化物粒子層を設けることは、一般的な技術である。しかしながら、この無機酸化物粒子は一般に水分を蓄える性質がある。 It is a common technique to provide an inorganic oxide particle layer having excellent heat resistance on a separator or electrode in order to prevent the positive electrode and the negative electrode from being short-circuited by thermal contraction of the separator and to improve the safety of the lithium secondary battery. However, the inorganic oxide particles generally have a property of storing moisture.
電池内に水分を持ち込むと、電池内のフッ素化合物(例えばフッ素を含むリチウム塩由来フッ素等)と反応し、フッ化水素(HF)が発生する。特に高温下ではこのHFが発生しやすい。このHFは電池の内部部材を腐食させるので様々な電池特性の低下の原因になり、とりわけ、正極活物質の劣化は、正極活物質の遷移金属元素がイオン化して非水電解質中へ溶出させ、サイクル特性の低下やガス発生を引き起こす。つまり、水分を蓄えやすい無機酸化物粒子を用いた耐熱層を設ける場合、電池の安全性向上には寄与するが、その分HFが発生しやすくなるリスクもある。 When moisture is brought into the battery, it reacts with a fluorine compound (for example, fluorine derived from a lithium salt containing fluorine) in the battery to generate hydrogen fluoride (HF). In particular, this HF is likely to occur at high temperatures. This HF corrodes the internal parts of the battery and causes various battery characteristics to deteriorate. In particular, the deterioration of the positive electrode active material is caused by the transition metal element of the positive electrode active material being ionized and eluted into the non-aqueous electrolyte. It causes deterioration of cycle characteristics and gas generation. That is, when a heat-resistant layer using inorganic oxide particles that easily store moisture is provided, it contributes to improving the safety of the battery, but there is also a risk that HF is likely to be generated.
そこで、無機酸化物粒子層を設けると同時に、非水電解質中にアリルコハク酸無水物を含有させ、HF発生を防いだ。アリルコハク酸無水物は水を吸着する性質があり、電池内に持ち込まれ、非水電解質中に溶け込んだ水分を吸着することができる。これにより、電池内で水分とフッ素化合物との反応生成物であるフッ化水素の発生を抑制することが出来る。従って、無機酸化物粒子層を設け、電池内に水分を取り込みやすい場合でも、フッ化水素による正極活物質の腐食を抑制することができ、サイクル特性や高温貯蔵特性が向上する。 Therefore, at the same time as providing the inorganic oxide particle layer, allyl succinic anhydride was contained in the non-aqueous electrolyte to prevent the generation of HF. Allyl succinic anhydride has the property of adsorbing water and can be brought into the battery and adsorbed the water dissolved in the non-aqueous electrolyte. Thereby, generation | occurrence | production of the hydrogen fluoride which is a reaction product of a water | moisture content and a fluorine compound can be suppressed in a battery. Therefore, even when an inorganic oxide particle layer is provided and moisture is easily taken into the battery, corrosion of the positive electrode active material by hydrogen fluoride can be suppressed, and cycle characteristics and high-temperature storage characteristics are improved.
ビニレンカーボネート(以降VCと記載)は電解質添加剤として非常に一般的で、多くのリチウム二次電池で採用されている化合物である。VCは、負極表面に被膜を形成し、負極と非水電解質とが過剰に反応するのを防ぐことが出来る。ところが、高容量化に伴い電池の充電上限電圧が高く(例えば4.35V以上)なるにつれ、VCは正極表面で酸化され、炭酸ガスになるため高温貯蔵時の膨れの原因になってしまう。しかし、ガス発生を避けるために非水電解質中のVCの含有量を減らすと、負極上に十分な被膜が出来ずにサイクル特性が劣化してしまう。こういった背景の中、VCとアリルコハク酸無水物とを併用することで、高温貯蔵特性やサイクル特性が向上することが本発明の発明者らの検討により明らかになった。 Vinylene carbonate (hereinafter referred to as VC) is very common as an electrolyte additive, and is a compound employed in many lithium secondary batteries. VC forms a film on the negative electrode surface and can prevent the negative electrode and the non-aqueous electrolyte from reacting excessively. However, as the upper limit voltage of the battery becomes higher (for example, 4.35 V or more) as the capacity increases, VC is oxidized on the surface of the positive electrode and becomes carbon dioxide, which causes swelling during high-temperature storage. However, if the content of VC in the non-aqueous electrolyte is reduced in order to avoid gas generation, a sufficient film cannot be formed on the negative electrode and cycle characteristics will deteriorate. In such a background, it has been clarified by the inventors of the present invention that high-temperature storage characteristics and cycle characteristics are improved by using VC and allyl succinic anhydride in combination.
これは、理由は定かではないが、以下のように推測する。充電上限電圧が高くなるにつれ、VCの酸化電位に近づいていくので、VCが正極で反応しやすくなりガスが発生する。更にVCだけでは高電圧高温下でのLi挿入脱離の繰り返しに耐え得る被膜を形成することができず、被膜が破壊され、露出した負極表面で電解液中に残存するVC等が反応するので、電解質自体が消耗されこれが原因でサイクル特性が劣化してしまう。 The reason for this is not clear, but is estimated as follows. As the charging upper limit voltage becomes higher, it approaches the oxidation potential of VC, so that VC easily reacts at the positive electrode and gas is generated. Furthermore, with VC alone, it is not possible to form a film that can withstand repeated Li insertion / extraction under high voltage and high temperature, the film is destroyed, and VC remaining in the electrolyte reacts on the exposed negative electrode surface. The electrolyte itself is consumed, and this causes the cycle characteristics to deteriorate.
そこでアリルコハク酸無水物とVCとを非水電解質にともに含有させる。両化合物は、負極表面に被膜を形成すると考えられ、VC単独での被膜よりも併用した方がLiイオンを通しやすく充放電の繰り返しに耐え得る強固な被膜としえる。これにより、高電圧下、高温下という過酷な環境においても電解液の消耗を抑え、サイクル特性低下を抑制することが可能になる。 Therefore, allyl succinic anhydride and VC are both contained in the non-aqueous electrolyte. Both compounds are considered to form a film on the negative electrode surface, and can be used as a strong film that can easily pass Li ions and can withstand repeated charge and discharge when used in combination rather than a film of VC alone. As a result, it is possible to suppress the consumption of the electrolytic solution even in a harsh environment such as a high voltage and a high temperature, and to suppress deterioration in cycle characteristics.
更に、負極表面におけるアリルコハク酸無水物の還元電位はVCと近く、アリルコハク酸無水物が負極上に被膜を形成する際にVCを巻き込んで反応し、Liイオンを通しやすく、かつ高電圧高温耐性のある被膜を形成させることができる。また、非水電解質中にVCが過剰に残存することがなく、ガス発生も抑えることが出来る。 Furthermore, the reduction potential of allyl succinic anhydride on the negative electrode surface is close to VC, and when allyl succinic anhydride forms a film on the negative electrode, it reacts by entraining VC, allowing Li ions to pass through, and high voltage and high temperature resistance. A coating can be formed. Further, VC does not remain excessively in the non-aqueous electrolyte, and gas generation can be suppressed.
また、上述した通り、アリルコハク酸無水物と無機酸化物粒子層を設けた場合のサイクル特性向上と、VCとアリルコハク酸無水物とを併用する時のサイクル特性向上とが同時に起こることで相乗的な効果をもたらすことが、本発明の発明者らによって明らかにされた。 In addition, as described above, the cycle characteristics when the allyl succinic anhydride and the inorganic oxide particle layer are provided and the cycle characteristics when both VC and allyl succinic anhydride are used simultaneously are synergistic. It has been made clear by the inventors of the present invention to bring about an effect.
上述の効果を得るためには、非水電解質中のアリルコハク酸無水物の含有量は0.1質量%以上であり、好ましくは0.3質量%以上である。アリルコハク酸無水物の量が多すぎると界面抵抗が高くなるので、3.0質量%以下であり、好ましくは2.0質量%以下である。 In order to obtain the above-described effect, the content of allyl succinic anhydride in the nonaqueous electrolyte is 0.1% by mass or more, preferably 0.3% by mass or more. If the amount of allyl succinic anhydride is too large, the interfacial resistance increases, so it is 3.0% by mass or less, preferably 2.0% by mass or less.
また、上述の効果を得るための非水電解質中のVCの含有量は、0.5質量%以上である。好ましくは1.0質量%以上である。VCの量が多すぎるとアリルコハク酸無水物との混合被膜が不均一になることから、4.0質量%以下、好ましくは3.0質量%以下である。 Further, the content of VC in the non-aqueous electrolyte for obtaining the above-described effect is 0.5% by mass or more. Preferably it is 1.0 mass% or more. If the amount of VC is too large, the mixed film with allyl succinic anhydride becomes non-uniform, so that it is 4.0% by mass or less, preferably 3.0% by mass or less.
本発明の効果を阻害しなければ、上述した化合物以外の化合物を非水電解質に添加剤として使用することもできる。
例えば、下記一般式(1)で表されるホスホノアセテート類化合物を用いることが出来る。このホスホノアセテート類化合物は、リチウム二次電池の負極表面に皮膜を形成し、負極活物質の劣化や非水電解質の劣化を抑制する成分である。
As long as the effects of the present invention are not impaired, compounds other than the compounds described above can be used as additives in the non-aqueous electrolyte.
For example, a phosphonoacetate compound represented by the following general formula (1) can be used. The phosphonoacetate compound is a component that forms a film on the negative electrode surface of the lithium secondary battery and suppresses the deterioration of the negative electrode active material and the nonaqueous electrolyte.
ホスホノアセテート類化合物を表す前記一般式(1)において、R1、R2およびR3は、それぞれ独立して、ハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基(例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基など)であり、nは0〜6の整数である。すなわち、前記R1、R2およびR3は、それぞれが異なっていてもよく、2つ以上が同一であってもよい。 In the general formula (1) representing the phosphonoacetate compound, R 1 , R 2 and R 3 are each independently a hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms which may be substituted with a halogen atom (for example, , Alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, etc.), and n is an integer of 0-6. That is, R 1 , R 2 and R 3 may be different from each other, or two or more may be the same.
前記一般式(1)で表わされるホスホノアセテート類化合物の具体例としては、例えば、以下のものが挙げられる。 Specific examples of the phosphonoacetate compound represented by the general formula (1) include the following.
<前記一般式(1)においてn=0である化合物>
トリメチル ホスホノフォルメート、メチル ジエチルホスホノフォルメート、メチル ジプロピルホスホノフォルメート、メチル ジブチルホスホノフォルメート、トリエチル ホスホノフォルメート、エチルジメチルホスホノフォルメート、エチル ジプロピルホスホノフォルメート、エチル ジブチルホスホノフォルメート、トリプロピル ホスホノフォルメート、プロピル ジメチルホスホノフォルメート、プロピル ジエチルホスホノフォルメート、プロピル ジブチルホスホノフォルメート、トリブチル ホスホノフォルメート、ブチル ジメチルホスホノフォルメート、ブチル ジエチルホスホノフォルメート、ブチル ジプロピルホスホノフォルメート、メチル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノフォルメート、エチル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノフォルメート、プロピル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノフォルメート、ブチル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノフォルメートなど。
<Compound wherein n = 0 in the general formula (1)>
Trimethyl phosphonoformate, methyl diethyl phosphonoformate, methyl dipropyl phosphonoformate, methyl dibutyl phosphonoformate, triethyl phosphonoformate, ethyl dimethyl phosphonoformate, ethyl dipropyl phosphonoformate, ethyl Dibutyl phosphonoformate, tripropyl phosphonoformate, propyl dimethylphosphonoformate, propyl diethylphosphonoformate, propyl dibutylphosphonoformate, tributyl phosphonoformate, butyl dimethylphosphonoformate, butyl diethylphospho Noformate, butyl dipropylphosphonoformate, methyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphonoformate, ethyl bis (2 2,2-trifluoroethyl) phosphonoacetate formate, propyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphonoacetate formate, and butyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphonoacetate formate.
<前記一般式(1)においてn=1である化合物>
トリメチル ホスホノアセテート、メチル ジエチルホスホノアセテート、メチル ジプロピルホスホノアセテート、メチル ジブチルホスホノアセテート、トリエチル ホスホノアセテート、エチル ジメチルホスホノアセテート、エチル ジプロピルホスホノアセテート、エチルジブチルホスホノアセテート、トリプロピル ホスホノアセテート、プロピル ジメチルホスホノアセテート、プロピル ジエチルホスホノアセテート、プロピル ジブチルホスホノアセテート、トリブチル ホスホノアセテート、ブチル ジメチルホスホノアセテート、ブチル ジエチルホスホノアセテート、ブチルジプロピルホスホノアセテート、メチル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノアセテート、エチル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノアセテート、プロピル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノアセテート、ブチル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスホノアセテート、アリル ジメチルホスホノアセテート、アリル ジエチルホスホノアセテート、2−プロピニル(ジメチルホスホノ)アセテート、2−プロピニル(ジエチルホスホノ)アセテートなど。
<Compound with n = 1 in the general formula (1)>
Trimethyl phosphonoacetate, methyl diethyl phosphonoacetate, methyl dipropyl phosphonoacetate, methyl dibutyl phosphonoacetate, triethyl phosphonoacetate, ethyl dimethylphosphonoacetate, ethyl dipropylphosphonoacetate, ethyldibutylphosphonoacetate, tripropyl Phosphonoacetate, propyl dimethylphosphonoacetate, propyl diethylphosphonoacetate, propyl dibutylphosphonoacetate, tributyl phosphonoacetate, butyldimethylphosphonoacetate, butyldiethylphosphonoacetate, butyldipropylphosphonoacetate, methylbis (2 , 2,2-trifluoroethyl) phosphonoacetate, ethyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) phospho No acetate, propyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphonoacetate, butyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) phosphonoacetate, allyl dimethylphosphonoacetate, allyl diethylphosphonoacetate, 2 -Propynyl (dimethylphosphono) acetate, 2-propynyl (diethylphosphono) acetate, etc.
<前記一般式(1)においてn=2である化合物>
トリメチル−3−ホスホノプロピオネート、メチル ジエチル−3−ホスホノプロピオネート、メチル ジプロピル−3−ホスホノプロピオネート、メチル ジブチル−3−ホスホノプロピオネート、トリエチル−3−ホスホノプロピオネート、エチル ジメチル−3−ホスホノプロピオネート、エチル ジプロピル−3−ホスホノプロピオネート、エチル ジブチル3−ホスホノプロピオネート、トリプロピル−3−ホスホノプロピオネート、プロピル ジメチル−3−ホスホノプロピオネート、プロピル ジエチル−3−ホスホノプロピオネート、プロピル ジブチル3−ホスホノプロピオネート、トリブチル−3−ホスホノプロピオネート、ブチル ジメチル−3−ホスホノプロピオネート、ブチル ジエチル−3−ホスホノプロピオネート、ブチル ジプロピル−3−ホスホノプロピオネート、メチル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)−3−ホスホノプロピオネート、エチル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)−3−ホスホノプロピオネート、プロピル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)−3−ホスホノプロピオネート、ブチル ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)−3−ホスホノプロピオネートなど。
<Compound wherein n = 2 in the general formula (1)>
Trimethyl-3-phosphonopropionate, methyl diethyl-3-phosphonopropionate, methyl dipropyl-3-phosphonopropionate, methyl dibutyl-3-phosphonopropionate, triethyl-3-phosphonopro Pionate, ethyl dimethyl-3-phosphonopropionate, ethyl dipropyl-3-phosphonopropionate, ethyl dibutyl 3-phosphonopropionate, tripropyl-3-phosphonopropionate, propyl dimethyl-3 -Phosphonopropionate, propyl diethyl-3-phosphonopropionate, propyl dibutyl 3-phosphonopropionate, tributyl-3-phosphonopropionate, butyl dimethyl-3-phosphonopropionate, butyl Diethyl-3-phosphonopropionate, butyl Propyl-3-phosphonopropionate, methyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) -3-phosphonopropionate, ethyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) -3-phosphono Propionate, propyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) -3-phosphonopropionate, butyl bis (2,2,2-trifluoroethyl) -3-phosphonopropionate, and the like.
<前記一般式(1)においてn=3である化合物>
トリメチル−4−ホスホノブチレート、メチル ジエチル−4−ホスホノブチレート、メチル ジプロピル−4−ホスホノブチレート、メチル ジブチル4−ホスホノブチレート、トリエチル−4−ホスホノブチレート、エチル ジメチル−4−ホスホノブチレート、エチル ジプロピル−4−ホスホノブチレート、エチル ジブチル4−ホスホノブチレート、トリプロピル−4−ホスホノブチレート、プロピル ジメチル−4−ホスホノブチレート、プロピル ジエチル−4−ホスホノブチレート、プロピル ジブチル4−ホスホノブチレート、トリブチル−4−ホスホノブチレート、ブチル ジメチル−4−ホスホノブチレート、ブチル ジエチル−4−ホスホノブチレート、ブチル ジプロピル−4−ホスホノブチレートなど。
<Compound wherein n = 3 in the general formula (1)>
Trimethyl-4-phosphonobutyrate, methyl diethyl-4-phosphonobutyrate, methyl dipropyl-4-phosphonobutyrate, methyl dibutyl 4-phosphonobutyrate, triethyl-4-phosphonobutyrate, ethyl dimethyl- 4-phosphonobutyrate, ethyl dipropyl-4-phosphonobutyrate, ethyl dibutyl 4-phosphonobutyrate, tripropyl-4-phosphonobutyrate, propyl dimethyl-4-phosphonobutyrate, propyl diethyl-4 -Phosphonobutyrate, propyl dibutyl 4-phosphonobutyrate, tributyl-4-phosphonobutyrate, butyl dimethyl-4-phosphonobutyrate, butyl diethyl-4-phosphonobutyrate, butyl dipropyl-4-phospho Nob chelate etc.
前記例示のホスホノアセテート類化合物の中でも、2−プロピニル(ジエチルホスホノ)アセテート(PDEA)、エチル ジエチルホスホノアセテート(EDPA)が特に好ましい。 Among the above exemplified phosphonoacetate compounds, 2-propynyl (diethylphosphono) acetate (PDEA) and ethyl diethylphosphonoacetate (EDPA) are particularly preferable.
リチウム二次電池に使用する非水電解質における前記一般式(1)で表されるホスホノアセテート類化合物の含有量は、その使用による効果をより良好に確保する観点から、0.5質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましい。ただし、非水電解質中の前記一般式(1)で表されるホスホノアセテート類化合物の含有量が多すぎると、電池の充放電サイクル特性が低下する虞がある。よって、リチウム二次電池に使用する非水電解質における前記一般式(1)で表されるホスホノアセテート類化合物の含有量は、30質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。 The content of the phosphonoacetate compound represented by the general formula (1) in the non-aqueous electrolyte used for the lithium secondary battery is 0.5% by mass or more from the viewpoint of better ensuring the effect of the use. It is preferable that it is 1 mass% or more. However, if the content of the phosphonoacetate compound represented by the general formula (1) in the nonaqueous electrolyte is too large, the charge / discharge cycle characteristics of the battery may be deteriorated. Therefore, the content of the phosphonoacetate compound represented by the general formula (1) in the nonaqueous electrolyte used for the lithium secondary battery is preferably 30% by mass or less, and preferably 5% by mass or less. Is more preferable.
前記ホスホノアセテート類化合物を表わす前記一般式(1)のR1、R2、およびR3のいずれかが不飽和結合を含む場合、負極表面において、炭素−炭素二重結合または炭素−炭素三重結合が開くことで重合して皮膜を形成するものと推測される。この場合に形成される皮膜は、構成分子(構成ポリマー)が柔軟な炭素−炭素結合を主鎖としていることから、柔軟性が高い。リチウム二次電池を充放電した際には、それに伴って負極活物質が膨張・収縮を起こすため、負極(負極合剤層)全体も体積変化する。しかし、負極(負極合剤層)表面にホスホノアセテート類化合物由来の成分を含む皮膜が形成されている場合には、この皮膜は前記の通り柔軟性に富むものであるため、電池の充放電に伴う負極の体積変化に追随して、割れや亀裂などが生じ難いことから、電池の充放電を繰り返してもホスホノアセテート類化合物由来の成分を含む皮膜による前記の効果を良好に持続させることができる。 When any of R 1 , R 2 , and R 3 of the general formula (1) representing the phosphonoacetate compound contains an unsaturated bond, a carbon-carbon double bond or a carbon-carbon triple is formed on the negative electrode surface. It is presumed that a film is formed by polymerization by opening the bond. The film formed in this case is highly flexible because the constituent molecule (constituent polymer) has a flexible carbon-carbon bond as the main chain. When the lithium secondary battery is charged / discharged, the negative electrode active material expands and contracts accordingly, so that the entire negative electrode (negative electrode mixture layer) also changes in volume. However, when a film containing a component derived from a phosphonoacetate compound is formed on the surface of the negative electrode (negative electrode mixture layer), the film is rich in flexibility as described above. Following the change in volume of the negative electrode, cracks and cracks are less likely to occur, and thus the above-described effect of the coating containing a component derived from a phosphonoacetate compound can be sustained satisfactorily even when the battery is repeatedly charged and discharged. .
更に、非水電解質中に分子内にニトリル基を有する化合物を含有させても良い。分子内にニトリル基を有する化合物は、リチウム二次電池内において、正極表面に吸着して皮膜を形成し、高電圧に充電された状態での正極活物質からの遷移金属元素のイオンの、非水電解質への溶出を抑制する機能を有している。従って、分子内にニトリル基を有する化合物による前記の作用によって、上限電圧を高く設定して充電する方法で使用しても安定に使用することができる。 Furthermore, you may make the nonaqueous electrolyte contain the compound which has a nitrile group in a molecule | numerator. The compound having a nitrile group in the molecule adsorbs on the surface of the positive electrode to form a film in the lithium secondary battery, and the non-ion of transition metal element ions from the positive electrode active material in a state charged at a high voltage. It has a function to suppress elution into the water electrolyte. Therefore, even if it uses by the method of charging by setting a high upper limit voltage by the effect | action by the compound which has a nitrile group in a molecule | numerator, it can be used stably.
また、分子内にニトリル基を有する化合物が正極表面に皮膜を形成することで、正極と非水電解質との直接の接触を抑制することができるため、電池の充放電に伴う非水電解質成分の正極表面での分解や、それによるガス発生を抑えることができる。そのため、高温環境下での貯蔵特性向上と、充放電サイクル特性向上が可能になる。 In addition, since the compound having a nitrile group in the molecule forms a film on the surface of the positive electrode, direct contact between the positive electrode and the non-aqueous electrolyte can be suppressed. Decomposition on the surface of the positive electrode and gas generation caused thereby can be suppressed. Therefore, it is possible to improve storage characteristics and charge / discharge cycle characteristics under a high temperature environment.
分子内にニトリル基を有する化合物としては、例えば、分子内にニトリル基を1つ有するモノニトリル化合物、分子内にニトリル基を2つ有するジニトリル化合物、分子内にニトリル基を3つ有するトリニトリル化合物などが挙げられる。これらの中でも、前記の作用(正極表面での皮膜形成による正極活物質からの遷移金属元素のイオンの溶出抑制作用、および正極と非水電解質成分との反応抑制作用)がより良好である点で、ジニトリル化合物(すなわち、分子内にニトリル基を2つ有する化合物)が好ましく、一般式NC−R−CN(ただし、Rは炭素数1〜10の直鎖または分岐の炭化水素鎖)で表されるジニトリル化合物がより好ましい。また、前記一般式におけるRは、炭素数1〜10の直鎖状のアルキレン鎖または分岐を有する炭素数1〜10のアルキレン鎖であることが更に好ましい。 Examples of the compound having a nitrile group in the molecule include a mononitrile compound having one nitrile group in the molecule, a dinitrile compound having two nitrile groups in the molecule, and a trinitrile compound having three nitrile groups in the molecule. Is mentioned. Among these, the above-mentioned actions (the action of suppressing the elution of ions of transition metal elements from the positive electrode active material by the film formation on the surface of the positive electrode and the action of suppressing the reaction between the positive electrode and the nonaqueous electrolyte component) are better. , Dinitrile compounds (that is, compounds having two nitrile groups in the molecule) are preferred, and are represented by the general formula NC-R-CN (wherein R is a linear or branched hydrocarbon chain having 1 to 10 carbon atoms). More preferred are dinitrile compounds. R in the general formula is more preferably a linear alkylene chain having 1 to 10 carbon atoms or a branched alkylene chain having 1 to 10 carbon atoms.
モノニトリル化合物の具体例としては、例えば、ラウリルニトリルなどが挙げられる。また、前記一般式で表されるジニトリル化合物の具体例としては、例えば、マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、1,4−ジシアノヘプタン、1,5−ジシアノペンタン、1,6−ジシアノヘキサン、1,7−ジシアノヘプタン、2,6−ジシアノヘプタン、1,8−ジシアノオクタン、2,7−ジシアノオクタン、1,9−ジシアノノナン、2,8−ジシアノノナン、1,10−ジシアノデカン、1,6−ジシアノデカン、2,4−ジメチルグルタロニトリルなどが挙げられる。分子内にニトリル基を有する化合物には、例えば前記例示のもののうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。前記例示の各化合物の中でも、正極活物質からの遷移金属元素のイオンの溶出を抑制する作用がより強いことから、アジポニトリルがより好ましい。 Specific examples of the mononitrile compound include lauryl nitrile. Specific examples of the dinitrile compound represented by the general formula include, for example, malononitrile, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, 1,4-dicyanoheptane, 1,5-dicyanopentane, 1,6-dicyano. Hexane, 1,7-dicyanoheptane, 2,6-dicyanoheptane, 1,8-dicyanooctane, 2,7-dicyanooctane, 1,9-dicyanononane, 2,8-dicyanononane, 1,10-dicyanodecane, 1 , 6-dicyanodecane, 2,4-dimethylglutaronitrile and the like. As the compound having a nitrile group in the molecule, for example, only one of those exemplified above may be used, or two or more thereof may be used in combination. Among the exemplified compounds, adiponitrile is more preferable because it has a stronger effect of suppressing elution of transition metal element ions from the positive electrode active material.
電池に使用する非水電解質における分子内にニトリル基を有する化合物の含有量は、これらの化合物の使用による作用をより有効に発揮させる観点から、0.1質量%以上であることが好ましく、0.2質量%以上であることがより好ましい。ただし、分子内にニトリル基を有する化合物の添加量が多すぎると、例えば電池の貯蔵特性がより改善されるものの、充放電サイクル特性が低下する虞がある。よって、電池に使用する非水電解質における分子内にニトリル基を有する化合物の含有量は、5質量%以下であることが好ましく、4質量%以下であることがより好ましい。 The content of the compound having a nitrile group in the molecule in the non-aqueous electrolyte used in the battery is preferably 0.1% by mass or more from the viewpoint of more effectively exerting the effect of the use of these compounds. More preferably, it is 2% by mass or more. However, if the amount of the compound having a nitrile group in the molecule is too large, for example, the storage characteristics of the battery are further improved, but the charge / discharge cycle characteristics may be deteriorated. Therefore, the content of the compound having a nitrile group in the molecule in the non-aqueous electrolyte used in the battery is preferably 5% by mass or less, and more preferably 4% by mass or less.
非水電解質中に1,3−ジオキサンを含有させても良い。1,3−ジオキサンは、分子内にニトリル基を有する化合物および前記一般式(1)で表されるホスホノアセテート類化合物と共に非水電解質に含有させると、これを用いたリチウム二次電池内において、前記ホスホノアセテート類化合物と共に負極表面に皮膜を形成し、負極活物質の劣化や非水電解質の劣化を抑制する成分である。 1,3-dioxane may be contained in the nonaqueous electrolyte. When 1,3-dioxane is contained in a non-aqueous electrolyte together with a compound having a nitrile group in the molecule and a phosphonoacetate compound represented by the general formula (1), in a lithium secondary battery using this, And a component that forms a film on the negative electrode surface together with the phosphonoacetate compound and suppresses the deterioration of the negative electrode active material and the nonaqueous electrolyte.
また、リチウム二次電池に使用する非水電解質の溶媒には、エチレンカーボネートなどの環状カーボネートが使用されることが一般的であるが、リチウム二次電池の充放電を繰り返すことで、環状カーボネートの重合が進行することによっても非水電解質は劣化する。しかし、1,3−ジオキサンを含有する非水電解質では、環状カーボネートにラジカルが生じて重合し得る状態となっても、1,3−ジオキサンが開環して環状カーボネートのラジカル形成部位と結合するため、環状カーボネートの重合反応が停止し、非水電解質の劣化が抑制される。 In addition, cyclic carbonates such as ethylene carbonate are generally used as solvents for non-aqueous electrolytes used in lithium secondary batteries, but by repeating charge and discharge of lithium secondary batteries, The nonaqueous electrolyte also deteriorates as the polymerization proceeds. However, in a non-aqueous electrolyte containing 1,3-dioxane, 1,3-dioxane is ring-opened and bonded to the radical-forming site of the cyclic carbonate even when a radical is generated in the cyclic carbonate and the polymer can be polymerized. For this reason, the polymerization reaction of the cyclic carbonate is stopped, and the deterioration of the nonaqueous electrolyte is suppressed.
リチウム二次電池に使用する非水電解質における1,3−ジオキサンの含有量は、これの使用による前記の各効果をより良好に確保する観点から、0.1質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることがより好ましい。一方、非水電解質中の1,3−ジオキサンの量が多すぎると、電池の負荷特性や充放電サイクル特性が低下する虞がある。よって、リチウム二次電池に使用する非水電解質における1,3−ジオキサンの含有量は、5質量%以下であることが好ましく、2質量%以下であることがより好ましい。 The content of 1,3-dioxane in the non-aqueous electrolyte used for the lithium secondary battery is preferably 0.1% by mass or more from the viewpoint of ensuring the above-mentioned effects by using the better. More preferably, it is 0.5 mass% or more. On the other hand, if the amount of 1,3-dioxane in the nonaqueous electrolyte is too large, the load characteristics and charge / discharge cycle characteristics of the battery may be degraded. Therefore, the content of 1,3-dioxane in the non-aqueous electrolyte used for the lithium secondary battery is preferably 5% by mass or less, and more preferably 2% by mass or less.
また、非水電解質には、ハロゲン置換された環状カーボネートも含有するものを使用することが好ましい。ハロゲン置換された環状カーボネートは、負極に作用して、負極と非水電解質成分との反応を抑制する作用を有している。よって、ハロゲン置換された環状カーボネートも含有する非水電解質を使用することで、より充放電サイクル特性の良好なリチウム二次電池とすることができる。 In addition, it is preferable to use a non-aqueous electrolyte that also contains a halogen-substituted cyclic carbonate. The halogen-substituted cyclic carbonate acts on the negative electrode and has a function of suppressing the reaction between the negative electrode and the nonaqueous electrolyte component. Therefore, by using a non-aqueous electrolyte that also contains a halogen-substituted cyclic carbonate, a lithium secondary battery with better charge / discharge cycle characteristics can be obtained.
ハロゲン置換された環状カーボネートとしては、下記の一般式(2)で表される化合物を用いることができる。 As the halogen-substituted cyclic carbonate, a compound represented by the following general formula (2) can be used.
前記一般式(2)中、R4、R5、R6およびR7は、水素、ハロゲン元素または炭素数1〜10のアルキル基を表しており、アルキル基の水素の一部または全部がハロゲン元素で置換されていてもよく、R4、R5、R6およびR7のうちの少なくとも1つはハロゲン元素であり、R4、R5、R6およびR7は、それぞれが異なっていてもよく、2つ以上が同一であってもよい。R4、R5、R6およびR7がアルキル基である場合、その炭素数は少ないほど好ましい。前記ハロゲン元素としては、フッ素が特に好ましい。 In the general formula (2), R 4 , R 5 , R 6 and R 7 represent hydrogen, a halogen element or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and a part or all of the hydrogen in the alkyl group is halogen. may be substituted with an element, at least one of R 4, R 5, R 6 and R 7 are halogen, R 4, R 5, R 6 and R 7 have different respective Two or more may be the same. When R 4 , R 5 , R 6 and R 7 are alkyl groups, the smaller the number of carbon atoms, the better. As the halogen element, fluorine is particularly preferable.
このようなハロゲン元素で置換された環状カーボネートの中でも、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)が特に好ましい。 Among the cyclic carbonates substituted with such a halogen element, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC) is particularly preferable.
リチウム二次電池に使用する非水電解質におけるハロゲン置換された環状カーボネートの含有量は、その使用による効果をより良好に確保する観点から、0.1質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることがより好ましい。ただし、非水電解質中のハロゲン置換された環状カーボネートの含有量が多すぎると、貯蔵特性の向上効果が小さくなる虞がある。よって、リチウム二次電池に使用する非水電解質におけるハロゲン置換された環状カーボネートの含有量は、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。 The content of the halogen-substituted cyclic carbonate in the non-aqueous electrolyte used for the lithium secondary battery is preferably 0.1% by mass or more from the viewpoint of ensuring better the effect of the use, More preferably, it is at least mass%. However, if the content of the halogen-substituted cyclic carbonate in the non-aqueous electrolyte is too large, the effect of improving storage characteristics may be reduced. Therefore, the content of the halogen-substituted cyclic carbonate in the nonaqueous electrolyte used for the lithium secondary battery is preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less.
本発明の非水電解質に用いるリチウム塩は、フッ素を含有しているものを含む。例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6などの無機リチウム塩やLiCF3SO3、LiCF3CO2、Li2C2F4(SO3)2、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiCnF2n+1SO3(n≧2)、LiN(RfOSO2)2〔ここでRfはフルオロアルキル基〕、などの有機リチム塩が挙げられる。中でも汎用性の高いLiPF6が用いられる。本発明ではそのほかのリチウム塩を制限するものではなく、溶媒中で解離してLi+イオンを形成し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こしにくいものであれば特に制限はない。例えば、LiClO4の無機リチウム塩;などを用いることができる。 The lithium salt used for the non-aqueous electrolyte of the present invention includes those containing fluorine. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 and other inorganic lithium salts, LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , Examples thereof include organic lithium salts such as LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), LiN (RfOSO 2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group]. Among them, highly versatile LiPF 6 is used. In the present invention, other lithium salts are not limited, and are not particularly limited as long as they dissociate in a solvent to form Li + ions and hardly cause side reactions such as decomposition in a voltage range used as a battery. Absent. For example, an inorganic lithium salt of LiClO 4 can be used.
これらのリチウム塩の合計の、非水電解質中の濃度としては、0.5〜1.5mol/lであることが好ましく、0.9〜1.25mol/lであることがより好ましい。 The total concentration of these lithium salts in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.5 to 1.5 mol / l, more preferably 0.9 to 1.25 mol / l.
非水電解質に用いる有機溶媒としては、前記のリチウム塩を溶解し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、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などの環状カーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;プロピオン酸メチルなどの鎖状エステル;γ−ブチロラクトンなどの環状エステル;ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3−ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、テトラグライムなどの鎖状エーテル;1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどの環状エーテル;アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリルなどのニトリル類;エチレングリコールサルファイトなどの亜硫酸エステル類;などが挙げられ、これらは2種以上混合して用いることもできる。なお、より良好な特性の電池とするためには、エチレンカーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒など、高い導電率を得ることができる組み合わせで用いることが望ましい。 The organic solvent used for the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it dissolves the lithium salt and does not cause a side reaction such as decomposition in a voltage range used as a battery. For example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate; chain esters such as methyl propionate; cyclic esters such as γ-butyrolactone; dimethoxyethane; Chain ethers such as diethyl ether, 1,3-dioxolane, diglyme, triglyme and tetraglyme; cyclic ethers such as 1,4-dioxane, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; acetonitrile, propionitrile, methoxypropionitrile and the like Nitriles; sulfites such as ethylene glycol sulfite; and the like. These may be used in combination of two or more. In order to obtain a battery with better characteristics, it is desirable to use a combination that can obtain high conductivity, such as a mixed solvent of ethylene carbonate and chain carbonate.
また、リチウム二次電池に使用する非水電解質には、充放電サイクル特性の更なる改善や、高温貯蔵性や過充電防止などの安全性を向上させる目的で、スルホン酸エステル、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼンなどの添加剤(これらの誘導体も含む)を適宜加えることもできる。 In addition, non-aqueous electrolytes used for lithium secondary batteries include sulfonic acid esters, 1,3-, for the purpose of further improving charge / discharge cycle characteristics and improving safety such as high-temperature storage and prevention of overcharge. Additives (including these derivatives) such as propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexylbenzene, biphenyl, fluorobenzene, and t-butylbenzene may be added as appropriate.
更に、リチウム二次電池の非水電解質には、前記の非水電解質(非水電解液)に、ポリマーなどの公知のゲル化剤を添加してゲル化したもの(ゲル状電解質)を用いることもできる。 Further, as the non-aqueous electrolyte of the lithium secondary battery, a gel (gel electrolyte) obtained by adding a known gelling agent such as a polymer to the non-aqueous electrolyte (non-aqueous electrolyte) is used. You can also.
本発明のリチウム二次電池は、正極、負極、およびセパレータのうち、少なくとも一つの表面上に無機酸化物粒子層を備える。
無機酸化物粒子層は、例えば無機酸化物粒子とバインダを含んで形成される。上記無機酸化物粒子層は、正極、負極およびセパレータから選ばれるいずれかの上に形成して、正極と負極との間に配置すればよい。また、上記無機酸化物粒子層は、例えば、正極上とセパレータ上とに形成して、正極と負極との間に複数配置してもよい。更に、セパレータの片面のみに形成したり、正極の両面に形成するなど、片面両面を問わない。
The lithium secondary battery of the present invention includes an inorganic oxide particle layer on at least one surface of a positive electrode, a negative electrode, and a separator.
The inorganic oxide particle layer is formed including, for example, inorganic oxide particles and a binder. The inorganic oxide particle layer may be formed on any one selected from a positive electrode, a negative electrode, and a separator and disposed between the positive electrode and the negative electrode. The inorganic oxide particle layer may be formed on the positive electrode and the separator, for example, and a plurality of inorganic oxide particle layers may be disposed between the positive electrode and the negative electrode. Furthermore, it does not matter on both sides, such as forming only on one side of the separator or on both sides of the positive electrode.
上記無機酸化物粒子としては、電気絶縁性を有し、少なくとも150℃において変形などの形状変化が目視で確認されないものである。このような無機酸化物粒子は具体的には、酸化鉄、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、チタニア(TiO2)、BaTiO2、ベーマイト、ジルコニア、マグネシア、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来物質またはこれらの人造物などの微粒子であってもよい。 The inorganic oxide particles have electrical insulating properties, and shape changes such as deformation are not visually confirmed at least at 150 ° C. Specifically, such inorganic oxide particles include iron oxide, silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), BaTiO 2 , boehmite, zirconia, magnesia, zeolite, apatite, kaolin. , Fine particles such as substances derived from mineral resources such as mullite, spinel, olivine and mica, or artificial products thereof.
これらの無機酸化物粒子は、水分を蓄えやすい。しかしながら、上述したようにアリルコハク酸無水物を非水電解質中に含有させることで、無機酸化物粒子が持ち込む水分をアリルコハク酸無水物が吸着するのでHFの発生を抑制し、サイクル特性の劣化を抑制することが出来る。 These inorganic oxide particles easily store moisture. However, as described above, by containing allyl succinic anhydride in the non-aqueous electrolyte, allyl succinic anhydride adsorbs the moisture brought in by the inorganic oxide particles, thereby suppressing the generation of HF and the deterioration of cycle characteristics. I can do it.
上記無機酸化物粒子は、上記例示のものを1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。上記例示の耐熱性無機微粒子の中でも、アルミナ、シリカ、ベーマイトが好ましい。 As the inorganic oxide particles, those exemplified above may be used alone or in combination of two or more. Among the heat-resistant inorganic fine particles exemplified above, alumina, silica, and boehmite are preferable.
上記無機酸化物粒子の粒径は、平均粒子径で、好ましくは0.001μm以上、より好ましくは0.01μm以上であって、好ましくは5μm以下、より好ましくは4μm以下である。無機酸化物粒子の平均粒径は、例えば、HORIBA社製のレーザー散乱粒度分布計「LA−920」を用い、無機酸化物粒子を溶解しない媒体に分散させて測定した数平均粒子径として規定することができる。 The average particle diameter of the inorganic oxide particles is preferably 0.001 μm or more, more preferably 0.01 μm or more, and preferably 5 μm or less, more preferably 4 μm or less. The average particle diameter of the inorganic oxide particles is defined as, for example, the number average particle diameter measured by dispersing the inorganic oxide particles in a medium that does not dissolve, using a laser scattering particle size distribution analyzer “LA-920” manufactured by HORIBA. be able to.
また、上記無機酸化物粒子の形態としては、例えば、球状に近い形状を有していてもよく、板状の形状を有していてもよい。 Moreover, as a form of the said inorganic oxide particle, it may have a shape close | similar to spherical shape, for example, and may have a plate-shaped shape.
上記板状粒子の形態としては、アスペクト比が、5以上、より好ましくは10以上であって、100以下、より好ましくは50以下であることが望ましい。板状粒子におけるアスペクト比は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)により撮影した画像を画像解析することにより求めることができる。 As the form of the plate-like particles, it is desirable that the aspect ratio is 5 or more, more preferably 10 or more, and 100 or less, more preferably 50 or less. The aspect ratio of the plate-like particles can be obtained, for example, by analyzing an image taken with a scanning electron microscope (SEM).
無機酸化物粒子層における無機酸化物粒子の含有量は、無機酸化物粒子層の構成成分の全体積中、60体積%以上であることがより好ましい。無機酸化物粒子層中の無機酸化物粒子を上記の含有量とすることで、無機酸化物粒子層の機械的強度を確保でき、セパレータが熱収縮を起こした場合の正負極の短絡を防止することが出来る。また、セパレータ上に無機酸化物粒子層を設けた場合でも、無機酸化物粒子を上記の含有量とすることで、セパレータの熱収縮を無機酸化物粒子が骨格の働きをして収縮を防止し、正負極の短絡を防止することが可能になる。 The content of the inorganic oxide particles in the inorganic oxide particle layer is more preferably 60% by volume or more in the total volume of the constituent components of the inorganic oxide particle layer. By setting the content of the inorganic oxide particles in the inorganic oxide particle layer to the above-mentioned content, the mechanical strength of the inorganic oxide particle layer can be ensured, and the positive and negative electrodes are prevented from being short-circuited when the separator is thermally contracted. I can do it. Moreover, even when an inorganic oxide particle layer is provided on the separator, the inorganic oxide particles have the above-described content, so that the thermal contraction of the separator can be prevented by the inorganic oxide particles acting as a skeleton. It becomes possible to prevent a short circuit between the positive and negative electrodes.
更に、副次的な効果として、高電圧下や高温下で安定性が低下した正極活物質から金属イオンが溶出しても、無機酸化物粒子が金属イオンをトラップする働きを好適に作用させることができる。従って、負極上に溶出した金属が堆積して微短絡を起こすのを抑制し、高温貯蔵特性が向上する。 Furthermore, as a secondary effect, even when metal ions are eluted from the positive electrode active material whose stability is lowered under high voltage or high temperature, the function of the inorganic oxide particles to trap the metal ions suitably works. Can do. Therefore, the metal eluted on the negative electrode is prevented from depositing and causing a fine short circuit, and the high temperature storage characteristics are improved.
無機酸化物粒子層の厚み(無機酸化物粒子層が複数ある場合はそれぞれの無機酸化物粒子層の厚みを合計した総厚み)は、1μm以上5μm以下が好ましい。この範囲であれば、短絡防止効果を好適に発揮することができる。 The thickness of the inorganic oxide particle layer (when there are a plurality of inorganic oxide particle layers, the total thickness obtained by adding the thicknesses of the respective inorganic oxide particle layers) is preferably 1 μm or more and 5 μm or less. If it is this range, the short circuit prevention effect can be exhibited suitably.
無機酸化物粒子層に用いるバインダは、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA、酢酸ビニル由来の構造単位が20〜35モル%のもの)、エチレン−エチルアクリレート共重合体(EEA)などのエチレン−アクリル酸共重合体、フッ素樹脂[ポリフッ化ビニリデン(PVDF)など]、フッ素系ゴム、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリN−ビニルアセトアミド、架橋アクリル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられる。これらの有機バインダは1種単独で使用してもよく、2種以上を併用しても構わない。 The binder used for the inorganic oxide particle layer is, for example, an ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA, a vinyl acetate-derived structural unit of 20 to 35 mol%), an ethylene-ethyl acrylate copolymer (EEA), or the like. Ethylene-acrylic acid copolymer, fluororesin [polyvinylidene fluoride (PVDF), etc.], fluororubber, styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethylcellulose (CMC), hydroxyethylcellulose (HEC), polyvinyl alcohol (PVA), Examples include polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl pyrrolidone (PVP), poly N-vinylacetamide, crosslinked acrylic resin, polyurethane, and epoxy resin. These organic binders may be used alone or in combination of two or more.
上記例示の有機バインダの中でも、150℃以上の耐熱性を有する耐熱樹脂が好ましく、特に、エチレン−アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、SBRなどの柔軟性の高い材料がより好ましい。これらの具体例としては、三井デュポンポリケミカル社製のEVA「エバフレックスシリーズ」(商品名)、日本ユニカー社製のEVA、三井デュポンポリケミカル社製のEEA「エバフレックス−EEAシリーズ」(商品名)、日本ユニカー社製のEEA、ダイキン工業社製のフッ素ゴム「ダイエルラテックスシリーズ」(商品名)、JSR社製のSBR「TRD−2001」(商品名)、日本ゼオン社製のSBR「BM−400B」(商品名)などが挙げられる。また、アクリル酸ブチルを主成分とし、これを架橋した構造を有する低ガラス転移温度の架橋アクリル樹脂(自己架橋型アクリル樹脂)も好ましい。 Among the organic binders exemplified above, a heat-resistant resin having a heat resistance of 150 ° C. or higher is preferable, and a highly flexible material such as an ethylene-acrylic acid copolymer, a fluorine-based rubber, or SBR is particularly preferable. Specific examples of these include EVA “Evaflex Series” (trade name) manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd., EVA manufactured by Nihon Unicar Co., Ltd., and EEA “Evaflex-EAA Series” manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd. (trade name) ), EEA manufactured by Nihon Unicar Co., Ltd., Fluororubber “Daiel Latex Series” (trade name) manufactured by Daikin Industries, Ltd., SBR “TRD-2001” (trade name) manufactured by JSR Corporation, SBR “BM” manufactured by ZEON Corporation -400B "(trade name). A cross-linked acrylic resin (self-crosslinking acrylic resin) having a low glass transition temperature and having a structure in which butyl acrylate is a main component and is cross-linked is also preferable.
上記有機バインダを使用する場合には、後述する無機酸化物粒子層形成用の組成物(スラリーなど)の溶媒に溶解させるか、または分散させたエマルジョンの形態で用いればよい。 When the organic binder is used, it may be used in the form of an emulsion dissolved or dispersed in a solvent of a composition (slurry or the like) for forming an inorganic oxide particle layer described later.
本発明の無機酸化物粒子層を作製する方法としては、例えば、無機酸化物粒子およびバインダを有機溶剤または水に分散させた無機酸化物粒子層形成用組成物(スラリーなど)を調製し、これを正極、負極、セパレータの少なくともいずれかに塗布した後、有機溶剤または水を乾燥などにより除去することで無機酸化物粒子層を形成する方法が挙げられる。また、有機バインダを有機溶剤などに均一に溶解した溶液または有機バインダのエマルジョンを、無機酸化物粒子と予め混合し、その後この混合物を有機溶剤または水と混合して調製した無機酸化物粒子層形成用組成物を用いて本発明の無機酸化物粒子層を作製することもできる。 As a method for producing the inorganic oxide particle layer of the present invention, for example, an inorganic oxide particle layer forming composition (slurry or the like) in which inorganic oxide particles and a binder are dispersed in an organic solvent or water is prepared. A method of forming an inorganic oxide particle layer by applying an organic solvent or water after drying is applied to at least one of a positive electrode, a negative electrode, and a separator. In addition, a solution in which an organic binder is uniformly dissolved in an organic solvent or an emulsion of an organic binder is previously mixed with inorganic oxide particles, and then this mixture is mixed with an organic solvent or water to form an inorganic oxide particle layer. The inorganic oxide particle layer of the present invention can also be produced using the composition for use.
また、上記無機酸化物粒子層形成用組成物を、熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂多孔質膜に塗布し、樹脂多孔質膜と無機酸化物粒子層との積層体を作製し、この積層体をセパレータ(積層型セパレータ)として使用することもできる。この場合、無機酸化物粒子層における無機酸化物粒子の含有量は、無機酸化物粒子層の構成成分の全体積中、70体積%以上が好ましい。これにより、セパレータ自身の強度向上効果や耐熱性向上効果などにより、より安全性の高い電池とすることができる。 Further, the inorganic oxide particle layer forming composition is applied to a resin porous film mainly composed of a thermoplastic resin to produce a laminate of the resin porous film and the inorganic oxide particle layer. The body can also be used as a separator (laminated separator). In this case, the content of the inorganic oxide particles in the inorganic oxide particle layer is preferably 70% by volume or more in the total volume of the constituent components of the inorganic oxide particle layer. Thereby, it can be set as a battery with higher safety | security by the strength improvement effect, heat resistance improvement effect, etc. of separator itself.
また、正極および/または負極上に無機酸化物粒子層を設ける時は、無機酸化物粒子層をセパレータとして機能させることも可能である。 Moreover, when providing an inorganic oxide particle layer on a positive electrode and / or a negative electrode, it is also possible to make an inorganic oxide particle layer function as a separator.
本発明のリチウム二次電池は、正極、負極、非水電解質およびセパレータを有しており、非水電解質に前記の非水電解質を使用していればよく、また、正極、負極、およびセパレータの少なくとも一つ以上の表面上に前記の無機酸化物粒子層を設けていれば、その他の構成および構造については特に制限はなく、従来から知られているリチウム二次電池で採用されている各種構成および構造を適用することができる。 The lithium secondary battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator. The non-aqueous electrolyte may be used as the non-aqueous electrolyte, and the positive electrode, the negative electrode, and the separator As long as the inorganic oxide particle layer is provided on at least one surface, other configurations and structures are not particularly limited, and various configurations adopted in conventionally known lithium secondary batteries. And structure can be applied.
リチウム二次電池に係る正極には、例えば、集電体の片面または両面に、正極活物質、バインダおよび導電助剤などを含有する正極合剤層を有する構造のものを使用することができる。 As the positive electrode according to the lithium secondary battery, for example, one having a structure having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material, a binder, a conductive additive and the like on one side or both sides of a current collector can be used.
正極活物質には、LiCoO2などのリチウムコバルト複合酸化物;LiMnO2、Li2MnO3などのリチウムマンガン複合酸化物;LiNiO2などのリチウムニッケル複合酸化物;LiCo1−xNiO2などの層状構造のリチウム含有複合酸化物;LiMn2O4、Li4/3Ti5/3O4などのスピネル構造のリチウム含有複合酸化物;LiFePO4などのオリビン構造のリチウム含有複合酸化物;前記の酸化物を基本組成とし各種元素で置換した酸化物;などのリチウム含有複合酸化物のうちの1種または2種以上を使用することができる。 The positive electrode active material, lithium cobalt composite oxide such as LiCoO 2; LiMnO 2, Li 2 lithium manganese oxides such as MnO 3; lithium nickel composite oxide such as LiNiO 2; layered such LiCo 1-x NiO 2 Lithium-containing composite oxide having a structure; lithium-containing composite oxide having a spinel structure such as LiMn 2 O 4 , Li 4/3 Ti 5/3 O 4 ; lithium-containing composite oxide having an olivine structure such as LiFePO 4 ; One or two or more of lithium-containing composite oxides such as oxides having a basic composition and substituted with various elements can be used.
これらのリチウム含有複合酸化物の中でも、より容量が大きいことから、下記一般組成式(3)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を使用することがより好ましい。 Among these lithium-containing composite oxides, it is more preferable to use a lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the following general composition formula (3) because of its larger capacity.
Li1+sM1O2 (3)
〔前記一般組成式(3)中、−0.3≦s≦0.3であり、M1は、少なくともNi、CoおよびMnを含む3種以上の元素群であり、M1を構成する各元素中で、Ni、CoおよびMnの割合(mol%)を、それぞれa、bおよびcとしたときに、30<a<65、5<b<35、15<c<50である。〕
Li 1 + s M 1 O 2 (3)
[In the general composition formula (3), −0.3 ≦ s ≦ 0.3, and M 1 is a group of three or more elements including at least Ni, Co, and Mn, and each of the elements constituting M 1 30 <a <65, 5 <b <35, and 15 <c <50, where the ratios (mol%) of Ni, Co, and Mn in the element are a, b, and c, respectively. ]
前記一般組成式(3)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物において、Niは、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の容量向上に寄与する成分であり、元素群M1の全元素数を100mol%としたときに、Niの割合aは、30mol%を超えていることが好ましく、50mol%以上であることがより好ましい。また、前記一般組成式(3)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物において、Ni以外の元素を含有することによる効果を良好に確保する観点から、元素群M1の全元素数を100mol%としたときに、Niの割合aは、65mol%未満であることが好ましく、60mol%以下であることがより好ましい。 In the lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the general composition formula (3), Ni is a component that contributes to an increase in the capacity of the lithium nickel cobalt manganese composite oxide, and the total number of elements in the element group M 1 is 100 mol. %, The Ni ratio a is preferably over 30 mol%, more preferably 50 mol% or more. In addition, in the lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the general composition formula (3), the total number of elements in the element group M 1 is set to 100 mol from the viewpoint of satisfactorily securing the effect of containing an element other than Ni. %, The Ni ratio a is preferably less than 65 mol% and more preferably 60 mol% or less.
前記一般組成式(3)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物において、Coも、Niと同様にリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の容量向上に寄与する成分であり、正極合剤層における充填密度向上にも作用する一方で、多すぎるとコスト増大や安全性低下を引き起こす虞もある。これらの理由に加えて、後述するMnの平均価数の安定化作用を良好に確保する観点から、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を表す前記一般組成式(3)における元素群M1の全元素数を100mol%としたとき、Coの割合bは、5mol%を超えていることが好ましく、20mol%以上であることがより好ましく、また、35mol%未満であることが好ましく、30mol%以下であることがより好ましい。 In the lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the general composition formula (3), Co is a component that contributes to an increase in the capacity of the lithium nickel cobalt manganese composite oxide as well as Ni, and is filled in the positive electrode mixture layer. While it works to improve density, too much may cause an increase in cost and a decrease in safety. In addition to these reasons, all elements of the element group M 1 in the general composition formula (3) representing the lithium nickel cobalt manganese composite oxide from the viewpoint of favorably securing the stabilizing effect of the average valence of Mn described later. When the number is 100 mol%, the Co ratio b is preferably more than 5 mol%, more preferably 20 mol% or more, and preferably less than 35 mol%, and 30 mol% or less. It is more preferable.
更に、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物においては、前記一般組成式(3)における元素群M1の全元素数を100mol%としたとき、Mnの割合cが、15mol%を超えていることが好ましく、20mol%以上であることがより好ましく、また、50mol%未満であることが好ましく、30mol%以下であることがより好ましい。リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物に前記のような量でMnを含有させ、結晶格子中に必ずMnを存在させることによって、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の熱的安定性を高めることができ、より安全性の高い電池を構成することが可能となる。 Furthermore, in a lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide, when the total number of elements in the element group M 1 in the general formula (3) and 100 mol%, the ratio c of Mn, that is greater than 15 mol% preferably 20 mol% or more, more preferably less than 50 mol%, and even more preferably 30 mol% or less. By including Mn in the amount as described above in the lithium nickel cobalt manganese composite oxide, and making sure that Mn is present in the crystal lattice, the thermal stability of the lithium nickel cobalt manganese composite oxide can be improved. A highly safe battery can be configured.
更に、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物において、MnとともにCoを含有していることで、電池の充放電でのLiのドープおよび脱ドープに伴うMnの価数変動を抑制するようにCoが作用するため、Mnの平均価数を4価近傍の値に安定させて、充放電の可逆性をより高めることができる。よって、このようなリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を使用することで、より充放電サイクル特性に優れた電池を構成することが可能となる。 Furthermore, in the lithium nickel cobalt manganese composite oxide, Co acts together with Mn to suppress fluctuations in the valence of Mn due to Li doping and dedoping during battery charging / discharging. Therefore, the average valence of Mn can be stabilized at a value in the vicinity of tetravalence, and the reversibility of charge / discharge can be further enhanced. Therefore, by using such a lithium nickel cobalt manganese composite oxide, it becomes possible to constitute a battery having more excellent charge / discharge cycle characteristics.
リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物においては、元素群M1が、Ni、CoおよびMnのみで構成されていてもよいが、これらの元素とともに、Mg、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Al、Si、Ga、GeおよびSnよりなる群から選択される少なくとも1種の元素を含んでいてもよい。ただし、元素群M1の全元素数を100mol%としたときの、Mg、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Al、Si、Ga、GeおよびSnの合計割合dは、5mol%以下であることが好ましく、1mol%以下であることがより好ましい。元素群M1におけるNi、CoおよびMn以外の元素は、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物中に均一に分布していてもよく、また、粒子表面などに偏析していてもよい。 In the lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide, the element group M 1 is, Ni, may be composed only of Co and Mn, with these elements, Mg, Ti, Zr, Nb , Mo, W, Al, It may contain at least one element selected from the group consisting of Si, Ga, Ge, and Sn. However, when the total number of elements in the element group M 1 was 100mol%, Mg, Ti, Zr , Nb, Mo, W, Al, Si, Ga, total proportion d of Ge and Sn are the following 5 mol% It is preferably 1 mol% or less. Elements other than Ni, Co, and Mn in the element group M 1 may be uniformly distributed in the lithium nickel cobalt manganese composite oxide, or may be segregated on the particle surface or the like.
前記の組成を有するリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物は、その真密度が4.55〜4.95g/cm3と大きな値になり、高い体積エネルギー密度を有する材料となる。なお、Mnを一定範囲で含むリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の真密度は、その組成により大きく変化するが、前記のような狭い組成範囲では構造が安定化され、均一性を高めることができるため、例えばLiCoO2の真密度に近い大きな値となるものと考えられる。また、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の質量当たりの容量を大きくすることができ、可逆性に優れた材料とすることができる。 The lithium nickel cobalt manganese composite oxide having the above composition has a large true density of 4.55 to 4.95 g / cm 3 and is a material having a high volume energy density. The true density of the lithium nickel cobalt manganese composite oxide containing Mn in a certain range varies greatly depending on its composition. However, the structure is stabilized and the uniformity can be improved in the narrow composition range as described above. For example, it is considered to be a large value close to the true density of LiCoO 2 . Moreover, the capacity | capacitance per mass of lithium nickel cobalt manganese complex oxide can be enlarged, and it can be set as the material excellent in reversibility.
前記リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物は、特に化学量論比に近い組成のときに、その真密度が大きくなるが、具体的には、前記一般組成式(3)において、−0.3≦s≦0.3とすることが好ましく、sの値をこのように調整することで、真密度および可逆性を高めることができる。sは、−0.05以上0.05以下であることがより好ましく、この場合には、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の真密度を4.6g/cm3以上と、より高い値にすることができる。 The lithium nickel cobalt manganese composite oxide has a higher true density especially when the composition is close to the stoichiometric ratio. Specifically, in the general composition formula (3), −0.3 ≦ s It is preferable that ≦ 0.3, and the true density and reversibility can be improved by adjusting the value of s in this way. s is more preferably −0.05 or more and 0.05 or less. In this case, the true density of the lithium nickel cobalt manganese composite oxide is set to a higher value of 4.6 g / cm 3 or more. Can do.
前記一般組成式(3)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物は、Li含有化合物(水酸化リチウムなど)、Ni含有化合物(硫酸ニッケルなど)、Co含有化合物(硫酸コバルトなど)、Mn含有化合物(硫酸マンガンなど)、および元素群M1に含まれるその他の元素を含有する化合物(酸化物、水酸化物、硫酸塩など)を混合し、焼成するなどして製造することができる。また、より高い純度でリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を合成するには、元素群M1に含まれる複数の元素を含む複合化合物(水酸化物、酸化物など)とLi含有化合物とを混合し、焼成することが好ましい。 The lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the general composition formula (3) includes a Li-containing compound (such as lithium hydroxide), a Ni-containing compound (such as nickel sulfate), a Co-containing compound (such as cobalt sulfate), and a Mn-containing compound. compound (such as manganese sulfate), and the element group M compound containing other element contained in 1 (oxides, hydroxides, sulfates, etc.) can be produced by, for example, mixing, calcining. Further, in synthesizing the lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide with a higher purity, a composite compound containing a plurality of elements included in the element group M 1 (hydroxides, such as an oxide) and mixing the Li-containing compound It is preferable to fire.
焼成条件は、例えば、800〜1050℃で1〜24時間とすることができるが、一旦焼成温度よりも低い温度(例えば、250〜850℃)まで加熱し、その温度で保持することにより予備加熱を行い、その後に焼成温度まで昇温して反応を進行させることが好ましい。予備加熱の時間については特に制限はないが、通常、0.5〜30時間程度とすればよい。また、焼成時の雰囲気は、酸素を含む雰囲気(すなわち、大気中)、不活性ガス(アルゴン、ヘリウム、窒素など)と酸素ガスとの混合雰囲気、酸素ガス雰囲気などとすることができるが、その際の酸素濃度(体積基準)は、15%以上であることが好ましく、18%以上であることが好ましい。 Firing conditions can be, for example, 800 to 1050 ° C. for 1 to 24 hours, but once heated to a temperature lower than the firing temperature (for example, 250 to 850 ° C.) and maintained at that temperature, preheating is performed. After that, it is preferable to raise the temperature to the firing temperature to advance the reaction. Although there is no restriction | limiting in particular about the time of preheating, Usually, what is necessary is just about 0.5 to 30 hours. The atmosphere during firing can be an atmosphere containing oxygen (that is, in the air), a mixed atmosphere of an inert gas (such as argon, helium, or nitrogen) and oxygen gas, or an oxygen gas atmosphere. The oxygen concentration (volume basis) is preferably 15% or more, and more preferably 18% or more.
また、正極活物質には、下記一般組成式(4)で表されるリチウムコバルト複合酸化物を用いることもできる。 Moreover, the lithium cobalt complex oxide represented by the following general composition formula (4) can also be used for the positive electrode active material.
LiCo1−zM2 zO2 (4)
〔前記一般組成式(4)中、0<z≦0.1であり、M2は、Mg、Al、Ti、Fe、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Sn、W、B、PおよびBiよりなる群から選択される少なくとも1種の元素である。〕
LiCo 1-z M 2 z O 2 (4)
[In the general composition formula (4), 0 <z ≦ 0.1, and M 2 is Mg, Al, Ti, Fe, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Sn, W, At least one element selected from the group consisting of B, P and Bi. ]
なお、前記一般組成式(4)において、zは0.05以下であることがより好ましい。 In the general composition formula (4), z is more preferably 0.05 or less.
正極活物質に、前記一般組成式(3)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を使用する場合には、コバルト酸リチウム(LiCoO2)または前記一般組成式(4)で表されるリチウムコバルト複合酸化物を併用することが更に好ましい。コバルト酸リチウムまたは前記一般組成式(4)で表されるリチウムコバルト複合酸化物は、前記一般組成式(3)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物よりも、電池の充電時の終止電圧を高めた際に増加する容量が大きいため、電池の充電時の終止電圧を高めることによる高容量化効果がより顕著となる。 When the lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the general composition formula (3) is used as the positive electrode active material, lithium cobaltate (LiCoO 2 ) or lithium represented by the general composition formula (4) More preferably, a cobalt composite oxide is used in combination. The lithium cobalt oxide or the lithium cobalt composite oxide represented by the general composition formula (4) is more than the lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the general composition formula (3). Since the capacity that increases when the battery is increased is large, the effect of increasing the capacity by increasing the end voltage when charging the battery becomes more remarkable.
そして、正極活物質には、前記一般組成式(3)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物と、前記一般組成式(4)で表されるリチウムコバルト複合酸化物とを併用することが特に好ましい。前記一般組成式(4)で表されるリチウムコバルト複合酸化物は、前記一般組成式(3)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物と同様に、コバルト酸リチウムに比べて高電圧下での安定性が良好であるため、リチウム二次電池の充電時の終止電圧を、通常の電池で採用されている値よりも高く設定して高容量化を図った場合に、より安定に使用することができるようになる。 For the positive electrode active material, the lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the general composition formula (3) and the lithium cobalt composite oxide represented by the general composition formula (4) may be used in combination. Particularly preferred. Like the lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the general composition formula (3), the lithium cobalt composite oxide represented by the general composition formula (4) is under a higher voltage than the lithium cobalt oxide. Because the stability of the battery is good, use the battery more stably when the end voltage when charging the lithium secondary battery is set higher than the value used for normal batteries to increase the capacity. Will be able to.
正極活物質に、前記一般組成式(3)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物と、コバルト酸リチウムまたは前記一般組成式(4)で表されるリチウムコバルト複合酸化物とを使用する場合、正極活物質全量中における前記一般組成式(3)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の含有量は、その使用による高容量化の効果をより良好に確保する観点から、5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましい。なお、正極活物質には、前記一般組成式(3)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物のみを使用してもよいため、正極活物質全量中における前記一般組成式(3)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の好適含有量の上限値は、100質量%であるが、コバルト酸リチウムまたは前記一般組成式(4)で表されるリチウムコバルト複合酸化物も使用することによる前記の効果をより良好に確保する観点から、正極活物質全量中における前記一般組成式(3)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の含有量は、80質量%以下とすることが好ましい。 When the lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the general composition formula (3) and the lithium cobalt oxide or the lithium cobalt composite oxide represented by the general composition formula (4) are used for the positive electrode active material The content of the lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the general composition formula (3) in the total amount of the positive electrode active material is 5% by mass from the viewpoint of better ensuring the effect of increasing the capacity by its use. Preferably, it is preferably 10% by mass or more. In addition, since only the lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the general composition formula (3) may be used as the positive electrode active material, it is represented by the general composition formula (3) in the total amount of the positive electrode active material. The upper limit of the preferred content of the lithium nickel cobalt manganese composite oxide is 100% by mass, but by using lithium cobaltate or the lithium cobalt composite oxide represented by the general composition formula (4) From the viewpoint of ensuring the above effects better, the content of the lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the general composition formula (3) in the total amount of the positive electrode active material is preferably 80% by mass or less. .
正極合剤層に係るバインダには、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)などが好適に用いられる。また、正極合剤層に係る導電助剤としては、例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛など)、人造黒鉛などの黒鉛(黒鉛質炭素材料);アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカ−ボンブラック;炭素繊維;などの炭素材料などが挙げられる。 For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), or the like is preferably used for the binder related to the positive electrode mixture layer. In addition, as the conductive auxiliary agent related to the positive electrode mixture layer, for example, graphite (graphite carbon material) such as natural graphite (flaky graphite), artificial graphite; acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, Carbon materials such as carbon black such as lamp black and thermal black; carbon fiber;
正極は、例えば、正極活物質、バインダおよび導電助剤などを、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの溶剤に分散させたペースト状やスラリー状の正極合剤含有組成物を調製し(ただし、バインダは溶剤に溶解していてもよい)、これを集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてカレンダー処理を施す工程を経て製造される。ただし、正極は、前記の製造方法で製造されたものに限定される訳ではなく、他の方法で製造されたものであってもよい。 For the positive electrode, for example, a paste-like or slurry-like positive electrode mixture-containing composition in which a positive electrode active material, a binder, a conductive auxiliary agent, and the like are dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is prepared ( However, the binder may be dissolved in a solvent), and this is applied to one or both sides of the current collector, dried, and then subjected to a calendering process as necessary. However, the positive electrode is not limited to those manufactured by the above manufacturing method, and may be manufactured by other methods.
また、正極には、必要に応じて、リチウム二次電池内の他の部材と電気的に接続するためのリード体を、常法に従って形成してもよい。 Moreover, you may form the lead body for electrically connecting with the other member in a lithium secondary battery according to a conventional method to a positive electrode as needed.
正極合剤層の厚みは、例えば、集電体の片面あたり10〜100μmであることが好ましい。また、正極合剤層の組成としては、例えば、正極活物質の量が60〜95質量%であることが好ましく、バインダの量が1〜15質量%であることが好ましく、導電助剤の量が3〜20質量%であることが好ましい。 The thickness of the positive electrode mixture layer is preferably, for example, 10 to 100 μm per one side of the current collector. Moreover, as a composition of a positive mix layer, it is preferable that the quantity of a positive electrode active material is 60-95 mass%, for example, it is preferable that the quantity of a binder is 1-15 mass%, and the quantity of a conductive support agent. Is preferably 3 to 20% by mass.
正極の集電体は、従来から知られているリチウム二次電池の正極に使用されているものと同様のものが使用でき、例えば、厚みが8〜30μmのアルミニウム箔が好ましい。 The positive electrode current collector may be the same as that used for the conventionally known positive electrodes of lithium secondary batteries. For example, an aluminum foil having a thickness of 8 to 30 μm is preferable.
更に、前述したように、正極の表面に無機酸化物粒子層を設けることもできる。その場合、定法に従って正極を作成した後に、無機酸化物粒子層形成用スラリーを塗布し、乾燥させて無機酸化物粒子層を形成することが出来る。また、あらかじめ作成した無機酸化物粒子層を正極上に貼りつけて積層させることもできる。 Furthermore, as described above, an inorganic oxide particle layer can be provided on the surface of the positive electrode. In that case, after preparing a positive electrode according to a conventional method, an inorganic oxide particle layer forming slurry can be applied and dried to form an inorganic oxide particle layer. In addition, an inorganic oxide particle layer prepared in advance can be laminated on the positive electrode.
リチウム二次電池に係る負極には、例えば、負極活物質およびバインダ、更には必要に応じて導電助剤を含有する負極合剤からなる負極合剤層を、集電体の片面または両面に有する構造のものが使用できる。 The negative electrode related to the lithium secondary battery has, for example, a negative electrode active material, a binder, and, if necessary, a negative electrode mixture layer including a negative electrode mixture containing a conductive auxiliary agent on one side or both sides of the current collector. A structure can be used.
負極活物質としては、例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、リチウムと合金化可能な金属(Si、Snなど)またはその合金、酸化物などが挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を用いることができる。 Examples of the negative electrode active material include graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired bodies of organic polymer compounds, mesocarbon microbeads, carbon fibers, activated carbon, and metals that can be alloyed with lithium (Si , Sn, etc.) or alloys thereof, oxides, etc., and one or more of these can be used.
前記の負極活物質の中でも、特に電池の高容量化を図るには、SiとOとを構成元素に含む材料(ただし、Siに対するOの原子比xは、0.5≦x≦1.5である。以下、当該材料を「SiOx」という)を用いることが好ましい。 Among the negative electrode active materials, in order to increase the capacity of the battery, in particular, a material containing Si and O as constituent elements (provided that the atomic ratio x of O to Si is 0.5 ≦ x ≦ 1.5 Hereinafter, the material is preferably referred to as “SiO x ”.
SiOxは、Siの微結晶または非晶質相を含んでいてもよく、この場合、SiとOの原子比は、Siの微結晶または非晶質相のSiを含めた比率となる。すなわち、SiOxには、非晶質のSiO2マトリックス中に、Si(例えば、微結晶Si)が分散した構造のものが含まれ、この非晶質のSiO2と、その中に分散しているSiを合わせて、前記の原子比xが0.5≦x≦1.5を満足していればよい。例えば、非晶質のSiO2マトリックス中に、Siが分散した構造で、SiO2とSiのモル比が1:1の材料の場合、x=1であるので、構造式としてはSiOで表記される。このような構造の材料の場合、例えば、X線回折分析では、Si(微結晶Si)の存在に起因するピークが観察されない場合もあるが、透過型電子顕微鏡で観察すると、微細なSiの存在が確認できる。 The SiO x may contain Si microcrystal or amorphous phase. In this case, the atomic ratio of Si and O is a ratio including Si microcrystal or amorphous phase Si. That is, SiO x includes a structure in which Si (for example, microcrystalline Si) is dispersed in an amorphous SiO 2 matrix, and this amorphous SiO 2 is dispersed in the SiO 2 matrix. It is sufficient that the atomic ratio x satisfies 0.5 ≦ x ≦ 1.5 in combination with Si. For example, in the case of a material in which Si is dispersed in an amorphous SiO 2 matrix and the material has a molar ratio of SiO 2 to Si of 1: 1, x = 1, so that the structural formula is represented by SiO. The In the case of a material having such a structure, for example, in X-ray diffraction analysis, a peak due to the presence of Si (microcrystalline Si) may not be observed, but when observed with a transmission electron microscope, the presence of fine Si Can be confirmed.
そして、SiOxは、炭素材料と複合化した複合体であることが好ましく、例えば、SiOxの表面が炭素材料で被覆されていることが望ましい。前記の通り、SiOxは導電性が乏しいため、これを負極活物質として用いる際には、良好な電池特性確保の観点から、導電性材料(導電助剤)を使用し、負極内におけるSiOxと導電性材料との混合・分散を良好にして、優れた導電ネットワークを形成する必要がある。SiOxを炭素材料と複合化した複合体であれば、例えば、単にSiOxと炭素材料などの導電性材料とを混合して得られた材料を用いた場合よりも、負極における導電ネットワークが良好に形成される。 Then, SiO x is preferably a complex complexed with carbon materials, for example, it is desirable that the surface of the SiO x is coated with a carbon material. As described above, since SiO x has poor conductivity, when using it as a negative electrode active material, from the viewpoint of securing good battery characteristics, a conductive material (conductive aid) is used, and SiO x in the negative electrode is used. It is necessary to form an excellent conductive network by mixing and dispersing the material and the conductive material well. If complexes complexed with carbon material SiO x, for example, simply than with a material obtained by mixing a conductive material such as SiO x and the carbon material, good conductive network in the negative electrode Formed.
SiOxと炭素材料との複合体としては、前記のように、SiOxの表面を炭素材料で被覆したものの他、SiOxと炭素材料との造粒体などが挙げられる。 The complex of the SiO x and the carbon material, as described above, other although the surface of the SiO x coated with carbon material, such as granules of SiO x and the carbon material can be cited.
また、前記の、SiOxの表面を炭素材料で被覆した複合体を、更に導電性材料(炭素材料など)と複合化して用いることで、負極において更に良好な導電ネットワークの形成が可能となるため、より高容量で、より電池特性(例えば、充放電サイクル特性)に優れたリチウム二次電池の実現が可能となる。炭素材料で被覆されたSiOxと炭素材料との複合体としては、例えば、炭素材料で被覆されたSiOxと炭素材料との混合物を更に造粒した造粒体などが挙げられる。 In addition, since the composite in which the surface of SiO x is coated with a carbon material is further combined with a conductive material (carbon material or the like), a better conductive network can be formed in the negative electrode. Therefore, it is possible to realize a lithium secondary battery with higher capacity and more excellent battery characteristics (for example, charge / discharge cycle characteristics). The complex of the SiO x and the carbon material coated with a carbon material, for example, like granules the mixture was further granulated with SiO x and the carbon material coated with a carbon material.
また、表面が炭素材料で被覆されたSiOxとしては、SiOxとそれよりも比抵抗値が小さい炭素材料との複合体(例えば造粒体)の表面が、更に炭素材料で被覆されてなるものも、好ましく用いることができる。前記造粒体内部でSiOxと炭素材料とが分散した状態であると、より良好な導電ネットワークを形成できるため、SiOxを負極活物質として含有する負極を有するリチウム二次電池において、重負荷放電特性などの電池特性を更に向上させることができる。 Further, as SiO x whose surface is coated with a carbon material, the surface of a composite (for example, a granulated body) of SiO x and a carbon material having a smaller specific resistance value is further coated with a carbon material. Those can also be preferably used. In a state where SiO x and the carbon material are dispersed inside the granulated body, a better conductive network can be formed. Therefore, in a lithium secondary battery having a negative electrode containing SiO x as a negative electrode active material, a heavy load Battery characteristics such as discharge characteristics can be further improved.
SiOxとの複合体の形成に用い得る前記炭素材料としては、例えば、低結晶性炭素、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維などの炭素材料が好ましいものとして挙げられる。 Preferred examples of the carbon material that can be used to form a composite with SiO x include carbon materials such as low crystalline carbon, carbon nanotubes, and vapor grown carbon fibers.
前記炭素材料の詳細としては、繊維状またはコイル状の炭素材料、カーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラックを含む)、人造黒鉛、易黒鉛化炭素および難黒鉛化炭素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の材料が好ましい。繊維状またはコイル状の炭素材料は、導電ネットワークを形成し易く、かつ表面積の大きい点において好ましい。カーボンブラック(アセチレンブラック,ケッチェンブラックを含む)、易黒鉛化炭素および難黒鉛化炭素は、高い電気伝導性、高い保液性を有しており、さらに、SiOx粒子が膨張収縮しても、その粒子との接触を保持し易い性質を有している点において好ましい。 The details of the carbon material include at least one selected from the group consisting of fibrous or coiled carbon materials, carbon black (including acetylene black and ketjen black), artificial graphite, graphitizable carbon, and non-graphitizable carbon. A seed material is preferred. Fibrous or coil-like carbon materials are preferable in that they easily form a conductive network and have a large surface area. Carbon black (including acetylene black and ketjen black), graphitizable carbon, and non-graphitizable carbon have high electrical conductivity and high liquid retention, and even if SiO x particles expand and contract. This is preferable in that it has a property of easily maintaining contact with the particles.
また、詳しくは後述するように、負極活物質にSiOxを使用する場合には、黒鉛も併用することが好ましいが、この黒鉛をSiOxと炭素材料との複合体に係る炭素材料として使用することもできる。黒鉛も、カーボンブラックなどと同様に、高い電気伝導性、高い保液性を有しており、さらに、SiOx粒子が膨張収縮しても、その粒子との接触を保持し易い性質を有しているため、SiOxとの複合体形成に好ましく使用することができる。 Further, as will be described in detail later, when SiO x is used as the negative electrode active material, it is preferable to use graphite together, but this graphite is used as a carbon material related to a composite of SiO x and a carbon material. You can also. Graphite, like carbon black, has high electrical conductivity and high liquid retention, and also has the property of easily maintaining contact with the SiO x particles even when they expand and contract. Therefore, it can be preferably used for forming a complex with SiO x .
前記例示の炭素材料の中でも、SiOxとの複合体が造粒体である場合に用いるものとしては、繊維状の炭素材料が特に好ましい。繊維状の炭素材料は、その形状が細い糸状であり柔軟性が高いために電池の充放電に伴うSiOxの膨張収縮に追従でき、また、嵩密度が大きいために、SiOx粒子と多くの接合点を持つことができるからである。繊維状の炭素としては、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブなどが挙げられ、これらのいずれを用いてもよい。 Among the carbon materials exemplified above, a fibrous carbon material is particularly preferable for use when the composite with SiO x is a granulated body. Fibrous carbon material can follow the expansion and contraction of SiO x with the charging and discharging of the battery due to the high shape is thin threadlike flexibility, also because bulk density is large, many and SiO x particles It is because it can have a junction. Examples of fibrous carbon include polyacrylonitrile (PAN) -based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, vapor-grown carbon fiber, and carbon nanotube, and any of these may be used.
なお、繊維状の炭素材料は、例えば、気相法にてSiOx粒子の表面に形成することもできる。 The fibrous carbon material can also be formed on the surface of the SiO x particles by, for example, a vapor phase method.
SiOxの比抵抗値が、通常、103〜107kΩcmであるのに対して、前記例示の炭素材料の比抵抗値は、通常、10−5〜10kΩcmである。 The specific resistance value of SiO x is usually 10 3 to 10 7 kΩcm, while the specific resistance value of the carbon material exemplified above is usually 10 −5 to 10 kΩcm.
また、SiOxと炭素材料との複合体は、粒子表面の炭素材料被覆層を覆う材料層(難黒鉛化炭素を含む材料層)を更に有していてもよい。 The composite of SiO x and the carbon material may further have a material layer (a material layer containing non-graphitizable carbon) that covers the carbon material coating layer on the particle surface.
負極にSiOxと炭素材料との複合体を使用する場合、SiOxと炭素材料との比率は、炭素材料との複合化による作用を良好に発揮させる観点から、SiOx:100質量部に対して、炭素材料が、5質量部以上であることが好ましく、10質量部以上であることがより好ましい。また、前記複合体において、SiOxと複合化する炭素材料の比率が多すぎると、負極合剤層中のSiOx量の低下に繋がり、高容量化の効果が小さくなる虞があることから、SiOx:100質量部に対して、炭素材料は、50質量部以下であることが好ましく、40質量部以下であることがより好ましい。 When a composite of SiO x and a carbon material is used for the negative electrode, the ratio of SiO x and the carbon material is based on SiO x : 100 parts by mass from the viewpoint of satisfactorily exerting the effect of the composite with the carbon material. The carbon material is preferably 5 parts by mass or more, and more preferably 10 parts by mass or more. Further, in the composite, if the ratio of the carbon material to be combined with SiO x is too large, it may lead to a decrease in the amount of SiO x in the negative electrode mixture layer, and the effect of increasing the capacity may be reduced. SiO x: relative to 100 parts by weight, the carbon material, and more preferably preferably not more than 50 parts by weight, more than 40 parts by weight.
前記のSiOxと炭素材料との複合体は、例えば下記の方法によって得ることができる。 The composite of the SiO x and the carbon material can be obtained, for example, by the following method.
まず、SiOxを複合化する場合の作製方法について説明する。SiOxが分散媒に分散した分散液を用意し、それを噴霧し乾燥して、複数の粒子を含む複合粒子を作製する。分散媒としては、例えば、エタノールなどを用いることができる。分散液の噴霧は、通常、50〜300℃の雰囲気内で行うことが適当である。前記の方法以外にも、振動型や遊星型のボールミルやロッドミルなどを用いた機械的な方法による造粒方法においても、同様の複合粒子を作製することができる。 First, a manufacturing method in the case of combining SiO x will be described. A dispersion liquid in which SiO x is dispersed in a dispersion medium is prepared, and sprayed and dried to produce composite particles including a plurality of particles. For example, ethanol or the like can be used as the dispersion medium. It is appropriate to spray the dispersion in an atmosphere of 50 to 300 ° C. In addition to the above method, similar composite particles can be produced also by a granulation method by a mechanical method using a vibration type or planetary type ball mill or rod mill.
なお、SiOxと、SiOxよりも比抵抗値の小さい炭素材料との造粒体を作製する場合には、SiOxが分散媒に分散した分散液中に前記炭素材料を添加し、この分散液を用いて、SiOxを複合化する場合と同様の手法によって複合粒子(造粒体)とすればよい。また、前記と同様の機械的な方法による造粒方法によっても、SiOxと炭素材料との造粒体を作製することができる。 Incidentally, the SiO x, in the case of manufacturing a granulated body with small carbon material resistivity value than SiO x is adding the carbon material in the dispersion liquid of SiO x are dispersed in a dispersion medium, the dispersion by using a liquid, by a similar method to the case of composite of SiO x may be a composite particle (granule). Further, by granulation process according to the similar mechanical method, it is possible to produce a granular material of the SiO x and the carbon material.
次に、SiOx粒子(SiOx複合粒子、またはSiOxと炭素材料との造粒体)の表面を炭素材料で被覆して複合体とする場合には、例えば、SiOx粒子と炭化水素系ガスとを気相中にて加熱して、炭化水素系ガスの熱分解により生じた炭素を、粒子の表面上に堆積させる。このように、気相成長(CVD)法によれば、炭化水素系ガスが複合粒子の隅々にまで行き渡り、粒子の表面や表面の空孔内に、導電性を有する炭素材料を含む薄くて均一な皮膜(炭素材料被覆層)を形成できることから、少量の炭素材料によってSiOx粒子に均一性よく導電性を付与できる。 Next, when the surface of SiO x particles (SiO x composite particles or a granulated body of SiO x and a carbon material) is coated with a carbon material to form a composite, for example, the SiO x particles and the hydrocarbon-based material The gas is heated in the gas phase, and carbon generated by pyrolysis of the hydrocarbon-based gas is deposited on the surface of the particles. As described above, according to the vapor deposition (CVD) method, the hydrocarbon-based gas spreads to every corner of the composite particle, and the surface of the particle and the pores in the surface are thin and contain a conductive carbon material. Since a uniform film (carbon material coating layer) can be formed, the SiO x particles can be imparted with good conductivity with a small amount of carbon material.
炭素材料で被覆されたSiOxの製造において、気相成長(CVD)法の処理温度(雰囲気温度)については、炭化水素系ガスの種類によっても異なるが、通常、600〜1200℃が適当であり、中でも、700℃以上であることが好ましく、800℃以上であることが更に好ましい。処理温度が高い方が不純物の残存が少なく、かつ導電性の高い炭素を含む被覆層を形成できるからである。 In the production of SiO x coated with a carbon material, the processing temperature (atmosphere temperature) of the vapor deposition (CVD) method varies depending on the type of hydrocarbon gas, but usually 600 to 1200 ° C. is appropriate. Among these, the temperature is preferably 700 ° C. or higher, and more preferably 800 ° C. or higher. This is because the higher the treatment temperature, the less the remaining impurities, and the formation of a coating layer containing carbon having high conductivity.
炭化水素系ガスの液体ソースとしては、トルエン、ベンゼン、キシレン、メシチレンなどを用いることができるが、取り扱い易いトルエンが特に好ましい。これらを気化させる(例えば、窒素ガスでバブリングする)ことにより炭化水素系ガスを得ることができる。また、メタンガスやアセチレンガスなどを用いることもできる。 As the liquid source of the hydrocarbon-based gas, toluene, benzene, xylene, mesitylene and the like can be used, but toluene that is easy to handle is particularly preferable. A hydrocarbon-based gas can be obtained by vaporizing them (for example, bubbling with nitrogen gas). Moreover, methane gas, acetylene gas, etc. can also be used.
また、気相成長(CVD)法にてSiOx粒子(SiOx複合粒子、またはSiOxと炭素材料との造粒体)の表面を炭素材料で覆った後に、石油系ピッチ、石炭系のピッチ、熱硬化性樹脂、およびナフタレンスルホン酸塩とアルデヒド類との縮合物よりなる群から選択される少なくとも1種の有機化合物を、炭素材料を含む被覆層に付着させた後、前記有機化合物が付着した粒子を焼成してもよい。 In addition, after the surface of SiO x particles (SiO x composite particles or a granulated body of SiO x and a carbon material) is covered with a carbon material by a vapor deposition (CVD) method, a petroleum-based pitch or a coal-based pitch is used. At least one organic compound selected from the group consisting of a thermosetting resin and a condensate of naphthalene sulfonate and aldehydes is attached to a coating layer containing a carbon material, and then the organic compound is attached. The obtained particles may be fired.
具体的には、炭素材料で被覆されたSiOx粒子(SiOx複合粒子、またはSiOxと炭素材料との造粒体)と、前記有機化合物とが分散媒に分散した分散液を用意し、この分散液を噴霧し乾燥して、有機化合物によって被覆された粒子を形成し、その有機化合物によって被覆された粒子を焼成する。 Specifically, a dispersion liquid in which a SiO x particle (SiO x composite particle or a granulated body of SiO x and a carbon material) coated with a carbon material and the organic compound are dispersed in a dispersion medium is prepared, The dispersion is sprayed and dried to form particles coated with the organic compound, and the particles coated with the organic compound are fired.
前記ピッチとしては等方性ピッチを、熱硬化性樹脂としてはフェノール樹脂、フラン樹脂、フルフラール樹脂などを用いることができる。ナフタレンスルホン酸塩とアルデヒド類との縮合物としては、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物を用いることができる。 An isotropic pitch can be used as the pitch, and a phenol resin, a furan resin, a furfural resin, or the like can be used as the thermosetting resin. As the condensate of naphthalene sulfonate and aldehydes, naphthalene sulfonic acid formaldehyde condensate can be used.
炭素材料で被覆されたSiOx粒子と前記有機化合物とを分散させるための分散媒としては、例えば、水、アルコール類(エタノールなど)を用いることができる。分散液の噴霧は、通常、50〜300℃の雰囲気内で行うことが適当である。焼成温度は、通常、600〜1200℃が適当であるが、中でも700℃以上が好ましく、800℃以上であることが更に好ましい。処理温度が高い方が不純物の残存が少なく、かつ導電性の高い良質な炭素材料を含む被覆層を形成できるからである。ただし、処理温度はSiOxの融点以下であることを要する。 As a dispersion medium for dispersing the SiO x particles coated with the carbon material and the organic compound, for example, water or alcohols (ethanol or the like) can be used. It is appropriate to spray the dispersion in an atmosphere of 50 to 300 ° C. The firing temperature is usually 600 to 1200 ° C., preferably 700 ° C. or higher, and more preferably 800 ° C. or higher. This is because the higher the processing temperature, the less the remaining impurities, and the formation of a coating layer containing a high-quality carbon material with high conductivity. However, the processing temperature needs to be below the melting point of SiO x .
本発明のリチウム二次電池に係る負極活物質にSiOxを使用する場合には、更に黒鉛も負極活物質として使用することが好ましい。黒鉛を使用して負極活物質中のSiOxの比率を下げることで、SiOxの減量による高容量化効果の低下を可及的に抑制しつつ、電池の充放電に伴う負極(負極合剤層)の体積変化を抑えて、かかる体積変化によって生じ得る電池特性の低下を抑制することが可能となる。 When using SiO x for the negative electrode active material according to the lithium secondary battery of the present invention, it is preferable to use graphite as the negative electrode active material. By reducing the ratio of SiO x in the negative electrode active material using graphite, the negative electrode (negative electrode mixture) associated with charging / discharging of the battery is suppressed as much as possible while suppressing the decrease in the capacity-enhancing effect due to the reduction of SiO x. It is possible to suppress a change in volume of the layer) and to suppress a decrease in battery characteristics that may be caused by the volume change.
SiOxと共に負極活物質として使用する黒鉛としては、例えば、鱗片状黒鉛などの天然黒鉛;熱分解炭素類、メソフェーズカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの易黒鉛化炭素を2800℃以上で黒鉛化処理した人造黒鉛;などが挙げられる。 Examples of graphite used as the negative electrode active material together with SiO x include natural graphite such as flaky graphite; graphitizable carbon such as pyrolytic carbons, mesophase carbon microbeads (MCMB), and carbon fibers at 2800 ° C. or more. Artificial graphite subjected to chemical treatment; and the like.
なお、本発明に係る負極においては、SiOxを使用することによる高容量化の効果を良好に確保する観点から、負極活物質中におけるSiOxの含有量は、0.01質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましい。また、充放電に伴う負極の体積変化による問題をより良好に回避する観点から、負極活物質中におけるSiOxの含有量は、30質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましい。 In the negative electrode according to the present invention, from the viewpoint of satisfactorily ensuring the effect of the high capacity by using a SiO x, the content of SiO x in the anode active material is 0.01 wt% or more It is preferably 3% by mass or more. Further, from the viewpoint of better avoiding the problem due to the volume change of the negative electrode due to charge / discharge, the content of SiO x in the negative electrode active material is preferably 30% by mass or less, and 20% by mass or less. Is more preferable.
また、負極のバインダおよび導電助剤には、正極に使用し得るものとして先に例示したものと同じものが使用できる。 Moreover, the same thing as what was illustrated previously as what can be used for a positive electrode can be used for the binder and conductive support agent of a negative electrode.
負極は、例えば、負極活物質およびバインダ、更には必要に応じて使用される導電助剤を、NMPや水などの溶剤に分散させたペースト状やスラリー状の負極合剤含有組成物を調製し(ただし、バインダは溶剤に溶解していてもよい)、これを集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてカレンダー処理を施す工程を経て製造される。ただし、負極は、前記の製造方法で製造されたものに限定される訳ではなく、他の方法で製造されたものであってもよい。 For the negative electrode, for example, a negative electrode active material, a binder, and a conductive auxiliary agent used as necessary are prepared in a paste-like or slurry-like negative electrode mixture-containing composition in which a solvent such as NMP or water is dispersed. (However, the binder may be dissolved in a solvent), which is applied to one or both sides of the current collector, dried, and then subjected to a calendering process as necessary. However, the negative electrode is not limited to those manufactured by the above manufacturing method, and may be manufactured by other methods.
また、負極には、必要に応じて、リチウム二次電池内の他の部材と電気的に接続するためのリード体を、常法に従って形成してもよい。 Moreover, you may form in the negative electrode the lead body for electrically connecting with the other member in a lithium secondary battery according to a conventional method as needed.
負極合剤層の厚みは、例えば、集電体の片面あたり10〜100μmであることが好ましい。また、負極合剤層の組成としては、例えば、負極活物質を80.0〜99.8質量%とし、バインダを0.1〜10質量%とすることが好ましい。更に、負極合剤層に導電助剤を含有させる場合には、負極合剤層における導電助剤の量を0.1〜10質量%とすることが好ましい。 The thickness of the negative electrode mixture layer is preferably 10 to 100 μm per one surface of the current collector, for example. Moreover, as a composition of a negative mix layer, it is preferable that a negative electrode active material shall be 80.0-99.8 mass% and a binder shall be 0.1-10 mass%, for example. Furthermore, when making a negative mix layer contain a conductive support agent, it is preferable that the quantity of the conductive support agent in a negative mix layer shall be 0.1-10 mass%.
負極の集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、銅箔が用いられる。この負極集電体は、高エネルギー密度の電池を得るために負極全体の厚みを薄くする場合、厚みの上限は30μmであることが好ましく、機械的強度を確保するために下限は5μmであることが望ましい。 As the current collector for the negative electrode, a foil made of copper or nickel, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used, but a copper foil is usually used. In the negative electrode current collector, when the thickness of the entire negative electrode is reduced in order to obtain a battery having a high energy density, the upper limit of the thickness is preferably 30 μm, and the lower limit is 5 μm in order to ensure mechanical strength. Is desirable.
更に、前述したように、負極の表面に無機酸化物粒子層を設けることもできる。その場合、定法に従って負極を作成した後に、無機酸化物粒子層形成用スラリーを塗布し、乾燥させて無機酸化物粒子層を形成することが出来る。また、あらかじめ作成した無機酸化物粒子層を負極上に貼りつけて積層させることもできる。 Furthermore, as described above, an inorganic oxide particle layer can be provided on the surface of the negative electrode. In that case, after preparing a negative electrode according to a conventional method, a slurry for forming an inorganic oxide particle layer can be applied and dried to form an inorganic oxide particle layer. In addition, an inorganic oxide particle layer prepared in advance can be laminated on the negative electrode.
リチウム二次電池に係るセパレータには、80℃以上(より好ましくは100℃以上)170℃以下(より好ましくは150℃以下)において、その孔が閉塞する性質(すなわちシャットダウン機能)を有していることが好ましく、通常のリチウム二次電池などで使用されているセパレータ、例えば、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン製の微多孔膜を用いることができる。セパレータを構成する微多孔膜は、例えば、PEのみを使用したものやPPのみを使用したものであってもよく、また、PE製の微多孔膜とPP製の微多孔膜との積層体であってもよい。
また、このような従来の微多孔膜に、前記の無機酸化物粒子層を積層させて一体化されたセパレータを用いてもかまわない。その場合、従来の微多孔膜に、無機酸化物粒子層形成用スラリーを塗布し、乾燥させて無機酸化物粒子層を形成することが出来る。また、あらかじめ作成した無機酸化物粒子層をセパレータ上に貼りつけて積層させることもできる。
The separator according to the lithium secondary battery has a property that the pores are closed at 80 ° C. or higher (more preferably 100 ° C. or higher) and 170 ° C. or lower (more preferably 150 ° C. or lower) (ie, shutdown function). It is preferable that a separator used in a normal lithium secondary battery, for example, a microporous membrane made of polyolefin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP) can be used. The microporous film constituting the separator may be, for example, one using only PE or one using PP, or a laminate of a PE microporous film and a PP microporous film. There may be.
Further, a separator integrated with such a conventional microporous membrane by laminating the inorganic oxide particle layer may be used. In that case, an inorganic oxide particle layer can be formed by applying a slurry for forming an inorganic oxide particle layer to a conventional microporous film and drying it. Moreover, the inorganic oxide particle layer produced previously can also be affixed on a separator, and can also be laminated | stacked.
セパレータの厚みは、例えば、6〜30μm(無機酸化物粒子層をセパレータ表面に設けた場合は無機酸化物粒子層も含む)であることが好ましい。 The thickness of the separator is preferably 6 to 30 μm (including the inorganic oxide particle layer when the inorganic oxide particle layer is provided on the separator surface), for example.
前記の正極と前記の負極と前記のセパレータとは、正極と負極との間にセパレータを介在させて重ねた積層電極体や、更にこれを渦巻状に巻回した巻回電極体の形態で本発明のリチウム電池に使用することができる。 The positive electrode, the negative electrode, and the separator are formed in the form of a laminated electrode body in which a separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode, or a wound electrode body in which the separator is wound in a spiral shape. It can be used for the lithium battery of the invention.
本発明のリチウム二次電池の形態としては、スチール缶やアルミニウム缶などを外装缶として使用した筒形(角筒形や円筒形など)などが挙げられる。また、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体としたソフトパッケージ電池とすることもできる。 Examples of the form of the lithium secondary battery of the present invention include a cylindrical shape (such as a rectangular tube shape or a cylindrical shape) using a steel can or an aluminum can as an outer can. Moreover, it can also be set as the soft package battery which used the laminated film which vapor-deposited the metal as an exterior body.
本発明のリチウム二次電池は、充電の上限電圧を従来のリチウム二次電池と同様に4.2V程度に設定して使用することもできるが、充電の上限電圧を4.3V以上に設定して使用してもよく、これにより高容量化を図ると共に、このような高電圧で使用しても、高い信頼性と貯蔵特性を発揮することができる。なお、本発明のリチウム二次電池における充電の上限電圧は4.7V以下であることが好ましい。
The lithium secondary battery of the present invention can be used with the upper limit voltage for charging set to about 4.2 V as in the conventional lithium secondary battery, but the upper limit voltage for charging is set to 4.3 V or higher. Thus, it is possible to increase the capacity, and even when used at such a high voltage, high reliability and storage characteristics can be exhibited. In addition, it is preferable that the upper limit voltage of charge in the lithium secondary battery of this invention is 4.7V or less.
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.
実施例1
<正極の作製>
LiCoO2とLi1.0Ni0.5Co0.2Mn0.3O2とを8:2の割合(質量比)で混合した正極活物質100質量部と、バインダであるPVDFを10質量%の濃度で含むNMP溶液20質量部と、導電助剤である人造黒鉛1質量部およびケッチェンブラック1質量部とを、二軸混練機を用いて混練し、更にNMPを加えて粘度を調節して、正極合剤含有ペーストを調製した。
Example 1
<Preparation of positive electrode>
100 parts by mass of a positive electrode active material obtained by mixing LiCoO 2 and Li 1.0 Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 at a ratio (mass ratio) of 8: 2, and 10 parts by mass of PVDF as a binder. 20 parts by weight of NMP solution contained at a concentration of 1%, 1 part by weight of artificial graphite and 1 part by weight of ketjen black, which are conductive assistants, are kneaded using a biaxial kneader, and NMP is added to adjust the viscosity. Thus, a positive electrode mixture-containing paste was prepared.
前記正極合剤含有ペーストを、厚みが15μmのアルミニウム箔(正極集電体)の両面に塗布した後、120℃で12時間の真空乾燥を行って、アルミニウム箔の両面に正極合剤層を形成した。その後、プレス処理を行って、正極合剤層の厚さおよび密度を調節し、アルミニウム箔の露出部にニッケル製のリード体を溶接して、長さ375mm、幅43mmの帯状の正極を作製した。得られた正極における正極合剤層は、片面あたりの厚みが55μmであった。 After coating the positive electrode mixture-containing paste on both surfaces of an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 15 μm, vacuum drying is performed at 120 ° C. for 12 hours to form a positive electrode mixture layer on both surfaces of the aluminum foil. did. Thereafter, press treatment was performed to adjust the thickness and density of the positive electrode mixture layer, and a nickel lead body was welded to the exposed portion of the aluminum foil to produce a strip-like positive electrode having a length of 375 mm and a width of 43 mm. . The positive electrode mixture layer in the obtained positive electrode had a thickness of 55 μm per one side.
<負極の作製>
負極活物質である平均粒子径D50%が8μmであるSiO表面を炭素材料で被覆した複合体(複合体における炭素材料の量が10質量%)と、平均粒子径D50%が16μmである黒鉛とを、SiO表面を炭素材料で被覆した複合体の量が3.75質量%となる量で混合した混合物:97.5質量部と、バインダであるSBR:1.5質量部と、増粘剤であるCMC:1質量部とに、水を加えて混合し、負極合剤含有ペーストを調製した。
<Production of negative electrode>
A composite in which the surface of SiO having an average particle diameter D50% of 8 μm, which is a negative electrode active material, is coated with a carbon material (the amount of the carbon material in the composite is 10% by mass), and graphite having an average particle diameter D50% of 16 μm A mixture in which the amount of the composite having the SiO surface coated with a carbon material is 3.75% by mass: 97.5 parts by mass, SBR as a binder: 1.5 parts by mass, and a thickener CMC: 1 part by mass of water was added and mixed to prepare a negative electrode mixture-containing paste.
前記負極合剤含有ペーストを、厚みが8μmの銅箔(負極集電体)の両面に塗布した後、120℃で12時間の真空乾燥を行って、銅箔の両面に負極合剤層を形成した。その後、プレス処理を行って、負極合剤層の厚さおよび密度を調節し、銅箔の露出部にニッケル製のリード体を溶接して、長さ380mm、幅44mmの帯状の負極を作製した。得られた負極における負極合剤層は、片面あたりの厚みが65μmであった。 After applying the negative electrode mixture-containing paste to both sides of a copper foil (negative electrode current collector) having a thickness of 8 μm, vacuum drying is performed at 120 ° C. for 12 hours to form a negative electrode mixture layer on both sides of the copper foil. did. Thereafter, press treatment was performed to adjust the thickness and density of the negative electrode mixture layer, and a nickel lead body was welded to the exposed portion of the copper foil to produce a strip-shaped negative electrode having a length of 380 mm and a width of 44 mm. . The negative electrode mixture layer in the obtained negative electrode had a thickness of 65 μm per one surface.
<非水電解質の調製>
エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との体積比3:7の混合溶媒に、LiPF6を1.1mol/Lの濃度で溶解させ、アリルコハク酸無水物0.50質量%となる量で、VCを2.0質量%となる量で、アジポニトリルを0.5質量%となる量で、1,3−ジオキサンを1.0質量%となる量で、PDEAを1.0質量%となる量で、およびFECを1.0質量%となる量で、それぞれ添加して非水電解質を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) at a volume ratio of 3: 7 at a concentration of 1.1 mol / L, and an amount of 0.50% by mass of allyl succinic anhydride was obtained. , VC is 2.0% by mass, adiponitrile is 0.5% by mass, 1,3-dioxane is 1.0% by mass, and PDEA is 1.0% by mass. A nonaqueous electrolyte was prepared by adding FEC in an amount of 1.0% by mass.
<無機酸化物粒子層形成用スラリーの作成>
板状ベーマイト(平均粒径1μm、アスペクト比10)5kgに、イオン交換水5kgと、分散剤(水系ポリカルボン酸アンモニウム塩、固形分濃度40質量%)0.5kgとを加え、内容積20L、転回数40回/分のボールミルで10時間解砕処理をして分散液を調製した。処理後の分散液の一部を120℃で真空乾燥し、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したところ、ベーマイトの形状はほぼ板状であった。また、処理後のベーマイトの平均粒子径は1μmであった。
<Preparation of inorganic oxide particle layer forming slurry>
To 5 kg of plate boehmite (
上記分散液500gに、増粘剤としてキサンタンガムを0.5g、バインダとして樹脂バインダーディスパージョン(変性ポリブチルアクリレート、固形分含量45質量%)を17g加え、スリーワンモーターで3時間攪拌して均一な無機酸化物粒子層形成用スラリー(固形分比率50質量%)を調製した。 To 500 g of the above dispersion, 0.5 g of xanthan gum as a thickener and 17 g of resin binder dispersion (modified polybutyl acrylate, solid content 45% by mass) as a binder are added and stirred for 3 hours with a three-one motor to obtain a uniform inorganic A slurry for forming an oxide particle layer (solid content ratio 50% by mass) was prepared.
<無機酸化物粒子層付きセパレータの作製>
PE製の微多孔膜(厚み10μm、空孔率40%、平均孔径0.08μm、PEの融点135℃)の片面にコロナ放電処理(放電量40W・分/m2)を施し、この処理面に上記無機酸化物粒子層形成用スラリーをマイクログラビアコーターによって塗布し、乾燥して厚みが2μmの無機酸化物粒子層をセパレータ上の片面に形成して、無機酸化物粒子層付きセパレータを作製した。
<Preparation of separator with inorganic oxide particle layer>
A PE microporous film (
<電池の組み立て>
前記帯状の正極を、前記セパレータを介して前記帯状の負極に重ね、渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状巻回構造の巻回電極体とし、この電極巻回体をポリプロピレン製の絶縁テープで固定した。次に、外寸が厚さ4.0mm、幅34mm、高さ50mmのアルミニウム合金製の角形の電池ケースに前記巻回電極体を挿入し、リード体の溶接を行うとともに、アルミニウム合金製の蓋板を電池ケースの開口端部に溶接した。その後、蓋板に設けた注入口から前記非水電解質を注入し、1時間静置した後注入口を封止して、図1に示す構造で、図2に示す外観のリチウム二次電池を得た。
<Battery assembly>
The strip-shaped positive electrode is overlapped with the strip-shaped negative electrode via the separator, wound in a spiral shape, and then pressed so as to be flattened to form a wound electrode body having a flat wound structure. The rotating body was fixed with an insulating tape made of polypropylene. Next, the wound electrode body is inserted into a prismatic battery case made of aluminum alloy having an outer dimension of 4.0 mm in thickness, 34 mm in width, and 50 mm in height, and the lead body is welded, and the lid made of aluminum alloy The plate was welded to the open end of the battery case. Thereafter, the non-aqueous electrolyte is injected from the inlet provided in the cover plate, and left for 1 hour, and then the inlet is sealed. The lithium secondary battery having the structure shown in FIG. Obtained.
ここで図1および図2に示す電池について説明すると、図1はその部分断面図であって、正極1と負極2はセパレータ3を介して渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状の巻回電極体6として、角形(角筒形)の電池ケース4に非水電解質と共に収容されている。ただし、図1では、煩雑化を避けるため、正極1や負極2の作製にあたって使用した集電体としての金属箔や非水電解質などは図示していない。
Here, the battery shown in FIGS. 1 and 2 will be described. FIG. 1 is a partial sectional view of the battery, and the
電池ケース4はアルミニウム合金製で電池の外装体を構成するものであり、この電池ケース4は正極端子を兼ねている。そして、電池ケース4の底部にはPEシートからなる絶縁体5が配置され、正極1、負極2およびセパレータ3からなる扁平状巻回電極体6からは、正極1および負極2のそれぞれ一端に接続された正極リード体7と負極リード体8が引き出されている。また、電池ケース4の開口部を封口するアルミニウム合金製の封口用蓋板9にはポリプロピレン製の絶縁パッキング10を介してステンレス鋼製の端子11が取り付けられ、この端子11には絶縁体12を介してステンレス鋼製のリード板13が取り付けられている。
The
そして、この蓋板9は電池ケース4の開口部に挿入され、両者の接合部を溶接することによって、電池ケース4の開口部が封口され、電池内部が密閉されている。また、図1の電池では、蓋板9に非水電解質注入口14が設けられており、この非水電解質注入口14には、封止部材が挿入された状態で、例えばレーザー溶接などにより溶接封止されて、電池の密閉性が確保されている。更に、蓋板9には、電池の温度が上昇した際に内部のガスを外部に排出する機構として、開裂ベント15が設けられている。
And this
この実施例1の電池では、正極リード体7を蓋板9に直接溶接することによって外装缶5と蓋板9とが正極端子として機能し、負極リード体8をリード板13に溶接し、そのリード板13を介して負極リード体8と端子11とを導通させることによって端子11が負極端子として機能するようになっているが、電池ケース4の材質などによっては、その正負が逆になる場合もある。
In the battery of this Example 1, the
図2は前記図1に示す電池の外観を模式的に示す斜視図であり、この図2は前記電池が角形電池であることを示すことを目的として図示されたものであって、この図1では電池を概略的に示しており、電池の構成部材のうち特定のものしか図示していない。また、図1においても、電極体の内周側の部分は断面にしていない。 FIG. 2 is a perspective view schematically showing the external appearance of the battery shown in FIG. 1. FIG. 2 is shown for the purpose of showing that the battery is a square battery. FIG. 1 schematically shows a battery, and only specific members of the battery are shown. Also in FIG. 1, the inner peripheral portion of the electrode body is not cross-sectional.
実施例2
アリルコハク酸無水物1.5質量%となる量で、VCを1.0質量%となる量で、アジポニトリルを0.5質量%となる量で、1,3−ジオキサンを1.0質量%となる量で、PDEAを1.0質量%となる量で、およびFECを1.0質量%となる量で、それぞれ添加して非水電解質を調製した以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Example 2
An amount of 1.5% by mass of allyl succinic anhydride, an amount of VC of 1.0% by mass, an amount of adiponitrile of 0.5% by mass, and 1,3-dioxane of 1.0% by mass In the same manner as in Example 1, except that a non-aqueous electrolyte was prepared by adding PDEA in an amount of 1.0% by mass and FEC in an amount of 1.0% by mass, respectively. A secondary battery was prepared.
実施例3
アリルコハク酸無水物2.0質量%となる量で、VCを0.5質量%となる量で、アジポニトリルを0.5質量%となる量で、1,3−ジオキサンを1.0質量%となる量で、PDEAを1.0質量%となる量で、およびFECを1.0質量%となる量で、それぞれ添加して非水電解質を調製した以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Example 3
An amount of 2.0% by mass of allyl succinic anhydride, an amount of VC of 0.5% by mass, an amount of adiponitrile of 0.5% by mass, and 1,3-dioxane of 1.0% by mass In the same manner as in Example 1, except that a non-aqueous electrolyte was prepared by adding PDEA in an amount of 1.0% by mass and FEC in an amount of 1.0% by mass, respectively. A secondary battery was prepared.
実施例4
アリルコハク酸無水物1.0質量%となる量で、VCを2.5質量%となる量で、アジポニトリルを0.5質量%となる量で、1,3−ジオキサンを1.0質量%となる量で、PDEAを1.0質量%となる量で、およびFECを1.0質量%となる量で、それぞれ添加して非水電解質を調製した以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Example 4
An amount of 1.0% by mass of allyl succinic anhydride, an amount of VC of 2.5% by mass, an amount of adiponitrile of 0.5% by mass, and 1,3-dioxane of 1.0% by mass In the same manner as in Example 1, except that a non-aqueous electrolyte was prepared by adding PDEA in an amount of 1.0% by mass and FEC in an amount of 1.0% by mass, respectively. A secondary battery was prepared.
実施例5
アリルコハク酸無水物1.0質量%となる量で、VCを4.0質量%となる量で、アジポニトリルを0.5質量%となる量で、1,3−ジオキサンを1.0質量%となる量で、PDEAを1.0質量%となる量で、およびFECを1.0質量%となる量で、それぞれ添加して非水電解質を調製した以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Example 5
An amount of 1.0% by mass of allyl succinic anhydride, an amount of VC of 4.0% by mass, an amount of adiponitrile of 0.5% by mass, and 1,3-dioxane of 1.0% by mass In the same manner as in Example 1, except that a non-aqueous electrolyte was prepared by adding PDEA in an amount of 1.0% by mass and FEC in an amount of 1.0% by mass, respectively. A secondary battery was prepared.
実施例6
アリルコハク酸無水物3.0質量%となる量で、VCを1.0質量%となる量で、アジポニトリルを0.5質量%となる量で、1,3−ジオキサンを1.0質量%となる量で、PDEAを1.0質量%となる量で、およびFECを1.0質量%となる量で、それぞれ添加して非水電解質を調製した以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Example 6
An amount of 3.0% by mass of allyl succinic anhydride, an amount of VC of 1.0% by mass, an amount of adiponitrile of 0.5% by mass, and 1,3-dioxane of 1.0% by mass In the same manner as in Example 1, except that a non-aqueous electrolyte was prepared by adding PDEA in an amount of 1.0% by mass and FEC in an amount of 1.0% by mass, respectively. A secondary battery was prepared.
実施例7
アリルコハク酸無水物0.1質量%となる量で、VCを4.0質量%となる量で、アジポニトリルを0.5質量%となる量で、1,3−ジオキサンを1.0質量%となる量で、PDEAを1.0質量%となる量で、およびFECを1.0質量%となる量で、それぞれ添加して非水電解質を調製した以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Example 7
An amount of 0.1% by mass of allyl succinic anhydride, an amount of VC of 4.0% by mass, an amount of adiponitrile of 0.5% by mass, and 1,3-dioxane of 1.0% by mass In the same manner as in Example 1, except that a non-aqueous electrolyte was prepared by adding PDEA in an amount of 1.0% by mass and FEC in an amount of 1.0% by mass, respectively. A secondary battery was prepared.
実施例8
無機酸化物粒子を平均粒子径が0.2μmのチタニアに変更した以外は、実施例1と同様にして無機酸化物粒子層付きセパレータを作成した。
上記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Example 8
A separator with an inorganic oxide particle layer was prepared in the same manner as in Example 1 except that the inorganic oxide particles were changed to titania having an average particle diameter of 0.2 μm.
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above separator was used.
実施例9
無機酸化物粒子を平均粒子径が0.5μmのアルミナ微粒子に変更した以外は、実施例1と同様にして無機酸化物粒子層付きセパレータを作成した。
上記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Example 9
A separator with an inorganic oxide particle layer was prepared in the same manner as in Example 1 except that the inorganic oxide particles were changed to alumina fine particles having an average particle diameter of 0.5 μm.
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above separator was used.
実施例10
無機酸化物粒子を平均粒子径が1.0μmのシリカ微粒子に変更した以外は、実施例1と同様にして無機酸化物粒子層付きセパレータを作成した。
上記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Example 10
A separator with an inorganic oxide particle layer was prepared in the same manner as in Example 1 except that the inorganic oxide particles were changed to silica fine particles having an average particle diameter of 1.0 μm.
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above separator was used.
実施例11
実施例1と同様の正極表面に、実施例1と同様の無機酸化物粒子層形成用スラリーをマイクログラビアコーターによって塗布し、乾燥して厚みが2μmの無機酸化物粒子層を正極上の両面に形成して、無機酸化物粒子層付き正極を作製した。
上記の無機酸化物粒子層つき正極と、PE製の微多孔質セパレータ(厚み12μm、空孔率40%、平均孔径0.08μm、PEの融点135℃)を用いた以外は実施例1と同様にして、リチウム二次電池を作成した。
Example 11
The same inorganic oxide particle layer forming slurry as in Example 1 was applied to the same positive electrode surface as in Example 1 with a microgravure coater and dried to form an inorganic oxide particle layer having a thickness of 2 μm on both surfaces of the positive electrode. Then, a positive electrode with an inorganic oxide particle layer was produced.
Example 1 except that the positive electrode with the inorganic oxide particle layer and a microporous separator made of PE (
実施例12
無機酸化物粒子を平均粒子径が0.2μmのチタニアに変更した以外は、実施例1と同様にして無機酸化物粒子形成用スラリーを作成した。
実施例1と同様の正極表面に、上記の無機酸化物粒子層形成用スラリーをマイクログラビアコーターによって塗布し、乾燥して厚みが2μmの無機酸化物粒子層を正極上の両面に形成して、無機酸化物粒子層付き正極を作製した。
上記の無機酸化物粒子層つき正極と、PE製の微多孔質セパレータ(厚み12μm、空孔率40%、平均孔径0.08μm、PEの融点135℃)を用いた以外は実施例1と同様にして、リチウム二次電池を作成した。
Example 12
A slurry for forming inorganic oxide particles was prepared in the same manner as in Example 1 except that the inorganic oxide particles were changed to titania having an average particle diameter of 0.2 μm.
The inorganic oxide particle layer forming slurry is applied to the same positive electrode surface as in Example 1 with a microgravure coater and dried to form inorganic oxide particle layers having a thickness of 2 μm on both surfaces of the positive electrode. A positive electrode with an inorganic oxide particle layer was produced.
Example 1 except that the positive electrode with the inorganic oxide particle layer and a microporous separator made of PE (
実施例13
実施例1と同様の負極表面に、実施例1と同様の無機酸化物粒子層形成用スラリーをマイクログラビアコーターによって塗布し、乾燥して厚みが2μmの無機酸化物粒子層を負極上の両面に形成して、無機酸化物粒子層付き負極を作製した。
上記の無機酸化物粒子層つき負極と、PE製の微多孔質セパレータ(厚み12μm、空孔率40%、平均孔径0.08μm、PEの融点135℃)を用いた以外は実施例1と同様にして、リチウム二次電池を作成した。
Example 13
The same inorganic oxide particle layer forming slurry as in Example 1 was applied to the negative electrode surface as in Example 1 with a microgravure coater and dried to form an inorganic oxide particle layer having a thickness of 2 μm on both surfaces of the negative electrode. Thus, a negative electrode with an inorganic oxide particle layer was produced.
Example 1 except that the negative electrode with an inorganic oxide particle layer and a microporous separator made of PE (
実施例14
アリルコハク酸無水物0.5質量%となる量で、VCを2.5質量%となる量で、アジポニトリルを0.5質量%となる量で、1,3−ジオキサンを1.0質量%となる量で、およびFECを1.0質量%となる量で、それぞれ添加して非水電解質を調製した以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Example 14
An amount of 0.5% by mass of allyl succinic anhydride, an amount of VC of 2.5% by mass, an amount of adiponitrile of 0.5% by mass, and 1,3-dioxane of 1.0% by mass A lithium secondary battery was made in the same manner as in Example 1 except that a non-aqueous electrolyte was prepared by adding FEC in an amount of 1.0% by mass.
実施例15
アリルコハク酸無水物0.5質量%となる量で、VCを2.5質量%となる量で、アジポニトリルを0.5質量%となる量で、PDEAを1.0質量%となる量で、およびFECを1.0質量%となる量で、それぞれ添加して非水電解質を調製した以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Example 15
An amount of 0.5% by weight of allyl succinic anhydride, an amount of VC of 2.5% by weight, an amount of adiponitrile of 0.5% by weight, and an amount of PDEA of 1.0% by weight, A lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that a nonaqueous electrolyte was prepared by adding FEC in an amount of 1.0% by mass.
実施例16
アリルコハク酸無水物0.5質量%となる量で、VCを2.5質量%となる量で、1,3−ジオキサンを1.0質量%となる量で、PDEAを1.0質量%となる量で、およびFECを1.0質量%となる量で、それぞれ添加して非水電解質を調製した以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Example 16
An amount of 0.5% by mass of allyl succinic anhydride, an amount of VC of 2.5% by mass, an amount of 1,3-dioxane of 1.0% by mass, and PDEA of 1.0% by mass A lithium secondary battery was made in the same manner as in Example 1 except that a non-aqueous electrolyte was prepared by adding FEC in an amount of 1.0% by mass.
実施例17
アリルコハク酸無水物0.5質量%となる量で、VCを2.5質量%となる量で、1,3−ジオキサンを1.0質量%となる量で、PDEAを1.0質量%となる量で、およびアジポニトリルを0.5質量%となる量で、それぞれ添加して非水電解質を調製した。
また、セパレータの無機酸化物粒子層を3μmの厚さにした以外は実施例1と同様にセパレータを作成した。
上記の非水電解質と、上記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Example 17
An amount of 0.5% by mass of allyl succinic anhydride, an amount of VC of 2.5% by mass, an amount of 1,3-dioxane of 1.0% by mass, and PDEA of 1.0% by mass And a non-aqueous electrolyte was prepared by adding adiponitrile in an amount of 0.5% by mass.
A separator was prepared in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the inorganic oxide particle layer of the separator was 3 μm.
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above nonaqueous electrolyte and the above separator were used.
比較例1
VCを2.0質量%となる量で、アジポニトリルを0.5質量%となる量で、1,3−ジオキサンを1.0質量%となる量で、PDEAを1.0質量%となる量で、およびFECを1.0質量%となる量で、それぞれ添加して(つまり、アリルコハク酸無水物は添加せずに)非水電解質を調製した。
上記の電解質を用い、PE製の微多孔質セパレータ(厚み12μm、空孔率40%、平均孔径0.08μm、PEの融点135℃)を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Comparative Example 1
VC is 2.0% by mass, adiponitrile is 0.5% by mass, 1,3-dioxane is 1.0% by mass, and PDEA is 1.0% by mass. A nonaqueous electrolyte was prepared by adding FEC in an amount of 1.0% by mass (that is, without adding allyl succinic anhydride).
A lithium secondary as in Example 1 except that the above electrolyte was used and a microporous separator made of PE (
比較例2
VCを2.0質量%となる量で、アジポニトリルを0.5質量%となる量で、1,3−ジオキサンを1.0質量%となる量で、PDEAを1.0質量%となる量で、およびFECを1.0質量%となる量で、それぞれ添加して(つまり、アリルコハク酸無水物は添加せずに)非水電解質を調製した。この非水電解質を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Comparative Example 2
VC is 2.0% by mass, adiponitrile is 0.5% by mass, 1,3-dioxane is 1.0% by mass, and PDEA is 1.0% by mass. A nonaqueous electrolyte was prepared by adding FEC in an amount of 1.0% by mass (that is, without adding allyl succinic anhydride). A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this nonaqueous electrolyte was used.
比較例3
アリルコハク酸無水物2.0質量%となる量で、アジポニトリルを0.5質量%となる量で、1,3−ジオキサンを1.0質量%となる量で、PDEAを1.0質量%となる量で、およびFECを1.0質量%となる量で、それぞれ添加して(つまり、VCは添加せずに)非水電解質を調製した。この非水電解質を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Comparative Example 3
An amount of 2.0% by mass of allyl succinic anhydride, an amount of 0.5% by mass of adiponitrile, an amount of 1.0% by mass of 1,3-dioxane, and 1.0% by mass of PDEA And non-aqueous electrolyte was prepared by adding FEC in an amount of 1.0% by mass (ie, without adding VC). A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this nonaqueous electrolyte was used.
比較例4
アリルコハク酸無水物0.1質量%となる量で、VCを4.5質量%となる量で、アジポニトリルを0.5質量%となる量で、1,3−ジオキサンを1.0質量%となる量で、PDEAを1.0質量%となる量で、およびFECを1.0質量%となる量で、それぞれ添加して非水電解質を調製した。この非水電解質を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Comparative Example 4
An amount of 0.1% by mass of allyl succinic anhydride, an amount of VC of 4.5% by mass, an amount of adiponitrile of 0.5% by mass, and 1,3-dioxane of 1.0% by mass A non-aqueous electrolyte was prepared by adding PDEA in an amount of 1.0% by mass and FEC in an amount of 1.0% by mass, respectively. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this nonaqueous electrolyte was used.
比較例5
アリルコハク酸無水物3.1質量%となる量で、VCを0.01質量%となる量で、アジポニトリルを0.5質量%となる量で、1,3−ジオキサンを1.0質量%となる量で、PDEAを1.0質量%となる量で、およびFECを1.0質量%となる量で、それぞれ添加して非水電解質を調製した。この非水電解質を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Comparative Example 5
An amount of 3.1% by mass of allyl succinic anhydride, an amount of VC of 0.01% by mass, an amount of adiponitrile of 0.5% by mass, and 1,3-dioxane of 1.0% by mass A non-aqueous electrolyte was prepared by adding PDEA in an amount of 1.0% by mass and FEC in an amount of 1.0% by mass, respectively. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this nonaqueous electrolyte was used.
比較例6
アリルコハク酸無水物2.0質量%となる量で、VCを4.5質量%となる量で、アジポニトリルを0.5質量%となる量で、1,3−ジオキサンを1.0質量%となる量で、PDEAを1.0質量%となる量で、およびFECを1.0質量%となる量で、それぞれ添加して非水電解質を調製した。この非水電解質を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Comparative Example 6
An amount of 2.0% by mass of allyl succinic anhydride, an amount of VC of 4.5% by mass, an amount of adiponitrile of 0.5% by mass, and 1,3-dioxane of 1.0% by mass A non-aqueous electrolyte was prepared by adding PDEA in an amount of 1.0% by mass and FEC in an amount of 1.0% by mass, respectively. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this nonaqueous electrolyte was used.
比較例7
アリルコハク酸無水物3.1質量%となる量で、VCを2.0質量%となる量で、アジポニトリルを0.5質量%となる量で、1,3−ジオキサンを1.0質量%となる量で、PDEAを1.0質量%となる量で、およびFECを1.0質量%となる量で、それぞれ添加して非水電解質を調製した。この非水電解質を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Comparative Example 7
An amount of 3.1% by mass of allyl succinic anhydride, an amount of VC of 2.0% by mass, an amount of adiponitrile of 0.5% by mass, and 1,3-dioxane of 1.0% by mass A non-aqueous electrolyte was prepared by adding PDEA in an amount of 1.0% by mass and FEC in an amount of 1.0% by mass, respectively. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this nonaqueous electrolyte was used.
比較例8
アリルコハク酸無水物0.5質量%となる量で、VCを2.5質量%となる量で、アジポニトリルを0.5質量%となる量で、1,3−ジオキサンを1.0質量%となる量で、PDEAを1.0質量%となる量で、およびFECを1.0質量%となる量で、それぞれ添加して非水電解質を調製した。この非水電解質を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
上記の非水電解質を用い、PE製の微多孔質セパレータ(厚み12μm、空孔率40%、平均孔径0.08μm、PEの融点135℃)を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作成した。
Comparative Example 8
An amount of 0.5% by mass of allyl succinic anhydride, an amount of VC of 2.5% by mass, an amount of adiponitrile of 0.5% by mass, and 1,3-dioxane of 1.0% by mass A non-aqueous electrolyte was prepared by adding PDEA in an amount of 1.0% by mass and FEC in an amount of 1.0% by mass, respectively. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this nonaqueous electrolyte was used.
Lithium was obtained in the same manner as in Example 1 except that the above nonaqueous electrolyte was used and a microporous separator made of PE (
実施例および比較例の各リチウム二次電池について、以下のサイクル特性試験および高温貯蔵試験を行った。 The following cycle characteristic tests and high-temperature storage tests were performed on the lithium secondary batteries of the examples and comparative examples.
<充放電サイクル特性評価>
実施例および比較例のリチウム二次電池を45℃の恒温槽内に5時間静置し、その後、各電池について、0.5Cの電流値で4.4Vまで定電流充電し、引き続いて4.4Vで定電圧充電し(定電流充電と定電圧充電との総充電時間が2.5時間)、その後に0.2Cの定電流で2.75Vで放電を行って、初回放電容量を求めた。次に、各電池について、45℃で、1Cの電流値で4.4Vまで定電流充電し、引き続いて4.4Vの定電圧で電流値が0.1Cになるまで充電した後に、1Cの電流値で3.0Vまで放電する一連の操作を1サイクルとして、これを多数繰り返した。そして、各電池について、500サイクル行い、前記の初回放電容量測定時と同じ条件で定電流−定電圧充電および定電流放電を行って、放電容量を求めた。そして、これらの放電容量を初回放電容量で除した値を百分率で表して、45℃容量維持率を算出した。
また、温度環境を25℃にした以外は、上記の方法と同様にして室温容量維持率を算出した。
<Charge / discharge cycle characteristics evaluation>
The lithium secondary batteries of Examples and Comparative Examples were left in a constant temperature bath at 45 ° C. for 5 hours, and then each battery was charged with a constant current to 4.4 V at a current value of 0.5 C, and subsequently 4. The battery was charged at a constant voltage of 4 V (the total charging time of constant current charging and constant voltage charging was 2.5 hours), and then discharged at 2.75 V at a constant current of 0.2 C to obtain the initial discharge capacity. . Next, each battery was charged at a constant current of up to 4.4 V at a current value of 1 C at 45 ° C., and subsequently charged until a current value of 0.1 C was reached at a constant voltage of 4.4 V. A series of operations for discharging to a value of 3.0 V was taken as one cycle and this was repeated many times. Each battery was subjected to 500 cycles, and a constant current-constant voltage charge and a constant current discharge were performed under the same conditions as in the initial discharge capacity measurement, to determine a discharge capacity. A value obtained by dividing these discharge capacities by the initial discharge capacities was expressed as a percentage to calculate a 45 ° C. capacity retention rate.
Further, the room temperature capacity retention rate was calculated in the same manner as in the above method except that the temperature environment was 25 ° C.
<貯蔵試験1高温貯蔵膨れ>
実施例および比較例の各リチウム二次電池について、0.5Cの電流値で4.4Vまで定電流充電し、引き続いて4.4Vで定電圧充電した。その後、外装体の中央部分の厚みをマイクロメーターを用いて測定した。(定電流充電と定電圧充電との総充電時間が2.5時間)各電池を85℃に保った恒温槽内に入れ、4時間貯蔵した。その後各電池を恒温槽から取り出し、2時間経過後に0.2Cで2.75Vまで放電した。その後0.5Cで4.4Vまで充電した後、0.2Cで2.75Vまで放電した。そして、貯蔵前と同様に、外装体の中央部分の厚みをマイクロメーターを用いて測定した。
貯蔵前の外装体厚みと、貯蔵後の外装体厚みの差を貯蔵前の外装体厚みで除して百分率で表わしたものを、膨れ率とした。
<
About each lithium secondary battery of an Example and a comparative example, it carried out the constant current charge to 4.4V with the electric current value of 0.5C, and carried out the constant voltage charge at 4.4V subsequently. Thereafter, the thickness of the central part of the outer package was measured using a micrometer. (Total charging time of constant current charging and constant voltage charging was 2.5 hours) Each battery was placed in a thermostat kept at 85 ° C. and stored for 4 hours. Then, each battery was taken out from the thermostat and discharged to 2.75 V at 0.2 C after 2 hours. Thereafter, the battery was charged to 4.4V at 0.5C and then discharged to 2.75V at 0.2C. And the thickness of the center part of an exterior body was measured using the micrometer similarly to before storage.
The difference between the thickness of the outer package before storage and the thickness of the outer package after storage was divided by the thickness of the outer package before storage and expressed as a percentage.
<貯蔵試験2容量劣化率>
実施例および比較例の各リチウム二次電池について、0.5Cの電流値で4.4Vまで定電流充電し、引き続いて4.4Vで定電圧充電した。(定電流充電と定電圧充電との総充電時間が2.5時間)各電池を85℃に保った恒温槽内に入れ、24時間貯蔵した。その後各電池を恒温槽から取り出し、2時間経過後に0.2Cで2.75Vまで放電した。その後0.5Cで4.4Vまで充電した後、0.2Cで2.75Vまで放電しこれを回復容量とした。貯蔵後の回復容量を初回放電容量(貯蔵前の放電容量)で除して百分率で表わしたものを貯蔵容量劣化率とした。
<
About each lithium secondary battery of an Example and a comparative example, it carried out the constant current charge to 4.4V with the electric current value of 0.5C, and carried out the constant voltage charge at 4.4V subsequently. (Total charging time of constant current charging and constant voltage charging is 2.5 hours) Each battery was placed in a thermostat kept at 85 ° C. and stored for 24 hours. Then, each battery was taken out from the thermostat and discharged to 2.75 V at 0.2 C after 2 hours. Thereafter, the battery was charged to 4.4 V at 0.5 C, and then discharged to 2.75 V at 0.2 C to obtain a recovery capacity. The storage capacity deterioration rate was obtained by dividing the recovery capacity after storage by the initial discharge capacity (discharge capacity before storage) and expressed as a percentage.
実施例および比較例の各リチウム二次電池で使用した非水電解質の添加剤の組成を表1に示し、前記の容量維持率の結果と貯蔵試験結果を表2に示す。 The composition of the nonaqueous electrolyte additive used in each of the lithium secondary batteries of Examples and Comparative Examples is shown in Table 1, and the results of the capacity retention ratio and the storage test results are shown in Table 2.
本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、前記以外の形態としても実施が可能である。本出願に開示された実施形態は一例であって、本発明は、これらの実施形態には限定されない。本発明の範囲は、前記の明細書の記載よりも、添付されている請求の範囲の記載を優先して解釈され、請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更は、請求の範囲に含まれる。 The present invention can be implemented in other forms without departing from the spirit of the present invention. The embodiments disclosed in the present application are examples, and the present invention is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is construed in preference to the description of the appended claims rather than the description of the above specification, and all modifications within the scope equivalent to the claims are construed in the scope of the claims. included.
本発明のリチウム二次電池は、従来から知られているリチウム二次電池が適用されている各種用途と同じ用途に用いることができる。 The lithium secondary battery of the present invention can be used for the same applications as various applications to which conventionally known lithium secondary batteries are applied.
1 正極
2 負極
3 セパレータ
1
Claims (4)
前記セパレータは、多孔質膜と無機酸化物粒子層との積層体であり、
前記無機酸化物粒子層は、無機酸化物粒子と結着剤とを備え、
前記無機酸化物粒子層の厚みは、1μm〜5μmであり、
前記非水電解質は、アリルコハク酸無水物、ビニレンカーボネート、およびフッ素を含むリチウム塩を含有し、
前記非水電解質中のアリルコハク酸無水物が、0.1〜3質量%、ビニレンカーボネートが0.5〜4質量%となる非水電解質を使用するリチウム二次電池。 A secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte,
The separator is a laminate of a porous film and a non-motor oxide particle layer,
The inorganic oxide particle layer includes inorganic oxide particles and a binder,
The inorganic oxide particle layer has a thickness of 1 μm to 5 μm ,
The non-aqueous electrolyte contains an allyl succinic anhydride, vinylene carbonate, and a lithium salt containing fluorine,
A lithium secondary battery using a non-aqueous electrolyte in which allyl succinic anhydride in the non-aqueous electrolyte is 0.1 to 3% by mass and vinylene carbonate is 0.5 to 4% by mass.
換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基であり、nは0〜6の整数である。〕 The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the non-aqueous electrolyte further contains a phosphonoacetate compound represented by the following general formula (1).
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