JP2003007345A - Lithium secondary battery - Google Patents
Lithium secondary batteryInfo
- Publication number
- JP2003007345A JP2003007345A JP2002110873A JP2002110873A JP2003007345A JP 2003007345 A JP2003007345 A JP 2003007345A JP 2002110873 A JP2002110873 A JP 2002110873A JP 2002110873 A JP2002110873 A JP 2002110873A JP 2003007345 A JP2003007345 A JP 2003007345A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- battery
- lithium secondary
- secondary battery
- lithium
- positive electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 リチウムニッケル複合酸化物を正極活物質と
したリチウム二次電池の過充電に対する安全性を高め
る。
【解決手段】 リチウムニッケル複合酸化物を正極活物
質としたリチウム二次電池要素1をケース2,3内に収
納してなるリチウム二次電池。リチウムニッケル複合酸
化物の比表面積は0.1〜10m2/gであり、電池表
面積S(cm2)と電池容量C(mAh)との比である
表面積容量比S/Cが0.05〜5である。
(57) [Problem] To improve the safety against overcharge of a lithium secondary battery using a lithium nickel composite oxide as a positive electrode active material. SOLUTION: A lithium secondary battery comprising a lithium secondary battery element 1 containing a lithium nickel composite oxide as a positive electrode active material and housed in cases 2 and 3. The specific surface area of the lithium nickel composite oxide is 0.1 to 10 m 2 / g, and the surface area capacity ratio S / C which is the ratio of the battery surface area S (cm 2 ) to the battery capacity C (mAh) is 0.05 to 5
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はリチウム二次電池に
係り、詳しくは、正極活物質としてリチウムニッケル複
合酸化物を用いた電池要素をケース内に収納してなるリ
チウム二次電池であって、過充電時の安全性を高めたリ
チウム二次電池に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly to a lithium secondary battery in which a battery element using a lithium nickel composite oxide as a positive electrode active material is housed in a case. The present invention relates to a lithium secondary battery with improved safety during overcharge.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年開発されてきている高エネルギー密
度のリチウム二次電池(本明細書では、「リチウム二次
電池」を単に「二次電池」又は「電池」と称す場合があ
る。)は、そのエネルギー密度の高さ故に、安全性の確
保、とりわけ過充電に対する安全性の確保が重要となっ
ている。その理由は以下の通りである。2. Description of the Related Art A lithium secondary battery having a high energy density which has been developed in recent years (in this specification, "lithium secondary battery" may be simply referred to as "secondary battery" or "battery"). However, because of its high energy density, ensuring safety, especially safety against overcharging, is important. The reason is as follows.
【0003】即ち、リチウム二次電池を充電する際に、
何らかの原因で所定以上の電流や電圧が加わったり、所
定以上の容量が充電されたりすると、リチウム二次電池
が過充電状態となる。その結果、リチウム二次電池を構
成する材料である正極活物質又は負極活物質が化学的に
不安定な状態となったり、電極間の内部短絡等が起こっ
たりすることが原因となる、電池温度の過度な上昇等が
発生する可能性が高い。実際に、リチウム二次電池で
は、過充電状態になると電解液等の分解によるガスが発
生する場合がある。このガス発生は、電池の破裂、漏液
等を起こしやすくするばかりでなく、この状態が続くこ
とによって最終的に電池温度が過度に上昇し、電池が発
火、爆発する場合がある。That is, when charging a lithium secondary battery,
When a current or voltage higher than a predetermined value is applied or a capacity higher than a predetermined value is charged for some reason, the lithium secondary battery is overcharged. As a result, the positive electrode active material or the negative electrode active material, which is a material forming the lithium secondary battery, becomes chemically unstable, or an internal short circuit between the electrodes occurs, which causes the battery temperature. There is a high possibility that an excessive rise in In fact, in a lithium secondary battery, when it is in an overcharged state, gas may be generated due to decomposition of an electrolytic solution or the like. This gas generation not only makes the battery liable to burst, leaks, etc., but if this state continues, the battery temperature may eventually rise excessively, and the battery may ignite or explode.
【0004】このため、従来、過充電の防止対策につい
て種々の検討がなされ、例えば次の〜ような対策が
提案されてきた。
電池外部に付属させた電子回路(安全回路)によっ
て、過充電状態で電池が危険な状態となると充電電流を
制御する方法。
過充電時の電解液等の分解によって発生するガスを
利用し、電池の内部圧力を大きくして安全弁を機械的に
作動させて充電電流を遮断する方法。
電池の温度上昇によるセパレータの融解を利用し、
セパレータの細孔を閉塞させて充電電流を遮断する方
法。
満充電時の正極電位より貴な電位に酸化電位を有す
る有機添加剤を電解液に添加することにより、過充電状
態で正極電位が上昇した際に前記有機添加剤の酸化反応
を引き起こして過充電時の電池内暴走反応を制御する方
法。For this reason, various studies have heretofore been made on measures for preventing overcharge, and the following measures have been proposed. An electronic circuit (safety circuit) attached to the outside of the battery controls the charging current when the battery becomes dangerous in an overcharged state. A method of shutting off the charging current by using the gas generated by the decomposition of the electrolyte during overcharging to increase the internal pressure of the battery and mechanically operating the safety valve. Utilizing the melting of the separator due to the temperature rise of the battery,
A method of blocking the charging current by closing the pores of the separator. By adding an organic additive having an oxidation potential that is nobler than the positive electrode potential at full charge to the electrolytic solution, when the positive electrode potential rises in an overcharged state, an oxidation reaction of the organic additive is caused to cause overcharge. Method to control the runaway reaction in the battery at the time.
【0005】ところで、二次電池の構造面での改良技術
として、近年、ガスバリア層の両面に樹脂層を設けてな
るラミネートフィルムのような軽量の外装材を用いて平
板状ケースを構成し、この中に正極及び負極を有する電
池要素を密閉するタイプの電池が、リチウム二次電池の
分野において開発されている。このような電池は、外装
材として軽量なフィルムを用いるため、従来の金属製ケ
ースを用いた電池に比べて、電池をより軽量・小型化す
ることができ、また、ケースの構成が簡易であるためコ
スト的にも有利である。By the way, as a technique for improving the structure of secondary batteries, in recent years, a flat case is constructed by using a lightweight exterior material such as a laminate film in which resin layers are provided on both sides of a gas barrier layer. Batteries of the type in which a battery element having a positive electrode and a negative electrode inside is sealed have been developed in the field of lithium secondary batteries. Since such a battery uses a lightweight film as an exterior material, the battery can be made lighter and smaller than a battery using a conventional metal case, and the case configuration is simple. Therefore, it is advantageous in terms of cost.
【0006】また、二次電池のうち、特にリチウム二次
電池の材料面の改良技術として、LiNiO2を基本組
成とする層状構造のニッケル酸リチウム等のリチウムニ
ッケル複合酸化物が、従来、リチウム二次電池の正極活
物質として使用されてきたLiCoO2に代わる高容量
の材料として注目されている。Among the secondary batteries, particularly as a technique for improving the material side of lithium secondary batteries, lithium nickel composite oxides such as lithium nickel oxide having a layered structure of LiNiO 2 as a basic composition have been conventionally used as lithium secondary batteries. It is attracting attention as a high-capacity material that replaces LiCoO 2 that has been used as a positive electrode active material for secondary batteries.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】前述の〜に挙げた
過充電時の電池の安全性を確保するための手段のうち、
安全回路による制御方法や安全弁による機械的電流遮断
方法は、電池に電子回路や安全弁を搭載する必要上、電
池コストが上昇したり、また電池の設計上の制約が生じ
たりするといった問題点がある。特に、前述のラミネー
トフィルムを用いた平板状ケースに電池要素を密閉する
タイプの電池は、ラミネートフィルムが形状可変性を有
するために、上記安全回路や安全弁が取り付けにくい構
造となっている。Among the means for ensuring the safety of the battery at the time of overcharging mentioned above,
The control method using a safety circuit and the mechanical current cutoff method using a safety valve have the problems that the cost of the battery rises and restrictions on the design of the battery occur because the electronic circuit and the safety valve must be mounted on the battery. . In particular, in the battery of the type in which the battery element is hermetically sealed in the flat plate case using the above-mentioned laminate film, the above-mentioned safety circuit and safety valve are difficult to attach because the laminate film has a variable shape.
【0008】また、前述に挙げたセパレータを溶融さ
せて充電電流を遮断する方法では、過充電時の暴走反応
が急激であるため、セパレータの溶融が間に合わず、過
充電時の安全性を十分に確保できない場合がある。また
保液性の観点から、リチウム二次電池の電解質に非流動
性電解質であるゲル電解質を用いた場合は、セパレータ
の細孔に含浸されたゲル電解質がセパレータの溶融によ
る細孔閉塞を阻害するため、充電電流の遮断が不完全に
なることがある。また、前述に挙げた有機添加剤など
の過充電防止剤を電解液に添加することによって過充電
時の電池内暴走反応を制御する方法では、通常の電池の
充放電に直接関与しない過充電防止剤を電解液に添加す
るために、過充電特性以外の電池性能に悪影響を与える
場合がある。さらに、過充電時の過充電防止剤の酸化反
応の結果ガスが発生し、この発生ガスによる使用機器の
腐食や有機ガス等の有毒ガスの漏洩等が懸念される。Further, in the above-mentioned method of melting the separator to cut off the charging current, since the runaway reaction at the time of overcharging is rapid, the melting of the separator cannot be done in time, and the safety at the time of overcharging is sufficient. In some cases, it cannot be secured. Further, from the viewpoint of liquid retention, when a gel electrolyte that is a non-fluidic electrolyte is used as the electrolyte of the lithium secondary battery, the gel electrolyte impregnated in the pores of the separator inhibits pore clogging due to melting of the separator. Therefore, the cutoff of the charging current may be incomplete. In addition, in the method of controlling the runaway reaction in the battery during overcharge by adding the overcharge inhibitor such as the organic additives mentioned above to the electrolytic solution, the overcharge prevention that is not directly involved in the charging and discharging of ordinary batteries is prevented. The addition of the agent to the electrolytic solution may adversely affect the battery performance other than the overcharge characteristics. Further, gas is generated as a result of the oxidation reaction of the overcharge inhibitor during overcharge, and there is concern that the generated gas may corrode the equipment used or leak toxic gas such as organic gas.
【0009】このように、過充電時の安全対策として、
十分に満足し得る技術は未だ提供されていない。一方、
リチウム二次電池の高容量正極活物質として注目されて
いるリチウムニッケル複合酸化物を用いたリチウム二次
電池では、正極内で粒子状態で存在するリチウムニッケ
ル複合酸化物の表面の反応性が高いことに由来して、相
対的に過充電時の安全性等が低下する傾向にある。In this way, as a safety measure during overcharge,
No fully satisfactory technology has yet been provided. on the other hand,
In a lithium secondary battery using a lithium nickel composite oxide, which is attracting attention as a high-capacity positive electrode active material for a lithium secondary battery, the surface of the lithium nickel composite oxide existing in a particle state in the positive electrode has high reactivity. As a result, there is a tendency that the safety and the like at the time of overcharge are relatively reduced.
【0010】従って、リチウムニッケル複合酸化物を正
極活物質として用いるリチウム二次電池においては、過
充電時におけるより一層確実な安全対策の開発が望まれ
る。Therefore, in a lithium secondary battery using a lithium nickel composite oxide as a positive electrode active material, it is desired to develop a more reliable safety measure during overcharge.
【0011】更には、近年、携帯電話等の人間が持ち歩
く機器の電源としてリチウム二次電池が用いられるよう
になるにつれ、より高い安全性が電池に要求されるよう
になっている。また、安全弁又は安全回路の簡略化によ
るコスト削減要求等もあり、リチウム二次電池そのもの
の本質的な安全性を向上させることが強く望まれてい
る。Furthermore, in recent years, as a lithium secondary battery has been used as a power source for devices carried by humans such as mobile phones, higher safety has been demanded of the battery. Further, there is a demand for cost reduction by simplifying a safety valve or a safety circuit, and it is strongly desired to improve the intrinsic safety of the lithium secondary battery itself.
【0012】本発明は上記従来の実状に鑑みなされたも
ので、その目的は、正極活物質としてリチウムニッケル
複合酸化物を使用したリチウム二次電池であって、過充
電に対する安全性がより向上したリチウム二次電池を提
供することにある。The present invention has been made in view of the above conventional circumstances, and an object thereof is a lithium secondary battery using a lithium nickel composite oxide as a positive electrode active material, which is further improved in safety against overcharge. It is to provide a lithium secondary battery.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために鋭意検討した結果、特定の比表面積の
リチウムニッケル複合酸化物を使用することを前提とし
て、この場合にリチウム二次電池の容量当たりの表面積
の値を所定の範囲とすることによって、過充電時の安全
性が向上することを見出し本発明を完成した。すなわち
本発明の要旨は、リチウムとニッケルとを含有するリチ
ウムニッケル複合酸化物を正極活物質としたリチウム二
次電池要素をケース内に収納してなるリチウム二次電池
において、該リチウムニッケル複合酸化物の比表面積が
0.1〜10m2/gであり、且つ、電池表面積S(c
m2)と電池容量C(mAh)との比である表面積容量
比S/Cが0.05〜5であるリチウム二次電池に存す
る。Means for Solving the Problems As a result of intensive studies for achieving the above object, the present inventors have made the assumption that a lithium nickel composite oxide having a specific specific surface area is used, and in this case, lithium The present invention has been completed by finding that the safety during overcharge is improved by setting the value of the surface area per capacity of the secondary battery within a predetermined range. That is, the gist of the present invention is a lithium secondary battery in which a lithium secondary battery element containing a lithium nickel composite oxide containing lithium and nickel as a positive electrode active material is housed in a case. Has a specific surface area of 0.1 to 10 m 2 / g, and a battery surface area S (c
m 2 ) and the battery capacity C (mAh), which is a lithium secondary battery having a surface area capacity ratio S / C of 0.05 to 5.
【0014】なお、本発明における電池表面積(S)及
び電池容量(C)は、以下に定義する通りである。The battery surface area (S) and battery capacity (C) in the present invention are as defined below.
【0015】[電池表面積(S)]電池表面積Sは、電
池要素を収納するケースの外側の表面積を意味する。即
ち、ケースとして、例えばガスバリア層と樹脂層とが積
層されたラミネートフィルムを使用する場合、当該ラミ
ネートフィルムの表面積を指し、また、ケースとして金
属ケースを使用した場合は、当該金属部分の表面積を指
す。[Battery surface area (S)] The battery surface area S means the surface area on the outside of the case that houses the battery element. That is, for example, when a laminate film in which a gas barrier layer and a resin layer are laminated is used as the case, it indicates the surface area of the laminate film, and when a metal case is used as the case, it indicates the surface area of the metal portion. .
【0016】なお、電池ケースは、その全ての部分が放
熱に寄与するとは限らず、例えば、後述する外装材の周
縁部の接合片部は放熱に寄与する度合いは小さい。しか
しながら、一般に電池においてこのような接合片部の全
表面積に占める割合は小さいことから、電池表面積Sと
して、ケースの外側全体の表面積を用いることで、過充
電時の安全性の良否の基準とすることができる。In the battery case, not all the parts thereof contribute to heat dissipation, and for example, the joining piece portion at the peripheral portion of the exterior material, which will be described later, contributes little to heat dissipation. However, in a battery, the ratio of such a joint piece to the total surface area is generally small. Therefore, the surface area of the entire outside of the case is used as the battery surface area S, which is used as a criterion for the safety during overcharge. be able to.
【0017】[電池容量(C)]電池容量は、4.2V
から3.0Vまで放電した場合に取り出しうる最大の容
量である。具体的には、4.2Vの満充電状態から10
時間で3.0Vになるような電流値で3.0Vまで放電
したときに得られる放電容量のことである。[Battery capacity (C)] Battery capacity is 4.2 V
It is the maximum capacity that can be taken out when discharged from 3 to 3.0V. Specifically, 10 from a fully charged state of 4.2V
It is the discharge capacity obtained when discharging to 3.0 V at a current value such that the time becomes 3.0 V.
【0018】なお、電池の満充電状態は、通常、4.2
Vになるまで1CmAで定電流充電を行い、次いで、1
時間における充電電流値Icの変化:dIc/dtが1
0%以内となるまで4.2Vでの定電圧充電を行って得
ることができる。前記定電圧充電についてより詳細に説
明すれば、時間(t)における充電電流がXmAの場合
に、1時間後の時間(t+1時間)における充電電流が
0.9XmAより大きくなった場合には、充電が終了す
ることになる。The full charge state of the battery is usually 4.2.
Constant current charging at 1 CmA until reaching V, then 1
Change in charging current value Ic over time: dIc / dt is 1
It can be obtained by performing constant voltage charging at 4.2V until it becomes within 0%. The constant voltage charging will be described in more detail. When the charging current at time (t) is XmA, when the charging current after 1 hour (t + 1 hour) becomes larger than 0.9XmA, charging is performed. Will end.
【0019】前述の如く、リチウムニッケル複合酸化物
は粒子状態で正極内に存在する。そして、この粒子状の
リチウムニッケル複合酸化物(本発明においては、粒子
状のリチウムニッケル複合酸化物を単にリチウムニッケ
ル複合酸化物という場合がある。)は、その粒子表面で
の反応性が高く、その結果、過充電時の安全性に問題が
あるとされてきた。従って、過充電時の安全性向上のた
めには、リチウムニッケル複合酸化物の比表面積をでき
るだけ小さくして、過充電時における反応性を抑制する
方がよいと考えられていた。一方で、リチウムニッケル
複合酸化物の比表面積を小さくすることは、高い電流値
での充放電特性(レート特性)等の電池特性を悪化させ
る傾向がある。そして、この比表面積に由来する問題
が、従来、リチウムニッケル複合酸化物を使用したリチ
ウム二次電池の実用化を妨げる原因の一つともなってい
た。As mentioned above, the lithium nickel composite oxide exists in the form of particles in the positive electrode. And, this particulate lithium-nickel composite oxide (in the present invention, the particulate lithium-nickel composite oxide may be simply referred to as lithium-nickel composite oxide) has high reactivity on the particle surface, As a result, it has been said that there is a problem in safety during overcharge. Therefore, in order to improve safety during overcharge, it has been considered that it is better to reduce the specific surface area of the lithium nickel composite oxide as much as possible to suppress the reactivity during overcharge. On the other hand, reducing the specific surface area of the lithium nickel composite oxide tends to deteriorate battery characteristics such as charge / discharge characteristics (rate characteristics) at high current values. The problem derived from the specific surface area has been one of the causes of impeding the practical use of lithium secondary batteries using a lithium nickel composite oxide.
【0020】本発明では、このようなリチウムニッケル
複合酸化物の比表面積を小さくして過充電時の反応性を
低下させようとする従来の技術思想とは全く異なる観点
から、リチウムニッケル複合酸化物の高い表面反応性を
逆に利用して、過充電時のリチウム二次電池自体の安全
性を確保する。In the present invention, the lithium nickel composite oxide is completely different from the conventional technical idea in which the specific surface area of such a lithium nickel composite oxide is reduced to lower the reactivity during overcharge. On the contrary, the high surface reactivity of is used to secure the safety of the lithium secondary battery itself during overcharge.
【0021】即ち、過充電時にリチウムニッケル複合酸
化物の表面で反応が起こった場合、リチウムニッケル複
合酸化物の表面は元の状態から変化して失活する。そし
て、このようにリチウムニッケル複合酸化物の表面が失
活すると、リチウムニッケル複合酸化物の内部に存在す
る失活していないリチウムニッケル複合酸化物の部分が
分解反応を起こさず不活性となるので、暴走反応が起こ
らなくなる。従って、リチウムニッケル複合酸化物表面
での失活に伴ってリチウムニッケル複合酸化物の表面で
の反応が抑制されると共に、前記粒子内部に存在する不
活性となるリチウムニッケル複合酸化物部分が増加する
ため、リチウム二次電池は安全な状態となる。この場合
は、失活した部分は反応性が低下し暴走反応に関与しな
いため、失活する部分が多いほど電池の安全性は高まる
ことになる。そして、リチウムニッケル複合酸化物の失
活は、粒子状のリチウムニッケル複合酸化物表面での反
応で進行することから、従来の思想とは異なり比表面積
が大きい方がリチウムニッケル複合酸化物における失活
する部分の割合が高くなるため、電池はより安全な状態
に移行しやすいことになる。That is, when a reaction occurs on the surface of the lithium-nickel composite oxide during overcharge, the surface of the lithium-nickel composite oxide changes from its original state and is deactivated. When the surface of the lithium-nickel composite oxide is deactivated in this way, the portion of the non-deactivated lithium-nickel composite oxide existing inside the lithium-nickel composite oxide becomes inactive without causing a decomposition reaction. , Runaway reaction does not occur. Therefore, the reaction on the surface of the lithium nickel composite oxide is suppressed along with the deactivation on the surface of the lithium nickel composite oxide, and the inactive lithium nickel composite oxide portion existing inside the particles increases. Therefore, the lithium secondary battery is in a safe state. In this case, the deactivated portion has a reduced reactivity and does not participate in the runaway reaction, so that the more the deactivated portion, the higher the safety of the battery. Since the deactivation of the lithium-nickel composite oxide proceeds by the reaction on the surface of the particulate lithium-nickel composite oxide, the deactivation of the lithium-nickel composite oxide with a larger specific surface area is different from the conventional idea. Since the ratio of the portion to be charged increases, the battery is likely to shift to a safer state.
【0022】しかしながら、リチウムニッケル複合酸化
物の表面での失活に伴い反応熱が発生する。このため、
この反応熱の生成速度が速くなりすぎると、上記反応熱
による電池温度の上昇が大きくなり、過充電時の暴走反
応が引き起されるようになる。本発明においては、上記
反応熱が大きくなるような場合においても、リチウム二
次電池の容量に対してリチウム二次電池全体の表面積を
相対的に大きくしているため、前記反応熱の放熱が促進
され、電池の暴走反応を抑制することができるのであ
る。However, reaction heat is generated due to deactivation of the surface of the lithium nickel composite oxide. For this reason,
If the rate of generation of this reaction heat becomes too fast, the rise in battery temperature due to the above-mentioned reaction heat will become large, causing a runaway reaction during overcharge. In the present invention, even when the reaction heat is large, the surface area of the entire lithium secondary battery is relatively large with respect to the capacity of the lithium secondary battery, so that heat dissipation of the reaction heat is promoted. Therefore, the runaway reaction of the battery can be suppressed.
【0023】即ち、本発明では、特定の比表面積を有す
るリチウムニッケル複合酸化物を用いることにより、過
充電時においてリチウムニッケル複合酸化物を積極的に
失活させてリチウム二次電池を迅速に安全な状態にしつ
つ、リチウム二次電池の容量に対する表面積の割合を規
定することによって、前記失活によって生じる反応熱を
効率よく放出して、過充電時におけるリチウム二次電池
の安全性をより確実に確保することができるのである。That is, in the present invention, by using the lithium nickel composite oxide having a specific surface area, the lithium nickel composite oxide is positively deactivated at the time of overcharge, and the lithium secondary battery is quickly and safely protected. By setting the ratio of the surface area to the capacity of the lithium secondary battery while maintaining the above state, the heat of reaction generated by the deactivation is efficiently released, and the safety of the lithium secondary battery during overcharging is further ensured. It can be secured.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】本発明のリチウム二次電池は、リ
チウムとニッケルとを含有するリチウムニッケル複合酸
化物を正極活物質としたリチウム二次電池要素をケース
内に収納してなるリチウム二次電池において、該リチウ
ムニッケル複合酸化物の比表面積が0.1〜10m2/
gであり、且つ、電池表面積S(cm2)と電池容量C
(mAh)との比である表面積容量比S/Cが0.05
〜5である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A lithium secondary battery according to the present invention is a lithium secondary battery in which a lithium secondary battery element having a lithium nickel composite oxide containing lithium and nickel as a positive electrode active material is housed in a case. In the battery, the specific surface area of the lithium nickel composite oxide is 0.1 to 10 m 2 /
g, and the battery surface area S (cm 2 ) and the battery capacity C
Surface area capacity ratio S / C, which is the ratio with (mAh), is 0.05
~ 5.
【0025】このようなリチウム二次電池とすることに
より、過充電時の温度上昇を低く保ちつつも、リチウム
ニッケル複合酸化物表面を積極的に失活させて、電池を
確実に安全な状態にすることができるようになる。By using such a lithium secondary battery, the surface of the lithium-nickel composite oxide is positively deactivated while keeping the temperature rise at the time of overcharge low, and the battery is surely brought into a safe state. You will be able to.
【0026】本発明において、リチウムニッケル複合酸
化物の比表面積が大きすぎると、電池の容量が低下す
る。また、塗料化した際の粘度上昇などにより、製造工
程に困難を来す。また、小さすぎると、レート特性、サ
イクル特性等の電池性能を低下させる傾向にある。従っ
て比表面積は、0.1m2/g以上、好ましくは0.5
m2/g以上、より好ましくは1m2/g以上であり、
一方、10m2/g以下、好ましくは5m2/g以下、
より好ましくは3m2/g以下とする。比表面積を上記
範囲とすることにより、過充電時にリチウムニッケル複
合酸化物表面での失活を積極的に起こさせつつ、電池性
能、製造時の作業性等を良好に維持することができる。
なお、比表面積の測定はBET法に従う。In the present invention, if the specific surface area of the lithium nickel composite oxide is too large, the battery capacity will decrease. In addition, the increase in viscosity when made into a coating causes difficulties in the manufacturing process. If it is too small, the battery performance such as rate characteristics and cycle characteristics tends to be deteriorated. Therefore, the specific surface area is 0.1 m 2 / g or more, preferably 0.5
m 2 / g or more, more preferably 1 m 2 / g or more,
On the other hand, 10 m 2 / g or less, preferably 5 m 2 / g or less,
It is more preferably 3 m 2 / g or less. By setting the specific surface area within the above range, it is possible to positively cause deactivation on the surface of the lithium-nickel composite oxide during overcharge, while maintaining good battery performance, workability during manufacturing, and the like.
The specific surface area is measured according to the BET method.
【0027】本発明において、正極活物質としては、リ
チウムニッケル複合酸化物を用いる。In the present invention, a lithium nickel composite oxide is used as the positive electrode active material.
【0028】リチウムニッケル複合酸化物は、少なくと
もリチウム、ニッケル、及び酸素を含有する酸化物であ
る。リチウムニッケル複合酸化物は、単位重量あたりの
電流容量が大きく、高容量化の観点から極めて有用な正
極材料である。リチウムニッケル複合酸化物としては、
α−NaCrO2構造等の層状構造を有する、LiNi
O2のようなリチウムニッケル複合酸化物が好ましい。
具体的な組成としては例えば、LiNiO2、Li2N
iO2、LiNiO4等を挙げることができ、好ましく
はLiNiO2を挙げることができる。The lithium-nickel composite oxide is an oxide containing at least lithium, nickel and oxygen. The lithium nickel composite oxide has a large current capacity per unit weight, and is a very useful positive electrode material from the viewpoint of high capacity. As the lithium nickel composite oxide,
LiNi having a layered structure such as α-NaCrO 2 structure
A lithium nickel composite oxide such as O 2 is preferred.
As a specific composition, for example, LiNiO 2 , Li 2 N
Examples thereof include iO 2 and LiNiO 4 , and preferably LiNiO 2 .
【0029】本発明に係るリチウムニッケル複合酸化物
は、リチウムサイトやニッケルサイトの一部を他の元素
で置換したものであってもよい。このような元素置換を
行うことにより、結晶構造の安定性の向上、Li拡散の
容易化などが達成され、放電特性、容量特性、高温特
性、過充電特性の向上を図ることができる。特に、リチ
ウムニッケル複合酸化物は、Niが占めるサイトの一部
をNi以外の元素で置換したものが好ましい。Niサイ
トの一部を他の元素で置換することによって、結晶構造
の安定性を向上させることができ、繰り返し充放電する
際のNi元素の一部がLiサイトに移動して発生する容
量低下が抑制されるため、サイクル特性も向上する。さ
らに、Niサイトの一部をNi以外の元素で置換するこ
とによって、電池の温度が上昇した場合のリチウムニッ
ケル複合酸化物の暴走反応も抑制され、結果として安全
性の向上につながる。The lithium-nickel composite oxide according to the present invention may have a lithium site or a part of the nickel site replaced with another element. By performing such element substitution, the stability of the crystal structure is improved, the diffusion of Li is facilitated, and the discharge characteristics, capacity characteristics, high temperature characteristics, and overcharge characteristics can be improved. In particular, the lithium nickel composite oxide is preferably one in which some of the sites occupied by Ni are replaced with an element other than Ni. By substituting a part of the Ni site with another element, the stability of the crystal structure can be improved, and a part of the Ni element moves repeatedly to the Li site during repeated charge / discharge, resulting in a capacity decrease. Since it is suppressed, the cycle characteristics are also improved. Furthermore, by substituting a part of the Ni site with an element other than Ni, the runaway reaction of the lithium-nickel composite oxide when the temperature of the battery rises is suppressed, resulting in an improvement in safety.
【0030】置換する元素(以下「置換元素」と称
す。)としては、F、P、S、Al、Ti、V、Cr、
Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、G
a、Zr等の1種又は2種以上が挙げられ、好ましくは
Al、Cr、Fe、Co、Li、Ni、Mg、Ga、更
に好ましくはCo、Alである。Ni元素の一部をC
o、Alで置換することにより、サイクル特性、安全性
の改善効果が大きくなる。無論、NiサイトやLiサイ
トは2種以上の他元素で置換されていてもよい。The elements to be substituted (hereinafter referred to as "substitution elements") are F, P, S, Al, Ti, V, Cr,
Mn, Fe, Co, Li, Ni, Cu, Zn, Mg, G
One or two or more of a, Zr and the like can be mentioned, preferably Al, Cr, Fe, Co, Li, Ni, Mg and Ga, and more preferably Co and Al. Part of Ni element is C
By substituting with o or Al, the effect of improving cycle characteristics and safety becomes large. Of course, the Ni site and the Li site may be substituted with two or more other elements.
【0031】置換元素による置換割合は、通常、ベース
となる元素の2.5モル%以上、好ましくは5モル%以
上であり、通常ベースとなる元素の50モル%以下、好
ましくは30モル%以下、さらに好ましくは20モル%
以下である。この置換割合が少なすぎるとサイクル特性
等の特性の改善効果が十分ではない場合があり、多すぎ
ると電池容量が低下する場合がある。The substitution ratio by the substituting element is usually 2.5 mol% or more, preferably 5 mol% or more of the base element, and usually 50 mol% or less, preferably 30 mol% or less of the base element. , And more preferably 20 mol%
It is the following. If this substitution ratio is too small, the effect of improving the characteristics such as cycle characteristics may not be sufficient, and if it is too large, the battery capacity may decrease.
【0032】尚、リチウムニッケル複合酸化物は、少量
の酸素欠損、不定比性を持っていてもよい。また、酸素
サイトの一部が硫黄やハロゲン元素で置換されていても
よい。The lithium-nickel composite oxide may have a small amount of oxygen deficiency and nonstoichiometry. Further, part of the oxygen site may be replaced with sulfur or a halogen element.
【0033】本発明において、特に好ましいリチウムニ
ッケル複合酸化物は、一般式LiαNiXCoYAlZ
O2で表される。つまり、Niサイトの一部をCo及び
/又はAlで置換するようなリチウムニッケル複合酸化
物が特に好ましい。Niサイトの一部をCoで置換する
と結晶構造が安定化し、その結果、サイクル特性を向上
させることができる。また、製造上の管理が容易になる
という利点もある。また、Niサイトの一部をAlで置
換すると、Coで置換する場合と同様に結晶構造が安定
化する。Alで置換することにより、結晶構造の安定化
効果はCoより高くなるものの、容量低下の度合いは大
きくなる。一般式LiαNiXCoYAlZにおける
α、X、Y、Zについての通常の範囲、好ましい範囲、
更に好ましい範囲は以下の通りである(ただし、X+Y
+Zは0.9〜1.1、好ましくは1である。)。In the present invention, a particularly preferable lithium nickel composite oxide is represented by the general formula Li α Ni X Co Y Al Z.
It is represented by O 2 . That is, a lithium nickel composite oxide in which a part of the Ni site is replaced with Co and / or Al is particularly preferable. When a part of the Ni site is replaced with Co, the crystal structure is stabilized, and as a result, cycle characteristics can be improved. There is also an advantage that manufacturing control becomes easy. Further, when a part of the Ni site is replaced with Al, the crystal structure is stabilized as in the case where Co is replaced with Co. By substituting with Al, the effect of stabilizing the crystal structure becomes higher than that of Co, but the degree of capacity decrease becomes large. Formula Li α Ni X Co Y Al Z in alpha, X, Y, normal range for Z, preferred range,
More preferable ranges are as follows (provided that X + Y
+ Z is 0.9 to 1.1, preferably 1. ).
【0034】[0034]
【表1】 [Table 1]
【0035】また、リチウムニッケル複合酸化物の平均
2次粒径は、通常0.1μm以上、好ましくは0.2μ
m以上、さらに好ましくは0.3μm以上、最も好まし
くは0.5μm以上であり、通常300μm以下、好ま
しくは100μm以下、さらに好ましくは50μm以
下、最も好ましくは20μm以下である。この平均粒径
が小さすぎると電池のサイクル劣化が大きくなる場合が
あり、大きすぎると電池の内部抵抗が大きくなり、出力
が出にくくなる場合がある。The average secondary particle size of the lithium nickel composite oxide is usually 0.1 μm or more, preferably 0.2 μm.
m or more, more preferably 0.3 μm or more, most preferably 0.5 μm or more, usually 300 μm or less, preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less, most preferably 20 μm or less. If this average particle size is too small, the cycle deterioration of the battery may become large, and if it is too large, the internal resistance of the battery may become large, and it may be difficult to output power.
【0036】本発明において、正極活物質としては、こ
のようなリチウムニッケル複合酸化物と共に他の正極活
物質を併用してもよい。併用の方法としては独立粒子の
混合、凝集粒子内での共存、一方をコアとし、他方を被
膜とする多層構造粒子などがある。このうち、独立粒子
の混合、多層構造粒子が特に好ましい。混合比率として
は、容量の観点から、リチウムニッケル複合酸化物の割
合が正極活物質全体の50重量%以上となるようにする
ことが好ましい。In the present invention, as the positive electrode active material, other positive electrode active material may be used in combination with such a lithium nickel composite oxide. Examples of the combination method include mixing of independent particles, coexistence in agglomerated particles, and multi-layered particles having one core as a core and the other as a coating. Among these, a mixture of independent particles and a multilayer structure particle are particularly preferable. From the viewpoint of capacity, the mixing ratio is preferably such that the proportion of the lithium nickel composite oxide is 50% by weight or more of the whole positive electrode active material.
【0037】リチウムニッケル複合酸化物と併用する正
極活物質としては、遷移金属酸化物、リチウムニッケル
複合酸化物以外のリチウムと遷移金属との複合酸化物、
遷移金属硫化物等各種の無機化合物が挙げられる。ここ
で遷移金属としては、Fe、Co、Ni、Mn等が用い
られる。遷移金属酸化物としては、具体的には、Mn
O、V2 O5 、V6 O13、TiO2 等の粉末を挙げるこ
とができる。また、リチウムニッケル複合酸化物以外の
リチウムと遷移金属との複合酸化物としては、具体的に
は、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムマンガン複
合酸化物等の粉末を挙げることができる。さらに、遷移
金属硫化物としては、具体的には、TiS 2 、FeS、
MoS2 等の粉末を挙げることができる。これらの化合
物はその特性を向上させるために部分的に元素置換した
ものであっても良い。また、ポリアニリン、ポリピロー
ル、ポリアセン、ジスルフィド系化合物、ポリスルフィ
ド系化合物、N−フルオロピリジニウム塩等の有機化合
物を用いることもできる。これらの無機化合物、有機化
合物を混合して用いても良い。Positive used in combination with lithium nickel composite oxide
As the active material, transition metal oxide, lithium nickel
Complex oxides of lithium and transition metals other than complex oxides,
Examples include various inorganic compounds such as transition metal sulfides. here
As the transition metal, Fe, Co, Ni, Mn, etc. are used.
To be As the transition metal oxide, specifically, Mn
O, V2 OFive , V6 O13, TiO2 Such as powder
You can In addition, other than lithium nickel composite oxide
As the composite oxide of lithium and transition metal,
Is a lithium cobalt composite oxide, lithium manganese composite oxide
Powders such as compound oxides can be mentioned. Furthermore, the transition
As the metal sulfide, specifically, TiS 2 , FeS,
MoS2 And the like. A combination of these
The material was partially elementally substituted to improve its properties.
It may be one. In addition, polyaniline, poly pillow
, Polyacene, disulfide compounds, polysulfi
Organic compounds such as dope compounds and N-fluoropyridinium salts
It is also possible to use a thing. These inorganic compounds, organized
You may mix and use a compound.
【0038】リチウムニッケル複合酸化物と併用する上
記正極活物質の粒径は、通常1〜30μm、好ましくは
1〜10μmとする。粒径が大きすぎても小さすぎて
も、レート特性、サイクル特性等の電池特性が低下する
傾向にある。The particle size of the positive electrode active material used in combination with the lithium nickel composite oxide is usually 1 to 30 μm, preferably 1 to 10 μm. If the particle size is too large or too small, battery characteristics such as rate characteristics and cycle characteristics tend to deteriorate.
【0039】これら正極活物質のうち、好ましいのは、
リチウムニッケル複合酸化物以外のリチウムと遷移金属
との複合酸化物であり、具体的には、LiCoO2等の
リチウムコバルト複合酸化物、LiMn2O4等のリチ
ウムマンガン複合酸化物である。Of these positive electrode active materials, the preferred one is
It is a composite oxide of lithium and a transition metal other than the lithium nickel composite oxide, and specifically, a lithium cobalt composite oxide such as LiCoO 2 or a lithium manganese composite oxide such as LiMn 2 O 4 .
【0040】より好ましいのは、リチウムニッケル複合
酸化物と併用する正極活物質として、リチウムコバルト
複合酸化物を用いることである。リチウムコバルト複合
酸化物は、容量はリチウムニッケル複合酸化物と比較し
て劣るものの安全性の高い材料であるため、リチウムニ
ッケル複合酸化物と併用することにより、電池容量と過
充電時の安全性とのバランスを良好に保つことができる
ようになる。It is more preferable to use a lithium cobalt composite oxide as the positive electrode active material used together with the lithium nickel composite oxide. Lithium-cobalt composite oxide is a highly safe material, although its capacity is inferior to that of lithium-nickel composite oxide. Therefore, by using it together with lithium-nickel composite oxide, the battery capacity and safety during overcharge can be improved. You will be able to maintain a good balance.
【0041】リチウムコバルト複合酸化物は、放電曲線
が平坦であるためレート特性に優れる有用な正極活物質
である。リチウムコバルト複合酸化物としては、例え
ば、層状構造を有するLiCoO2等を挙げることがで
きる。また、リチウムコバルト複合酸化物は、Coが占
めるサイトの一部をCo以外の元素で置換したものであ
ってもよい。Coサイトを他元素で置換することによ
り、電池のサイクル特性・レート特性が向上する場合が
ある。Coが占めるサイトの一部をCo以外の元素で置
換する際の、置換元素としては、Al、Ti、V、C
r、Mn、Fe、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、G
a、Zr、Sn、Sb、Ge等が挙げられ、好ましくは
Al、Cr、Fe、Li、Ni、Mg、Ga、Zr、S
n、Sb、Ge、更に好ましくはAl、Mg、Zr、S
nである。なお、Coサイトは2種以上の他元素で置換
されていてもよい。The lithium-cobalt composite oxide is a useful positive electrode active material excellent in rate characteristics because it has a flat discharge curve. Examples of the lithium-cobalt composite oxide include LiCoO 2 having a layered structure. The lithium-cobalt composite oxide may be one in which some of the sites occupied by Co are replaced with an element other than Co. By substituting the Co site with another element, the cycle characteristics and rate characteristics of the battery may be improved. When substituting part of the site occupied by Co with an element other than Co, the substituting elements include Al, Ti, V, and C.
r, Mn, Fe, Li, Ni, Cu, Zn, Mg, G
a, Zr, Sn, Sb, Ge and the like, and preferably Al, Cr, Fe, Li, Ni, Mg, Ga, Zr, S.
n, Sb, Ge, more preferably Al, Mg, Zr, S
n. The Co site may be substituted with two or more other elements.
【0042】置換元素によりCoサイトを置換する場
合、その割合は通常Co元素の0.03モル%以上、好
ましくは0.05モル%以上であり、通常Co元素の3
0モル%以下、好ましくは20モル%以下である。置換
割合が少なすぎると結晶構造の安定性向上が充分ではな
い場合があり、多すぎると電池にした場合の容量が低下
してしまう場合がある。When substituting the Co site with the substituting element, the proportion thereof is usually 0.03 mol% or more, preferably 0.05 mol% or more of the Co element, and usually 3% of the Co element.
It is 0 mol% or less, preferably 20 mol% or less. If the substitution ratio is too small, the stability of the crystal structure may not be sufficiently improved, and if it is too large, the capacity of the battery may decrease.
【0043】リチウムコバルト複合酸化物は、通常、充
電前の基本的な組成としてLiCoO2で表されるが、
前記したようにCoサイトの一部を他の元素で置換して
もよい。また、上記組成式において、少量の酸素欠損、
不定性があっても良く、酸素サイトの一部が硫黄やハロ
ゲン元素で置換されていてもよい。さらには、上記組成
式において、リチウム量を過剰又は不足にしたりするこ
とができる。The lithium-cobalt composite oxide is usually represented by LiCoO 2 as a basic composition before charging,
As described above, part of the Co site may be replaced with another element. In the above composition formula, a small amount of oxygen deficiency,
It may have indefiniteness, and a part of the oxygen site may be replaced with sulfur or a halogen element. Furthermore, in the above composition formula, the amount of lithium can be made excessive or insufficient.
【0044】リチウムコバルト複合酸化物の比表面積
は、通常0.01m2/g以上、好ましくは0.1m2
/g以上、より好ましくは0.4m2/g以上であり、
また通常10m2/g以下、好ましくは5.0m2/g
以下、より好ましくは2.0m 2/g以下である。比表
面積が小さすぎるとレート特性の低下を招き、場合によ
っては容量の低下をも招き、大きすぎると電解液等と好
ましくない反応を引き起こし、サイクル特性を低下させ
ることがある。比表面積の測定はBET法に従う。Specific surface area of lithium cobalt composite oxide
Is usually 0.01 mTwo/ G or more, preferably 0.1 mTwo
/ G or more, more preferably 0.4 mTwo/ G or more,
Also usually 10mTwo/ G or less, preferably 5.0 mTwo/ G
Below, more preferably 2.0 m Two/ G or less. Ratio table
If the area is too small, the rate characteristics will deteriorate, and in some cases
May lead to a decrease in capacity, and if it is too large, it may be
It causes unfavorable reactions and deteriorates cycle characteristics.
Sometimes. The specific surface area is measured according to the BET method.
【0045】リチウムコバルト複合酸化物の平均粒径
は、通常0.1μm以上、好ましくは0.2μm以上、
さらに好ましくは0.3μm以上、最も好ましくは0.
5μm以上であり、通常300μm以下、好ましくは1
00μm以下、さらに好ましくは50μm以下、最も好
ましくは20μm以下である。平均粒径が小さすぎると
電池のサイクル劣化が大きくなったり、安全性に問題が
生じたりする場合があり、大きすぎると電池の内部抵抗
が大きくなり、出力が出にくくなる場合がある。The average particle size of the lithium cobalt composite oxide is usually 0.1 μm or more, preferably 0.2 μm or more,
More preferably 0.3 μm or more, most preferably 0.
5 μm or more, usually 300 μm or less, preferably 1
The thickness is 00 μm or less, more preferably 50 μm or less, and most preferably 20 μm or less. If the average particle size is too small, the cycle deterioration of the battery may be large, or a safety problem may occur. If the average particle size is too large, the internal resistance of the battery may be large and the output may be difficult to output.
【0046】正極活物質以外の正極を構成する材料及び
リチウム二次電池を構成するその他の材料については後
述する。Materials other than the positive electrode active material that form the positive electrode and other materials that form the lithium secondary battery will be described later.
【0047】本発明においては、リチウム二次電池の電
池表面積Sと電池容量Cとの比S/Cを所定の範囲に制
御する。すなわち、S/Cが小さすぎると、リチウムニ
ッケル複合酸化物表面の失活に伴う反応熱の発生に対し
て十分な放熱量が得られず過充電時の安全性が低下す
る。一方、S/Cが大きすぎると、電池のエネルギー密
度容量が低下する。従って、表面積容量比S/Cは、
0.05以上、好ましくは0.1以上、特に好ましくは
0.2以上、一方、5以下、好ましくは2以下、より好
ましくは1.7以下、特に好ましくは1以下、最も好ま
しくは0.85以下とする。表面積容量比S/Cを上記
範囲に制御すれば、電池のエネルギー密度容量を低下さ
せることなく、過充電時の安全性を確保することができ
る。In the present invention, the ratio S / C between the battery surface area S and the battery capacity C of the lithium secondary battery is controlled within a predetermined range. That is, if the S / C is too small, a sufficient amount of heat cannot be obtained with respect to the generation of reaction heat due to the deactivation of the surface of the lithium nickel composite oxide, and the safety at the time of overcharging is reduced. On the other hand, if the S / C is too large, the energy density capacity of the battery decreases. Therefore, the surface area capacity ratio S / C is
0.05 or more, preferably 0.1 or more, particularly preferably 0.2 or more, while 5 or less, preferably 2 or less, more preferably 1.7 or less, particularly preferably 1 or less, most preferably 0.85. Below. If the surface area capacity ratio S / C is controlled within the above range, the safety at the time of overcharging can be ensured without lowering the energy density capacity of the battery.
【0048】本発明のリチウム二次電池の電池容量C
は、通常1mAh以上、好ましくは、10mAh以上、
一方、通常10Ah以下、好ましくは2000mAh以
下、より好ましくは1200mAh以下、さらに好まし
くは1000mAh以下、特に好ましくは500mAh
以下である。電池容量Cが小さ過ぎると、リチウム二次
電池としての実使用上の使い勝手が悪くなる。一方、電
池容量Cが大き過ぎると、電極のばらつき等の影響で電
流が偏在した場合、場合によっては過充電を抑制しきれ
なくなる可能性がある。また容量が大きい場合は、容量
が大きい分暴走に至った場合の危険度(例えば、爆発や
発火の度合い)が大きくなる。ただし、基本的には電池
容量Cには特に制限はなく、電池容量Cが大きい場合で
も電池表面積Sを大きくすることにより、十分に過充電
時の安全性を確保することができる。即ち、本発明で
は、電池容量Cに対する放熱に寄与する電池表面積Sの
割合を特定するため、どのような電池容量Cのリチウム
二次電池にも有効である。Battery capacity C of the lithium secondary battery of the present invention
Is usually 1 mAh or more, preferably 10 mAh or more,
On the other hand, it is usually 10 Ah or less, preferably 2000 mAh or less, more preferably 1200 mAh or less, further preferably 1000 mAh or less, particularly preferably 500 mAh.
It is the following. If the battery capacity C is too small, the usability of the lithium secondary battery in actual use becomes poor. On the other hand, if the battery capacity C is too large, overcharging may not be able to be suppressed depending on the case when the current is unevenly distributed due to the influence of electrode variations and the like. Further, when the capacity is large, the degree of danger (for example, the degree of explosion or ignition) in the event of a runaway increases due to the large capacity. However, basically, there is no particular limitation on the battery capacity C, and even when the battery capacity C is large, the safety at the time of overcharging can be sufficiently ensured by increasing the battery surface area S. That is, in the present invention, since the ratio of the battery surface area S that contributes to heat dissipation with respect to the battery capacity C is specified, it is effective for a lithium secondary battery of any battery capacity C.
【0049】本発明のリチウム二次電池において特に好
ましいのは、リチウム二次電池が、安全性が特に重視さ
れる携帯用の電気機器に用いるのに適した電池容量Cを
有することである。Particularly preferable in the lithium secondary battery of the present invention is that the lithium secondary battery has a battery capacity C suitable for use in a portable electric device in which safety is particularly important.
【0050】本発明のリチウム二次電池の電池表面積S
は、リチウム二次電池の電池容量Cに対して、所定の表
面積容量比S/Cの範囲内となるように設定される。電
池表面積Sは、通常1cm2以上、好ましくは10cm
2以上、一方、通常10000cm2以下、好ましくは
1000cm2以下、より好ましくは200cm2以
下、さらに好ましくは100cm2以下、特に好ましく
は60cm2以下である。電池表面積Sを上記範囲内に
すれば、実用上放熱を十分確保することができるので好
ましい。Battery surface area S of the lithium secondary battery of the present invention
Is set within a range of a predetermined surface area capacity ratio S / C with respect to the battery capacity C of the lithium secondary battery. The battery surface area S is usually 1 cm 2 or more, preferably 10 cm
2 or more, whereas generally 10000 cm 2 or less, preferably 1000 cm 2 or less, more preferably 200 cm 2 or less, more preferably 100 cm 2 or less, particularly preferably 60cm 2 or less. When the battery surface area S is within the above range, heat dissipation can be sufficiently ensured in practical use, which is preferable.
【0051】次に、本発明のリチウム二次電池の好まし
い実施態様を用いながら、上記正極活物質以外の正極を
構成する材料及びリチウム二次電池を構成するその他の
材料について説明する。Next, the materials constituting the positive electrode other than the positive electrode active material and the other materials constituting the lithium secondary battery will be described using the preferred embodiment of the lithium secondary battery of the present invention.
【0052】まず、本発明のリチウム二次電池の具体的
な構成について、図1〜5を参照して説明する。First, a specific structure of the lithium secondary battery of the present invention will be described with reference to FIGS.
【0053】図1は実施の形態に係る電池の分解斜視
図、図2はこの電池の要部の断面図、図3は電池要素の
概略的な斜視図、図4,5は電池の斜視図である。な
お、説明の便宜上、図1に記載の電池を上下逆向きにし
て図4及び図5に示す。FIG. 1 is an exploded perspective view of a battery according to an embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of this battery, FIG. 3 is a schematic perspective view of a battery element, and FIGS. 4 and 5 are perspective views of the battery. Is. For convenience of explanation, the battery shown in FIG. 1 is shown upside down in FIGS. 4 and 5.
【0054】リチウム二次電池は、リチウム二次電池要
素(本明細書では、単に「電池要素」と称す場合があ
る。)1を外装材3の凹部(収容部3b)に収容した
後、外装材2を外装材3に被せ、真空封止により外装材
2,3の周縁部2a,3aを接合したものである。前記
外装材2と外装材3とを接合したものが、電池要素1を
収納するケースとなる。The lithium secondary battery has a lithium secondary battery element (which may be simply referred to as a “battery element” in this specification) 1 accommodated in a recess (accommodation portion 3b) of the exterior material 3 and then the exterior. The exterior material 3 is covered with the material 2, and the peripheral portions 2a and 3a of the exterior materials 2 and 3 are joined by vacuum sealing. A case in which the exterior material 2 and the exterior material 3 are joined together forms a case for housing the battery element 1.
【0055】図1の通り、外装材2は平板状である。外
装材3は方形箱状の凹部よりなる収容部3bと、この収
容部3bの4周縁からフランジ状に外方に張り出す周縁
部3aとを有した浅い無蓋箱状のものである。As shown in FIG. 1, the exterior material 2 has a flat plate shape. The exterior material 3 is a shallow lidless box shape having a housing portion 3b formed of a rectangular box-shaped recess and a peripheral edge portion 3a protruding outward in a flange shape from four peripheral edges of the housing portion 3b.
【0056】図3の通り、電池要素1は、複数の単位電
池要素を積層したものである。この単位電池要素から
は、タブ4a又は4bが引き出されている。正極からの
各タブ4a同士は束ねられて(即ち、相互に重ね合わさ
れ)、正極リード21が接合されて正極端子部が形成さ
れている。負極からのタブ4b同士も束ねられ、負極リ
ード21が接合されて負極端子部が形成されている。As shown in FIG. 3, the battery element 1 is a stack of a plurality of unit battery elements. The tab 4a or 4b is pulled out from this unit battery element. The tabs 4a from the positive electrode are bundled (that is, superposed on each other), and the positive electrode lead 21 is joined to form a positive electrode terminal portion. The tabs 4b from the negative electrode are also bundled, and the negative electrode lead 21 is joined to form the negative electrode terminal portion.
【0057】外装材3の収容部3b内に電池要素1が収
容され、外装材2が被せられる。電池要素1から延出し
た1対のリード21は、それぞれ外装材2,3の1辺部
の周縁部2a,3a同士の合わせ面を通って外部に引き
出される。その後、減圧(好ましくは真空)雰囲気下で
外装材2,3の4周縁の周縁部2a,3a同士が熱圧着
などの手法によって気密に接合され、電池要素1が外装
材2,3内に封入される。The battery element 1 is accommodated in the accommodating portion 3b of the exterior material 3, and the exterior material 2 is covered. The pair of leads 21 extending from the battery element 1 are drawn to the outside through the mating surfaces of the peripheral portions 2a and 3a of one side of the exterior materials 2 and 3, respectively. After that, in a reduced pressure (preferably vacuum) atmosphere, the four peripheral edges 2a, 3a of the outer packaging materials 2, 3 are airtightly joined together by a method such as thermocompression bonding, and the battery element 1 is enclosed in the outer packaging materials 2, 3. To be done.
【0058】周縁部2a,3a同士が接合されることに
より、外装材2,3からなるケースが構成される。図4
に示す通り、このケースは、側壁部4B1、上底部4B
2及び下底部(図示せず)によって電池要素1を被包し
てなる略直方体状の被包部4Bと、前記外装材の周縁部
2a,3a同士が接合されてなる接合片部4A,4A,
4F,4Gとを有している。By joining the peripheral edge portions 2a and 3a to each other, a case composed of the exterior materials 2 and 3 is formed. Figure 4
As shown in FIG. 3, this case has a side wall portion 4B 1 and an upper bottom portion 4B.
2 and a lower bottom portion (not shown) that encloses the battery element 1 and has a substantially rectangular parallelepiped encapsulation portion 4B, and joining piece portions 4A and 4A in which the peripheral portions 2a and 3a of the exterior material are joined together. ,
It has 4F and 4G.
【0059】図4に記載の状態においては、上記接合片
部4A,4A,4F,4Gは、電池要素1を被包してい
る被包部4Bの側壁部4B1から外方に張り出してい
る。そこで、図5に示すように、これらの接合片部のう
ち、接合片部4A,4A,4Gを被包部4Bの側壁部4
B1に沿うように折曲し、接着剤や接着テープ(図示
略)等によって被包部4Bの側壁部4B1に留め付けて
固定する。In the state shown in FIG. 4, the joining piece portions 4A, 4A, 4F and 4G project outward from the side wall portion 4B 1 of the encapsulating portion 4B enclosing the battery element 1. . Therefore, as shown in FIG. 5, among these joining piece portions, the joining piece portions 4A, 4A, and 4G are the side wall portions 4 of the encapsulating portion 4B.
Bent along the B 1, and fixed fastened to the side wall portion 4B 1 of the encapsulated portion 4B by an adhesive or an adhesive tape (not shown) or the like.
【0060】なお、本発明において、この接合片部4
A,4A,4F,4Gが電池表面積Sに占める割合は、
通常1%以上で50%以下、好ましくは30%以下、更
に好ましくは15%以下とする。この割合が大きすぎる
と電池の容量が低下する傾向にあり、また小さすぎると
ケース内部にガスが侵入したりケースの密閉性が低下し
たりすることがある。In the present invention, the joining piece portion 4
The ratio of A, 4A, 4F, 4G in the battery surface area S is
It is usually 1% or more and 50% or less, preferably 30% or less, and more preferably 15% or less. If this ratio is too large, the capacity of the battery tends to decrease, and if it is too small, gas may penetrate into the case and the hermeticity of the case may deteriorate.
【0061】図1では、外装材2,3が別体となってい
るが、本発明では、図6のように外装材2,3が一連一
体となっていても良い。図6では、外装材3の一辺と外
装材2の一辺とが連なり、外装材2が外装材3に対し屈
曲可能に連なる蓋状となっている。この外装材2,3が
連なる一辺から、収容部3bの凹部が形成されており、
この一辺においては接合片部が形成されていない以外は
接合片部と同一の構成のものとなる。そして、この外装
材2、3を接合したものが、電池要素1を収納するケー
スとなる。In FIG. 1, the exterior materials 2 and 3 are separate bodies, but in the present invention, the exterior materials 2 and 3 may be integrally formed as shown in FIG. In FIG. 6, one side of the exterior material 3 and one side of the exterior material 2 are connected to each other, and the exterior material 2 has a lid shape that is connected to the exterior material 3 in a bendable manner. The concave portion of the housing portion 3b is formed from one side where the exterior materials 2 and 3 are continuous,
This one side has the same structure as the joining piece portion except that the joining piece portion is not formed. And what joined these exterior materials 2 and 3 becomes a case which stores battery element 1.
【0062】図1,図6では、収容部3bを有した外装
材3と平板状の外装材2とが示されているが、本発明で
は図7のように、それぞれ浅箱状の収容部6b、7b
と、該収容部6b、7bの4周縁から張り出す周縁部6
a,7aとを有した外装材6,7によって電池要素1を
被包してもよい。図7では、外装材6,7が一連一体と
なっているが、前記図1と同様にこれらは別体となって
いてもよい。そして、この外装材6、7を接合したもの
が、電池要素1を収納するケースとなる。1 and 6, the exterior material 3 having the accommodation portion 3b and the flat exterior material 2 are shown, but in the present invention, as shown in FIG. 7, each is a shallow box-shaped accommodation portion. 6b, 7b
And the peripheral edge portion 6 protruding from the four peripheral edges of the accommodating portions 6b and 7b.
The battery element 1 may be encapsulated by the exterior materials 6 and 7 having a and 7a. In FIG. 7, the exterior materials 6 and 7 are integrally formed, but they may be separate bodies as in the case of FIG. And what joined these exterior materials 6 and 7 becomes a case which stores battery element 1.
【0063】本発明では、図8のように2枚の平たいシ
ート状の外装材8Aと8Bとの間に電池要素1を介在さ
せ、図9の如く、外装材8Aの周縁部8aと外装材8B
の周縁部8bとを接合して電池要素1を封入してもよ
い。この場合、この外装材8Aと外装材8Bとを接合し
たものが、電池要素1を収納するケースとなる。In the present invention, as shown in FIG. 8, the battery element 1 is interposed between the two flat sheet-like exterior materials 8A and 8B, and the peripheral edge portion 8a of the exterior material 8A and the exterior material are arranged as shown in FIG. 8B
The battery element 1 may be enclosed by joining it to the peripheral edge portion 8b. In this case, a case in which the exterior material 8A and the exterior material 8B are joined together becomes a case for housing the battery element 1.
【0064】なお、図5に示すように、この実施の形態
にあっては、折曲された接合片部を被包部に沿わせ、接
着剤や接着テープで固定しているため、電池の側面の強
度、剛性が高い。もちろん、折曲された接合片部が被包
部から離反することも防止される。また、電池の側面の
強度、剛性が高いので、側面に衝撃を受けた場合でも、
活物質に剥れが生じることが防止される。As shown in FIG. 5, in this embodiment, since the bent joint piece portion is arranged along the encapsulation portion and fixed with an adhesive or an adhesive tape, the battery High side strength and rigidity. Of course, it is also prevented that the bent joint piece part separates from the envelope part. Also, since the side surface of the battery has high strength and rigidity, even if a side surface is impacted,
Peeling of the active material is prevented.
【0065】本発明の電池はまた、図10に示す如く、
1枚の長尺シート状の外装材9を電池要素の周囲を巻回
するようにリード21を引き出した状態で被包し、外装
材9の両端9Aと9Bを重ね合わせて折り返し、この折
り返し部9Cを接着剤や接着テープで固定しても良い。
そして、折り返し部9Cを固定することにより、外装材
9からなるケースが形成される。The battery of the present invention also has a structure as shown in FIG.
One long sheet-shaped exterior material 9 is wrapped with the leads 21 being drawn out so as to be wound around the battery element, and both ends 9A and 9B of the exterior material 9 are overlapped and folded back. 9C may be fixed with an adhesive or an adhesive tape.
Then, by fixing the folded-back portion 9C, a case made of the exterior material 9 is formed.
【0066】上記いずれの電池においても、ケースに用
いる外装材として、ガスバリア層と樹脂層とが接着剤層
を介さずに直接積層されたラミネートフィルムを用いる
ことにより、高い水分透過防止効果を得ることができ、
内部の非水系電池要素の電池性能を長期に亘り安定に維
持することができる。In any of the batteries described above, a high moisture permeation-preventing effect can be obtained by using a laminated film in which a gas barrier layer and a resin layer are directly laminated without an adhesive layer as an exterior material used for a case. Can
The battery performance of the internal non-aqueous battery element can be stably maintained for a long period of time.
【0067】なお、いずれの構成においても、電池ケー
スの接合片や折り返し部の面積の割合は、前述の理由か
ら、電池表面積Sに対して、通常1%以上で50%以
下、好ましくは30%以下、更に好ましくは20%以
下、特に好ましくは15%以下とする。なお、以下にお
いて、電池表面積Sに対するケースの接合片の面積割合
を「接合片面積割合」と称す場合がある。In any structure, the ratio of the area of the joining piece or the folded portion of the battery case is usually 1% or more and 50% or less, preferably 30%, with respect to the battery surface area S for the above-mentioned reason. It is preferably 20% or less, more preferably 20% or less, and particularly preferably 15% or less. In addition, below, the area ratio of the joining piece of a case with respect to the battery surface area S may be called "joining piece area ratio."
【0068】次に、リチウム二次電池要素の構成につい
て、図11〜13を参照して説明する。Next, the structure of the lithium secondary battery element will be described with reference to FIGS.
【0069】図11は、このリチウム二次電池要素の単
位電池要素の好適な一例を示すものである。この単位電
池要素は、正極集電体22、正極活物質層23、スペー
サ(電解質層)24、負極活物質層25、負極集電体2
6を積層したものである。FIG. 11 shows a preferred example of the unit battery element of this lithium secondary battery element. This unit cell element includes a positive electrode current collector 22, a positive electrode active material layer 23, a spacer (electrolyte layer) 24, a negative electrode active material layer 25, and a negative electrode current collector 2.
6 is laminated.
【0070】本発明の好ましい実施態様においては、図
11に表される単位電池要素を複数個積層してリチウム
二次電池要素とするのであるが、この積層に際しては、
正極を上側とし負極を下側とした順姿勢(図11)の単
位電池要素と、これとは逆に正極を下側とし負極を上側
とした逆姿勢(図示略)の単位電池要素とを交互に積層
する。即ち、積層方向に隣り合う単位電池要素は同極同
士を(即ち、正極同士及び負極同士)が対面するように
積層される。In a preferred embodiment of the present invention, a plurality of unit battery elements shown in FIG. 11 are laminated to form a lithium secondary battery element.
Alternately, a unit cell element in a forward posture (Fig. 11) in which the positive electrode is on the upper side and a negative electrode is in the lower side and a unit cell element in a reverse posture (not shown) in which the positive electrode is on the lower side and the negative electrode is on the upper side To stack. That is, the unit battery elements adjacent in the stacking direction are stacked so that the same poles (that is, positive electrodes and negative electrodes) face each other.
【0071】この単位電池要素の正極集電体22からは
正極タブ4aが延設され、負極集電体26からは負極タ
ブ4bが延設されている。A positive electrode tab 4a extends from the positive electrode collector 22 of this unit battery element, and a negative electrode tab 4b extends from the negative electrode collector 26.
【0072】図11のように正極集電体と負極集電体と
の間に正極活物質層、スペーサ及び負極活物質層を積層
した単位電池要素の代わりに、図12に示すように、正
極集電体35a又は負極集電体35bを芯材としてその
両面に正極活物質層31a又は負極活物質層32aを積
層してなる正極31、負極32を準備し、この正極31
と負極32とを図13の如くスペーサ(電解質層)33
を介して交互に積層して単位電池要素としてもよい。こ
の場合は、1対の正極31と負極32との組み合わせ
(厳密には正極31の集電体35aの厚み方向の中心か
ら負極32の集電体35bの厚み方向の中心まで)が単
位電池要素に相当する。Instead of the unit cell element in which the positive electrode active material layer, the spacer and the negative electrode active material layer are laminated between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector as shown in FIG. 11, as shown in FIG. A positive electrode 31 and a negative electrode 32 are prepared by stacking a positive electrode active material layer 31a or a negative electrode active material layer 32a on both surfaces of the current collector 35a or the negative electrode current collector 35b as a core material.
And the negative electrode 32 as shown in FIG. 13 with a spacer (electrolyte layer) 33.
Alternatively, they may be alternately laminated to form a unit battery element. In this case, the combination of the pair of positive electrode 31 and negative electrode 32 (strictly speaking, from the center in the thickness direction of the current collector 35a of the positive electrode 31 to the center in the thickness direction of the current collector 35b of the negative electrode 32) is the unit cell element. Equivalent to.
【0073】正極集電体35a,22としては、アルミ
ニウム、ニッケル、SUS等各種の金属を使用すること
ができるが、好ましくはアルミニウムである。Various metals such as aluminum, nickel and SUS can be used as the positive electrode current collectors 35a and 22, but aluminum is preferable.
【0074】一方、負極集電体35b,26としては、
銅、ニッケル、SUS等各種の金属を使用することがで
きるが、好ましくは銅である。On the other hand, as the negative electrode current collectors 35b and 26,
Various metals such as copper, nickel and SUS can be used, but copper is preferable.
【0075】正極集電体及び負極集電体(本明細書にお
いては、「正極集電体」と「負極集電体」とを合わせて
単に「集電体」と称す場合がある。)の厚さは、それぞ
れ通常1μm以上、好ましくは3μm以上、さらに好ま
しくは5μm以上であり、また、通常30μm以下、好
ましくは25μm以下、さらに好ましくは20μm以下
である。集電体は、薄ければ薄いほど、体積エネルギー
密度及び重量エネルギー密度の観点から好ましいが、過
度に薄いと強度等の点でハンドリングが困難になりやす
い。集電体は、通常の金属箔のような板状や、パンチン
グメタルのようなメッシュ状であってよい。集電体の表
面は、必要に応じて粗面化処理しておくことができる。A positive electrode current collector and a negative electrode current collector (in this specification, the “positive electrode current collector” and the “negative electrode current collector” may be simply referred to as “current collector”). The thickness is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and is usually 30 μm or less, preferably 25 μm or less, more preferably 20 μm or less. The thinner the current collector, the more preferable from the viewpoint of volume energy density and weight energy density. However, if the current collector is too thin, handling tends to be difficult in terms of strength and the like. The current collector may have a plate shape like a normal metal foil or a mesh shape like a punching metal. The surface of the current collector can be roughened if necessary.
【0076】正極活物質層及び負極活物質層(本明細書
においては、「正極活物質層」と「負極活物質層」とを
合わせて単に「活物質層」と称す場合がある。)は、そ
れぞれ正極活物資又は負極活物質(本明細書において
は、「正極活物質」と「負極活物質」とを合わせて単に
「活物質」と称す場合がある。)を含有する。活物質層
に含有されるその他の材料としては、例えば、バインダ
ー、導電材料を挙げることができる。The positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer (in this specification, the “positive electrode active material layer” and the “negative electrode active material layer” may be simply referred to as “active material layer”). Each contains a positive electrode active material or a negative electrode active material (in this specification, the “positive electrode active material” and the “negative electrode active material” may be simply referred to as “active material”). Examples of other materials contained in the active material layer include a binder and a conductive material.
【0077】正極活物質については、上述の通りであ
る。The positive electrode active material is as described above.
【0078】負極に使用できる活物質としては、リチウ
ム金属の外、リチウムを吸蔵放出可能な各種の化合物を
使用することができる。具体的には、リチウム金属;リ
チウム−アルミニウム合金、リチウム−ビスマス−カド
ミウム合金、リチウム−スズ−カドミウム合金等のリチ
ウム合金;グラファイト、コークス等の炭素材料等を挙
げることができる。また、珪素、スズ、亜鉛、マンガ
ン、鉄、ニッケル等の酸化物や硫酸鉛を使用することも
できる。リチウム金属やリチウム合金を用いると、充電
の際にデンドライトが生成しやすく特に過充電時の安全
性が低下する傾向にあるため、グラファイトやコークス
等の炭素材料が好ましい。負極活物質の平均粒径は、初
期効率、レート特性、サイクル特性等の電池特性の点
で、通常1〜50μm、好ましくは15〜30μmであ
る。As the active material that can be used for the negative electrode, in addition to lithium metal, various compounds capable of inserting and extracting lithium can be used. Specific examples include lithium metal; lithium alloys such as lithium-aluminum alloys, lithium-bismuth-cadmium alloys and lithium-tin-cadmium alloys; carbon materials such as graphite and coke. Further, oxides of silicon, tin, zinc, manganese, iron, nickel and the like, and lead sulfate can also be used. When a lithium metal or a lithium alloy is used, dendrites are likely to be generated during charging and the safety particularly during overcharging tends to be lowered, and therefore carbon materials such as graphite and coke are preferable. The average particle size of the negative electrode active material is usually 1 to 50 μm, preferably 15 to 30 μm in terms of battery characteristics such as initial efficiency, rate characteristics and cycle characteristics.
【0079】これらの正極活物質及び負極活物質を集電
体上に結着させるために、バインダーを使用することが
好ましい。使用するバインダーとしては、電解液等に対
して安定である必要があり、耐侯性、耐薬品性、耐熱
性、難燃性等が望まれる。バインダーとしてはシリケー
ト、ガラスのような無機化合物や、主として高分子から
なる各種の樹脂が使用できる。樹脂としては、例えば、
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−1,1−ジメチ
ルエチレンなどのアルカン系ポリマー;ポリブタジエ
ン、ポリイソプレンなどの不飽和系ポリマー;ポリスチ
レン、ポリメチルスチレン、ポリビニルピリジン、ポリ
−N−ビニルピロリドンなどの環を有するポリマー;ポ
リメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリ
メタクリル酸ブチル、ポリアクリル酸メチル、ポリアク
リル酸エチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポ
リアクリルアミドなどの(メタ)アクリル系ポリマー;
ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラ
フルオロエチレン等のフッ素系樹脂;ポリアクリロニト
リル、ポリビニリデンシアニドなどのCN基含有ポリマ
ー;ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコールなどのポリ
ビニルアルコール系ポリマー;ポリ塩化ビニル、ポリ塩
化ビニリデンなどのハロゲン含有ポリマー;ポリアニリ
ンなどの導電性ポリマーなどが使用できる。また、上記
のポリマーなどの混合物、変性体、誘導体、ランダム共
重合体、交互共重合体、グラフト共重合体、ブロック共
重合体などであっても使用できる。これらの樹脂の分子
量は、好ましくは10000〜3000000、さらに
好ましくは100000〜1000000である。分子
量がこの範囲よりも小さすぎると活物質層の強度が低下
し、大きすぎると粘度が高くなり、電極の形成が困難に
なる傾向にある。A binder is preferably used to bind the positive electrode active material and the negative electrode active material onto the current collector. The binder to be used needs to be stable with respect to the electrolytic solution and the like, and weather resistance, chemical resistance, heat resistance, flame resistance, etc. are desired. As the binder, inorganic compounds such as silicate and glass, and various resins mainly composed of polymers can be used. As the resin, for example,
Alkane-based polymers such as polyethylene, polypropylene and poly-1,1-dimethylethylene; unsaturated polymers such as polybutadiene and polyisoprene; polymers having rings such as polystyrene, polymethylstyrene, polyvinylpyridine and poly-N-vinylpyrrolidone (Meth) acrylic polymers such as polymethylmethacrylate, polyethylmethacrylate, polybutylmethacrylate, polymethylacrylate, polyethylacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, and polyacrylamide;
Fluorine-based resins such as polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene; CN group-containing polymers such as polyacrylonitrile and polyvinylidene cyanide; polyvinyl alcohol-based polymers such as polyvinyl acetate and polyvinyl alcohol; polyvinyl chloride and poly A halogen-containing polymer such as vinylidene chloride; a conductive polymer such as polyaniline can be used. Further, a mixture of the above polymers, a modified product, a derivative, a random copolymer, an alternating copolymer, a graft copolymer, a block copolymer and the like can also be used. The molecular weight of these resins is preferably 10,000 to 3,000,000, more preferably 100,000 to 1,000,000. If the molecular weight is smaller than this range, the strength of the active material layer is lowered, and if it is too large, the viscosity tends to be high, which makes it difficult to form an electrode.
【0080】活物質100重量部に対するバインダーの
配合量は、好ましくは0.1〜30重量部、更に好まし
くは1〜20重量部である。バインダーの量が少なすぎ
ると電極の強度が低下することがあり、多すぎると容量
が低下したり、イオン伝導度が低下する傾向にある。The blending amount of the binder with respect to 100 parts by weight of the active material is preferably 0.1 to 30 parts by weight, more preferably 1 to 20 parts by weight. If the amount of the binder is too small, the strength of the electrode may decrease, and if it is too large, the capacity tends to decrease and the ionic conductivity tends to decrease.
【0081】正極活物質層及び負極活物質層中には必要
に応じて導電材料、補強材などの各種の機能を発現する
添加剤、粉体、充填材などを添加しても良い。In the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, if necessary, an additive such as a conductive material and a reinforcing material exhibiting various functions, a powder, a filler and the like may be added.
【0082】導電材料としては、上記活物質に適量混合
して導電性を付与できるものであれば特に制限は無い
が、通常、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒
鉛などの炭素粉末や、各種の金属のファイバー、箔など
が挙げられる。炭素粉末導電性物質のDBP吸油量は1
20cc/100g以上が好ましく、特に150cc/
100g以上が電解液を保持するという理由から好まし
い。添加剤としては、トリフルオロプロピレンカーボネ
ート、ビニレンカーボネート、1,6−ジオキサスピロ
[4,4]ノナン−2,7−ジオン、12−クラウン−
4−エーテルなどが電池の安定性、寿命を高めるために
使用することができる。補強材としては、各種の無機、
有機の球状、繊維状フィラーなどが使用できる。The conductive material is not particularly limited as long as it can be mixed with the above active material in an appropriate amount to impart conductivity, but usually, carbon powder such as acetylene black, carbon black or graphite, and various metals. Fiber, foil, etc. may be mentioned. DBP oil absorption of carbon powder conductive material is 1
20cc / 100g or more is preferable, especially 150cc /
100 g or more is preferable because it holds the electrolytic solution. As additives, trifluoropropylene carbonate, vinylene carbonate, 1,6-dioxaspiro [4,4] nonane-2,7-dione, 12-crown-
4-ether or the like can be used to improve the stability and life of the battery. As a reinforcing material, various inorganic materials,
Organic spherical or fibrous fillers can be used.
【0083】活物質層を集電体上に形成する手法として
は、例えば、粉体状の活物質をバインダーと共に溶剤中
で混合し、ボールミル、サンドミル、二軸混練機などに
より分散塗料化したものを、集電体上に塗布して乾燥す
る方法が好適に行われる。この場合、用いられる溶剤の
種類は、電極材に対して不活性であり且つバインダーを
溶解し得る限り特に制限されず、例えばN−メチルピロ
リドン等の一般的に使用される無機、有機溶剤のいずれ
も使用できる。塗布後、活物質層を圧密処理に供するこ
ともできる。ここで、塗料の組成や、乾燥条件、圧密条
件等を制御することによって、活物質層中におけるバイ
ンダーの体積分率を制御することができる。As a method for forming the active material layer on the current collector, for example, a powdery active material is mixed with a binder in a solvent, and a dispersion coating is formed by a ball mill, a sand mill, a biaxial kneader or the like. Is preferably applied on a current collector and dried. In this case, the type of solvent used is not particularly limited as long as it is inert to the electrode material and can dissolve the binder, and for example, commonly used inorganic or organic solvents such as N-methylpyrrolidone. Can also be used. After application, the active material layer may be subjected to a consolidation treatment. Here, the volume fraction of the binder in the active material layer can be controlled by controlling the composition of the coating material, the drying conditions, the compaction conditions, and the like.
【0084】活物質層はまた、活物質をバインダーと混
合し加熱することにより軟化させた状態で、集電体上に
圧着、あるいは吹き付ける手法によって活物質層を形成
することもできる。さらには活物質を単独で集電体上に
焼成することによって活物質層を形成することもでき
る。The active material layer can also be formed by pressing or spraying the active material on the current collector in a state in which the active material is mixed with a binder and heated to be softened. Further, the active material layer can be formed by firing the active material alone on the current collector.
【0085】正極及び負極の活物質層の膜厚は、容量を
大きくするという観点からは厚い方が、レート特性を向
上させるという観点からは薄い方が好ましい。活物質層
の膜厚は通常20μm以上、好ましくは、30μm以
上、さらに好ましくは50μm以上、最も好ましくは8
0μm以上である。活物質層の膜厚は、通常200μm
以下、好ましくは150μm以下である。The film thickness of the active material layers of the positive electrode and the negative electrode is preferably thick from the viewpoint of increasing the capacity and thin from the viewpoint of improving the rate characteristics. The thickness of the active material layer is usually 20 μm or more, preferably 30 μm or more, more preferably 50 μm or more, and most preferably 8 μm or more.
It is 0 μm or more. The thickness of the active material layer is usually 200 μm
The following is preferably 150 μm or less.
【0086】なお、活物質層の形成に先立ち、必要に応
じて、活物質層と集電体との間の接着性を向上させるた
め、これらの間にアンダーコートプライマー層を設ける
ことができる。Prior to the formation of the active material layer, an undercoat primer layer may be provided between the active material layer and the current collector, if necessary, in order to improve the adhesion between the active material layer and the current collector.
【0087】アンダーコートプライマー層を設ける場
合、その組成としてはカーボンブラック、グラファイ
ト、金属粉体などの導電性粒子を添加した樹脂や、導電
性の有機共役系樹脂を例示できる。好ましくは導電性粒
子に、活物質としても機能しうるカーボンブラック、グ
ラファイトを使用するとよい。また樹脂としても、活物
質として機能しうるポリアニリン、ポリピロール、ポリ
アセン、ジスルフィド系化合物、ポリスルフィド系化合
物などを用いると、容量を減少させないため好ましい。
導電性粒子を添加した樹脂を主成分とする組成の場合、
導電性粒子に対する樹脂の割合は、1〜300重量%、
特に5〜100重量%とすることが好ましい。この範囲
よりも樹脂が少なすぎると塗膜強度が低下して、電池使
用時、工程上での剥離などが生じることがあり、多すぎ
ると伝導度が低下して電池特性が低下する傾向にある。
アンダーコートプライマー層の膜厚は、通常0.05〜
10μm、好ましくは0.1〜1μmである。この膜厚
が薄すぎると塗布が困難になり、均一性を確保しにくく
なる。膜厚が厚すぎると電池の体積容量を必要以上に損
なうこととなり、好ましくない。When the undercoat primer layer is provided, examples of the composition thereof include a resin to which conductive particles such as carbon black, graphite and metal powder are added, and a conductive organic conjugated resin. Preferably, carbon black or graphite that can also function as an active material may be used for the conductive particles. As the resin, it is preferable to use polyaniline, polypyrrole, polyacene, a disulfide compound, a polysulfide compound, or the like, which can function as an active material, because the capacity is not reduced.
In the case of a composition whose main component is a resin to which conductive particles are added,
The ratio of the resin to the conductive particles is 1 to 300% by weight,
In particular, it is preferably 5 to 100% by weight. If the amount of the resin is less than this range, the coating film strength is reduced, and peeling may occur during the process when the battery is used. If the amount is too large, the conductivity is decreased and the battery characteristics tend to be deteriorated. .
The thickness of the undercoat primer layer is usually 0.05 to
The thickness is 10 μm, preferably 0.1 to 1 μm. If this film thickness is too thin, coating becomes difficult and it becomes difficult to ensure uniformity. If the film thickness is too thick, the volumetric capacity of the battery will be unnecessarily reduced, which is not preferable.
【0088】スペーサ(電解質層)33,24は、通
常、流動性を有する電解液や、ゲル状電解質や完全固体
型電解質等の非流動性電解質等の各種の電解質を含浸し
ている。尚、電解質は、スペーサ中のみならず、正極活
物質層中及び負極活物質層中にも含浸されている。電解
質をスペーサ、正極活物質層、及び負極活物質層に十分
含浸させれば、リチウムイオンの拡散が促進され電池性
能が向上する。The spacers (electrolyte layers) 33 and 24 are usually impregnated with various electrolytes such as a fluid electrolyte, a non-fluid electrolyte such as a gel electrolyte or a completely solid electrolyte. The electrolyte is impregnated not only in the spacer but also in the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. When the spacer, the positive electrode active material layer, and the negative electrode active material layer are sufficiently impregnated with the electrolyte, diffusion of lithium ions is promoted and battery performance is improved.
【0089】電解質としては、電池の特性上は電解液、
又は非流動性電解質のうちのゲル状電解質を用いること
が好ましく、安全上は非流動性電解質を用いることが好
ましい。As the electrolyte, an electrolyte solution is used in view of the characteristics of the battery.
Alternatively, it is preferable to use a gel electrolyte among the non-fluidic electrolytes, and it is preferable to use the non-fluidic electrolyte for safety.
【0090】本発明においては、電解質を非流動性電解
質とすることが好ましい。非流動性電解質を用いた場
合、過充電時に電解質が単位電池要素外に流出すること
がなく、伝熱が損なわれずに電池が蓄熱しやすくなるた
め、過充電時の放熱を促進するという本発明の効果が最
大限発揮される。また、失活したリチウムニッケル複合
酸化物の表面層を溶解する可能性が低いため、反応性の
高い表面が継続的に現れる可能性が低く、過充電時に積
極的にリチウムニッケル複合酸化物表面を失活させると
いう本発明の効果も確実に発揮される。また、非流動性
電解質を使用した場合、従来の電解液を使用した電池に
対してより有効に液漏れが防止できるので、後述のラミ
ネートフィルムのような形状可変性を有するケースを使
用する利点を最大に生かすことができる。In the present invention, the electrolyte is preferably a non-fluidic electrolyte. When a non-fluidic electrolyte is used, the electrolyte does not flow out of the unit cell element during overcharge, the battery easily accumulates heat without impairing heat transfer, and thus the present invention promotes heat dissipation during overcharge. The effect of is maximized. In addition, since it is unlikely that the surface layer of the deactivated lithium nickel composite oxide will be dissolved, it is unlikely that a highly reactive surface will appear continuously, and the surface of the lithium nickel composite oxide will be positively activated during overcharge. The effect of the present invention of deactivating is certainly exhibited. In addition, when a non-fluidic electrolyte is used, liquid leakage can be more effectively prevented with respect to a battery using a conventional electrolytic solution, so there is an advantage of using a case having shape variability such as a laminate film described later. You can make the most of it.
【0091】一方、リチウム塩を非水系溶媒に溶解して
なる電解液は、流動性が高く、一般に非流動性電解質に
比べてイオン伝導性に優れる傾向にある。従って、電解
液を含む電解質を使用するのは、イオン伝導性を向上さ
せる点で好ましい。On the other hand, an electrolytic solution obtained by dissolving a lithium salt in a non-aqueous solvent has a high fluidity and generally tends to have an excellent ion conductivity as compared with a non-fluidic electrolyte. Therefore, it is preferable to use an electrolyte containing an electrolytic solution in terms of improving ionic conductivity.
【0092】電解質として使用する電解液は、通常支持
電解質であるリチウム塩を非水系溶媒に溶解してなる。
非水系溶媒としては、比較的高誘電率の溶媒が好適に用
いられる。具体的にはエチレンカーボネート、プロピレ
ンカーボネート等の環状カーボネート類、ジメチルカー
ボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボ
ネートなどの非環状カーボネート類、テトラヒドロフラ
ン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシエタ
ン、ジフェニルエーテル等のエーテル類、γ−ブチロラ
クトン等のラクトン類、スルフォラン等の硫黄化合物、
アセトニトリル等のニトリル類等を挙げることができ
る。サイクル特性、レート特性、安全性等の電池特性
上、好ましくは、環状カーボネート類及び/又はラクト
ン類である。The electrolytic solution used as the electrolyte is usually prepared by dissolving a lithium salt, which is a supporting electrolyte, in a non-aqueous solvent.
As the non-aqueous solvent, a solvent having a relatively high dielectric constant is preferably used. Specifically, cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, acyclic carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethylmethyl carbonate, ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethoxyethane and diphenyl ether, and γ-butyrolactone. Such as lactones, sulfur compounds such as sulfolane,
Examples thereof include nitriles such as acetonitrile. From the viewpoint of battery characteristics such as cycle characteristics, rate characteristics, and safety, cyclic carbonates and / or lactones are preferable.
【0093】本発明においては、電解液の溶媒として、
好ましくは常圧における沸点が150℃以上の非水系溶
媒(以下「高沸点溶媒」と称す場合がある。)を使用す
る。ここで、「沸点がX℃以上」とは、圧力1atmの
もとで室温からX℃まで加熱しても蒸気圧が1atmを
超えないことを意味する。即ち、圧力1atmのもとで
室温から150℃まで加熱した場合、常に蒸気圧が1a
tm以下である非水系溶媒を使用するのが好ましい。そ
の結果、より高いサイクル特性を得ることができ、電池
の安全性を向上させることができる。例えば、ジメチル
カーボネート、ジエチルカーボネート、ジメトキシエタ
ン等の溶媒からなる低沸点溶媒を使用する場合、溶媒の
気化により活物質と溶媒との間に気泡が発生して電解液
の含浸状態が低下し、界面の不均一性が生じると共に、
サイクル特性が低下しやすい傾向にある。また、高沸点
溶媒を使用することによって、電池要素を形状可変性ケ
ースに収納しても、高温下等での電池の形状変化(変
形)、電解液の揮発、漏洩等を抑制することもできる。
このような高沸点溶媒としては、プロピレンカーボネー
ト、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ
−ブチロラクトン等を挙げることができる。このような
高沸点溶媒のうち、好ましいのは、プロピレンカーボネ
ート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトンであ
る。なお、この場合、沸点は、使用される溶媒全体に対
して定義されるものである。即ち、複数の非水系溶媒を
使用する場合、個々の溶媒の沸点が150℃以上である
ことを意味するのではなく、混合された溶媒全体の沸点
が150℃以上であることを意味する。また、非水系溶
媒は、粘度が1mPa・s以上であることが好ましい。In the present invention, as the solvent of the electrolytic solution,
Preferably, a non-aqueous solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher at normal pressure (hereinafter sometimes referred to as “high-boiling point solvent”) is used. Here, “boiling point is X ° C. or higher” means that the vapor pressure does not exceed 1 atm even when heated from room temperature to X ° C. under a pressure of 1 atm. That is, when heating from room temperature to 150 ° C. under a pressure of 1 atm, the vapor pressure is always 1 a
It is preferable to use a non-aqueous solvent having a tm or less. As a result, higher cycle characteristics can be obtained, and the safety of the battery can be improved. For example, when using a low boiling point solvent consisting of a solvent such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dimethoxyethane, the evaporation of the solvent causes bubbles between the active material and the solvent to reduce the impregnation state of the electrolytic solution, Non-uniformity of
The cycle characteristics tend to deteriorate. Further, by using the high boiling point solvent, it is possible to suppress the shape change (deformation) of the battery under high temperature or the like, the volatilization and leakage of the electrolytic solution, even when the battery element is housed in the shape variable case. .
As such a high boiling point solvent, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, γ
-Butyrolactone and the like can be mentioned. Among such high boiling point solvents, preferred are propylene carbonate, ethylene carbonate and γ-butyrolactone. In this case, the boiling point is defined with respect to the whole solvent used. That is, when using a plurality of non-aqueous solvents, it does not mean that the boiling points of the individual solvents are 150 ° C. or higher, but that the boiling points of all the mixed solvents are 150 ° C. or higher. Further, the non-aqueous solvent preferably has a viscosity of 1 mPa · s or more.
【0094】これらの非水系溶媒のうち、本発明では特
にプロピレンカーボネートを含む溶媒を用いるのが好ま
しい。即ち、プロピレンカーボネートは高沸点であるた
め、安全で、また凝固しにくく低温特性がよい。一方
で、プロピレンカーボネートは2級の炭素を有するため
リチウムニッケル複合酸化物表面において酸化されやす
い。そのため、リチウムニッケル複合酸化物の失活が進
行しやすくなるので、プロピレンカーボネートを使用し
た場合において、本発明の効果がより一層顕著である。Among these non-aqueous solvents, it is particularly preferable to use a solvent containing propylene carbonate in the present invention. That is, since propylene carbonate has a high boiling point, it is safe and hard to coagulate, and has good low-temperature characteristics. On the other hand, since propylene carbonate has secondary carbon, it is easily oxidized on the surface of the lithium nickel composite oxide. Therefore, the deactivation of the lithium-nickel composite oxide is likely to proceed, so that the effect of the present invention is more remarkable when propylene carbonate is used.
【0095】プロピレンカーボネート等の非水系溶媒に
溶解させる支持電解質としてのリチウム塩としては、L
iPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、
LiClO4、LiI、LiBr、LiCl、LiAl
Cl、LiHF2、LiSCN、LiSO3CF2等が
挙げられ、これらのうちでは特にLiPF6、LiCl
O4が好適である。As a lithium salt as a supporting electrolyte to be dissolved in a non-aqueous solvent such as propylene carbonate, L
iPF 6, LiAsF 6, LiSbF 6 , LiBF 4,
LiClO 4 , LiI, LiBr, LiCl, LiAl
Cl, LiHF 2 , LiSCN, LiSO 3 CF 2 and the like can be mentioned, and among these, LiPF 6 , LiCl in particular.
O 4 is preferred.
【0096】これら支持電解質の電解液における濃度
は、0.5〜2.5mol/Lが好適である。The concentration of these supporting electrolytes in the electrolytic solution is preferably 0.5 to 2.5 mol / L.
【0097】このような電解液とゲル形成用のポリマー
とから、非流動性電解質の一種であるゲル状電解質を構
成することができる。ゲル状電解質は、通常、上記電解
液をポリマーで保持してなる。ゲル状電解質は、電解液
と同程度のイオン導電性を付与することができると共
に、電解質を非流動化しているので、本発明において
は、特に好ましい電解質である。A gel electrolyte, which is a kind of non-fluid electrolyte, can be formed from such an electrolytic solution and a gel-forming polymer. The gel electrolyte is usually formed by holding the electrolytic solution with a polymer. The gel electrolyte is a particularly preferable electrolyte in the present invention because it can impart the same level of ionic conductivity as the electrolytic solution and makes the electrolyte non-fluidized.
【0098】ゲル状電解質におけるポリマーの電解液に
対する濃度は、使用するポリマーの分子量にもよるが、
通常0.1〜30重量%である。この濃度が低すぎると
ゲルを形成しにくくなり、電解液の保持性が低下して流
動、液漏れの問題が生じることがある。また濃度が高す
ぎると粘度が高くなりすぎて工程上困難を生じるととも
に、電解液の割合が低下してイオン伝導度が低下しレー
ト特性などの電池特性が低下する傾向にある。電解質を
保持するポリマーとしては、ポリ(メタ)アクリレート
系高分子や、アルキレンオキシドユニットを有するアル
キレンオキシド系高分子、ポリフッ化ビニリデンやフッ
化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体のよ
うなフッ素系高分子等、電解液をゲル化できる機能を有
する各種のポリマーを挙げることができる。The concentration of the polymer in the gel electrolyte with respect to the electrolytic solution depends on the molecular weight of the polymer used,
It is usually 0.1 to 30% by weight. If this concentration is too low, it becomes difficult to form a gel, and the retention of the electrolytic solution decreases, which may cause problems of fluidity and liquid leakage. On the other hand, if the concentration is too high, the viscosity becomes too high, which causes difficulty in the process, and the proportion of the electrolytic solution tends to decrease, the ionic conductivity tends to decrease, and battery characteristics such as rate characteristics tend to deteriorate. As the polymer holding the electrolyte, a poly (meth) acrylate polymer, an alkylene oxide polymer having an alkylene oxide unit, a fluorine-based polymer such as polyvinylidene fluoride or vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer Examples thereof include various polymers having a function of gelling an electrolytic solution.
【0099】ゲル状電解質を形成する方法としては、あ
らかじめポリマーを電解液に溶解させた電解質塗料を非
流動化処理する方法や、電解液に重合性ゲル化剤を含有
させた電解質塗料を架橋反応させて非流動性電解質とす
る方法など必要に応じた材料・製法を採用することがで
きる。As a method of forming a gel electrolyte, a method of non-fluidizing an electrolyte paint in which a polymer is dissolved in an electrolyte solution in advance, or a cross-linking reaction of an electrolyte paint containing a polymerizable gelling agent in the electrolyte solution If necessary, a material and a manufacturing method such as a method of forming a non-fluidic electrolyte can be adopted.
【0100】ゲル状電解質の形成を、電解液に重合性ゲ
ル化剤を含有させた塗料を架橋反応させる方法で行う場
合には、紫外線硬化や熱硬化などの重合処理を施すこと
によって高分子を形成するモノマーとなる成分を重合性
ゲル化剤として電解液に添加することにより塗料を調製
する。When the gel electrolyte is formed by a method in which a coating solution containing a polymerizable gelling agent in an electrolytic solution is subjected to a crosslinking reaction, the polymer is treated by a polymerization treatment such as ultraviolet curing or heat curing. A coating material is prepared by adding a component serving as a monomer to be formed to the electrolytic solution as a polymerizable gelling agent.
【0101】重合性ゲル化剤としては、例えばアクリロ
イル基、メタクリロイル基、ビニル基、アリル基等の不
飽和二重結合を有するものが挙げられる。具体的には、
例えば、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エ
チル、エトキシエチルアクリレート、メトキシエチルア
クリレート、エトキシエトキシエチルアクリレート、ポ
リエチレングリコールモノアクリレート、エトキシエチ
ルメタクリレート、メトキシエチルメタクリレート、エ
トキシエトキシエチルメタクリレート、ポリエチレング
リコールモノメタクリレート、N,N−ジエチルアミノ
エチルアクリレート、N,N−ジメチルアミノエチルア
クリレート、グリシジルアクリレート、アリルアクリレ
ート、アクリロニトリル、N−ビニルピロリドン、ジエ
チレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコ
ールジアクリレート、テトラエチレングリコールアクリ
レート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ジエ
チレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリ
コールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジ
メタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレ
ート、ポリアルキレングリコールジアクリレート、ポリ
アルキレングリコールジメタクリレート、トリメチロー
ルプロパンアルコキシレートトリアクリレート、ペンタ
エリスリトールアルコキシレートトリアクリレート、ペ
ンタエリスリトールアルコキシレートテトラアクリレー
ト、ジトリメチロールプロパンアルコキシレートテトラ
アクリレートなどが例示できる。これらは1種を単独で
用いても複数種を併用してもよい。これらの中で特に好
ましくはエチレンオキシド基を複数含有するジアクリレ
ート、トリアクリレートである。Examples of the polymerizable gelling agent include those having an unsaturated double bond such as an acryloyl group, a methacryloyl group, a vinyl group and an allyl group. In particular,
For example, acrylic acid, methyl acrylate, ethyl acrylate, ethoxyethyl acrylate, methoxyethyl acrylate, ethoxyethoxyethyl acrylate, polyethylene glycol monoacrylate, ethoxyethyl methacrylate, methoxyethyl methacrylate, ethoxyethoxyethyl methacrylate, polyethylene glycol monomethacrylate, N , N-diethylaminoethyl acrylate, N, N-dimethylaminoethyl acrylate, glycidyl acrylate, allyl acrylate, acrylonitrile, N-vinylpyrrolidone, diethylene glycol diacrylate, triethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol acrylate, polyethylene glycol diacrylate, diethylene glycol Methacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, tetraethylene glycol dimethacrylate, polyethylene glycol dimethacrylate, polyalkylene glycol diacrylate, polyalkylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane alkoxylate triacrylate, pentaerythritol alkoxylate triacrylate, pentaerythritol alkoxylate Examples thereof include tetraacrylate and ditrimethylolpropane alkoxylate tetraacrylate. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, diacrylates and triacrylates containing a plurality of ethylene oxide groups are particularly preferred.
【0102】電解液中における重合性ゲル化剤の含有量
は特に制限はされないが、好ましくは1重量%以上であ
る。含有量が低いと高分子の形成効率が低下し、電解液
を非流動化しにくくなる。他方、あまりに多すぎると未
反応モノマーの残留や電解質塗料としての操作性が悪く
なるので、通常30重量%以下とする。The content of the polymerizable gelling agent in the electrolytic solution is not particularly limited, but is preferably 1% by weight or more. When the content is low, the efficiency of polymer formation decreases, and it becomes difficult to make the electrolyte non-fluidizable. On the other hand, if the amount is too large, the amount of unreacted monomer remains and the operability as an electrolyte coating deteriorates. Therefore, the amount is usually 30% by weight or less.
【0103】ゲル状電解質を、あらかじめポリマーを含
有した電解質塗料を非流動化する方法によって形成させ
る場合においては、ポリマーとして、高温で電解液に溶
解し、常温でゲル状電解質を形成する高分子を使用する
のが好ましい。即ち、高温で電解液に溶解したポリマー
を常温にすることによってゲル状電解質とする。高温時
の温度としては通常50〜200℃、好ましくは100
〜160℃である。この溶解温度が低すぎると、ゲル状
電解質の安定性が低下する。溶解温度が高すぎると、電
解液成分、ポリマー等の分解を引き起こすことがあり得
る。非流動化の方法としては、電解液を室温で放置する
ことが好ましいが、強制冷却することもできる。When the gel electrolyte is formed by a method of non-fluidizing an electrolyte paint containing a polymer in advance, a polymer that dissolves in an electrolytic solution at high temperature and forms a gel electrolyte at room temperature is used as a polymer. Preference is given to using. That is, the polymer dissolved in the electrolytic solution at high temperature is brought to room temperature to form a gel electrolyte. The temperature at high temperature is usually 50 to 200 ° C., preferably 100.
~ 160 ° C. If this melting temperature is too low, the stability of the gel electrolyte is reduced. If the melting temperature is too high, decomposition of electrolyte components, polymers, etc. may occur. As a non-fluidizing method, it is preferable to leave the electrolytic solution at room temperature, but it is also possible to perform forced cooling.
【0104】この方法で、使用できるポリマーとして
は、例えば、ポリビニルピリジン、ポリ−N−ビニルピ
ロリドン等の環を有するポリマー;ポリメタクリル酸メ
チル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ブチ
ル、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポ
リアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド
などの(メタ)アクリル誘導体系ポリマー;ポリフッ化
ビニル、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂;ポリ
アクリロニトリル、ポリビニリデンシアニド等のCN基
含有ポリマー;ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール
等のポリビニルアルコール系ポリマー;ポリ塩化ビニ
ル、ポリ塩化ビニリデン等のハロゲン含有ポリマー等が
挙げられる。これらのうち、好ましくはポリメタクリル
酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシ
ド、あるいはそれらの変性体を使用する。上記のポリマ
ーの混合物、変性体、誘導体、ランダム共重合体、交互
共重合体、グラフト共重合体、ブロック共重合体等を使
用することもできる。これらのポリマーの重量平均分子
量は、好ましくは10000〜5000000の範囲で
ある。分子量が小さいとゲルを形成しにくくなり、分子
量が大きいと粘度が高くなりすぎて取り扱いが難しくな
る。Polymers which can be used in this method include, for example, polymers having a ring such as polyvinyl pyridine and poly-N-vinylpyrrolidone; polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polymethyl acrylate. , (Meth) acrylic derivative polymers such as poly (ethyl acrylate), polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyacrylamide; Fluorine-based resins such as polyvinyl fluoride and polyvinylidene fluoride; CN groups such as polyacrylonitrile and polyvinylidene cyanide Polymers containing; polyvinyl alcohol-based polymers such as polyvinyl acetate and polyvinyl alcohol; halogen-containing polymers such as polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride. Of these, polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile, polyethylene oxide, or modified products thereof are preferably used. It is also possible to use a mixture of the above polymers, a modified product, a derivative, a random copolymer, an alternating copolymer, a graft copolymer, a block copolymer and the like. The weight average molecular weight of these polymers is preferably in the range of 10,000 to 5,000,000. When the molecular weight is small, it becomes difficult to form a gel, and when the molecular weight is large, the viscosity becomes too high and the handling becomes difficult.
【0105】これらのゲル状電解質を形成する方法の中
では、電解液に重合性ゲル化剤を含有させた電解質塗料
を架橋反応させて非流動性電解質とする方法が、電極間
の密着性が向上し、本発明の効果が特に顕著となるため
好ましい。Among the methods for forming these gel electrolytes, a method in which an electrolyte coating containing a polymerizable gelling agent in an electrolytic solution is subjected to a cross-linking reaction to form a non-fluid electrolyte, and adhesion between electrodes is improved. It is preferable because it is improved and the effect of the present invention becomes particularly remarkable.
【0106】電解質中には、必要に応じて、電池の性能
向上のために各種の添加剤を添加することができる。こ
のような機能を発現させる添加剤としては、特に限定は
されないが、トリフルオロプロピレンカーボネート、
1,6−ジオキサスピロ[4,4]ノナン−2,7−ジ
オン、12−クラウン−4−エーテル、ビニレンカーボ
ネート、カテコールカーボネート、ジメチルスルホン、
プロパンサルトン、スルホレン、スルホラン、無水コハ
ク酸などが挙げられる。If necessary, various additives can be added to the electrolyte in order to improve the performance of the battery. The additive that exerts such a function is not particularly limited, but trifluoropropylene carbonate,
1,6-dioxaspiro [4,4] nonane-2,7-dione, 12-crown-4-ether, vinylene carbonate, catechol carbonate, dimethyl sulfone,
Propane sultone, sulfolene, sulfolane, succinic anhydride and the like can be mentioned.
【0107】本発明においては、リチウム二次電池要素
内に、下記一般式(1)で表される化合物を存在させる
ことが好ましい。
A1−X−A2 …(1)In the present invention, the compound represented by the following general formula (1) is preferably present in the lithium secondary battery element. A1-X-A2 (1)
【0108】上記(1)式中、Xは周期表第6族元素で
あるが、好ましくは酸素、硫黄であり、さらに好ましく
は酸素である。A1及びA2は、それぞれ独立に、フェ
ニル基、ナフチル基、アントリル基のような芳香環を有
する基を表す。好ましくはフェニル基、ナフチル基であ
り、さらに好ましくはフェニル基である。この場合、芳
香環の水素原子の一部は、鎖状、分岐状又は環状のアル
キル基、鎖状、分岐状又は環状のアルケニル基、アリー
ル基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、
ヘテロ環オキシ基、ハロゲン原子等の置換基で置換され
ていてもよい。ここで、置換基として使用できる、鎖
状、分岐状又は環状のアルキル基、鎖状、分岐状又は環
状のアルケニル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキ
シ基、アリールオキシ基又はヘテロ環オキシ基における
炭素原子数は、好ましくは15以下、さらに好ましくは
10以下、最も好ましくは5以下である。さらに、上記
の鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、鎖状、分岐状又
は環状のアルケニル基、アリール基、ヘテロ環基、アル
コキシ基、アリールオキシ基及びヘテロ環オキシ基に結
合している水素原子がハロゲン原子に置換されていても
よい。In the above formula (1), X is an element belonging to Group 6 of the periodic table, preferably oxygen or sulfur, and more preferably oxygen. A1 and A2 each independently represent a group having an aromatic ring such as a phenyl group, a naphthyl group and an anthryl group. A phenyl group and a naphthyl group are preferable, and a phenyl group is more preferable. In this case, a part of hydrogen atoms of the aromatic ring is a chain, branched or cyclic alkyl group, chain, branched or cyclic alkenyl group, aryl group, heterocyclic group, alkoxy group, aryloxy group,
It may be substituted with a substituent such as a heterocyclic oxy group or a halogen atom. Here, in a linear, branched or cyclic alkyl group, a linear, branched or cyclic alkenyl group, aryl group, heterocyclic group, alkoxy group, aryloxy group or heterocyclic oxy group which can be used as a substituent The number of carbon atoms is preferably 15 or less, more preferably 10 or less, and most preferably 5 or less. Further, hydrogen bonded to the above-mentioned chain, branched or cyclic alkyl group, chain, branched or cyclic alkenyl group, aryl group, heterocyclic group, alkoxy group, aryloxy group and heterocyclic oxy group. Atoms may be replaced by halogen atoms.
【0109】具体的な置換基としては、鎖状、分岐状又
は環状のアルキル基として、メチル基、エチル基、n−
プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、sec−
ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−へキシ
ル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペン
チル基、シクロへキシル基等を挙げることができる。ま
た、置換基として使用できる鎖状、分岐状又は環状のア
ルケニル基としては、ビニル基、プロペニル基、ブテニ
ル基、ヘキセニル基等を挙げることができる。さらに、
置換基として使用できるアリール基としては、フェニル
基、ナフチル基等を挙げることができる。さらに、置換
基として使用できるヘテロ環基としては、ピリジル基、
チアゾリル基、ベンゾチアゾリル基、オキサゾリル基、
ベンゾオキサゾリル基、ベンゾフラニル基等を挙げるこ
とができる。さらにまた、置換基として使用できるアル
コキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロ
ポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基等を挙げ
ることができる。さらに、置換基として使用できるアリ
ールオキシ基としては、フェノキシ基やナフチルオキシ
基等を挙げることができる。さらにまた、置換基として
使用できるヘテロ環オキシ基としては、ピリジルオキシ
基、フリルオキシ基、チアゾリルオキシ基等を挙げるこ
とができる。さらに、置換基として使用できるハロゲン
原子としては、フッ素、塩素、臭素等を挙げることがで
きる。Specific examples of the substituent include a chain, branched or cyclic alkyl group such as a methyl group, an ethyl group and n-
Propyl group, i-propyl group, n-butyl group, sec-
Examples thereof include a butyl group, a t-butyl group, an n-pentyl group, an n-hexyl group, a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group and a cyclohexyl group. Examples of the chain, branched or cyclic alkenyl group which can be used as the substituent include a vinyl group, a propenyl group, a butenyl group and a hexenyl group. further,
Examples of the aryl group that can be used as the substituent include a phenyl group and a naphthyl group. Further, as the heterocyclic group that can be used as a substituent, a pyridyl group,
Thiazolyl group, benzothiazolyl group, oxazolyl group,
Examples thereof include a benzoxazolyl group and a benzofuranyl group. Furthermore, examples of the alkoxy group that can be used as the substituent include a methoxy group, an ethoxy group, an n-propoxy group, an i-propoxy group, and an n-butoxy group. Furthermore, examples of the aryloxy group that can be used as the substituent include a phenoxy group and a naphthyloxy group. Furthermore, examples of the heterocyclic oxy group that can be used as the substituent include a pyridyloxy group, a furyloxy group, a thiazolyloxy group and the like. Further, examples of the halogen atom that can be used as the substituent include fluorine, chlorine, bromine and the like.
【0110】なお、A1及びA2は互いに結合して環を
構成していてもよい。即ち、A1及びA2は互いに元素
Xを介して結合するが、この結合とは別に、A1とA2
とを直接又は単数又は複数の原子を介して結合させて、
全体として、元素Xを含む環を構成することができる。A1 and A2 may be bonded to each other to form a ring. That is, A1 and A2 are bonded to each other through the element X, and apart from this bond, A1 and A2
And are bonded directly or through one or more atoms,
As a whole, a ring containing the element X can be formed.
【0111】一般式(1)で表される化合物の常圧にお
ける沸点は、通常100℃以上、好ましくは120℃以
上、さらに好ましくは150℃以上である。沸点が低い
と、気化によって形状可変性ケースの内部の圧力が増加
し、電池が膨れて変形しやすい。特に、高温環境下や過
充電時においては膨れが生じやすいので、電池の高温保
存特性や過充電に対する安全性を確保する意味で、沸点
はできるだけ高い方が好ましい。ただし、あまりに沸点
の高い化合物は現実的に得にくいので、沸点は通常30
0℃以下である。The boiling point of the compound represented by the general formula (1) at atmospheric pressure is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher. When the boiling point is low, the pressure inside the deformable case increases due to vaporization, and the battery is likely to swell and deform. In particular, since swelling is likely to occur in a high temperature environment or during overcharging, the boiling point is preferably as high as possible in order to secure the high temperature storage characteristics of the battery and safety against overcharging. However, since it is practically difficult to obtain a compound having a too high boiling point, the boiling point is usually 30
It is 0 ° C or lower.
【0112】一般式(1)で表される化合物の具体例と
しては、フェニルエーテル、ナフチルエーテル、ジフェ
ニルスルフィド、ビス(p−トリル)エーテル、ビス
(p−トリル)スルフィド、ビス(p−フルオロフェニ
ル)エーテル、ビス(p−フルオロフェニル)スルフィ
ド、ビス(p−クロロフェニル)エーテル、ジフェノキ
シベンゼン、ジベンゾフラン、1,4−ジベンゾジオキ
サン、キサンテンなどが例示される。この中でも、特に
フェニルエーテル、ジフェニルスルフィド、ジベンゾフ
ランが好ましく、フェニルエーテルが最も好ましい。無
論、上記一般式(1)で表される化合物は、複数種を併
用することができる。Specific examples of the compound represented by the general formula (1) include phenyl ether, naphthyl ether, diphenyl sulfide, bis (p-tolyl) ether, bis (p-tolyl) sulfide and bis (p-fluorophenyl). ) Ether, bis (p-fluorophenyl) sulfide, bis (p-chlorophenyl) ether, diphenoxybenzene, dibenzofuran, 1,4-dibenzodioxane, xanthene and the like. Among these, phenyl ether, diphenyl sulfide and dibenzofuran are particularly preferable, and phenyl ether is most preferable. Of course, the compound represented by the general formula (1) can be used in combination of plural kinds.
【0113】上記一般式(1)で表される化合物をリチ
ウム二次電池要素内に存在させることによって、電池の
電解質の含浸性やサイクル特性を向上させることができ
る。その作用については明らかではないが、上記化合物
は、芳香族基を有する疎水性の高い化合物なので、一般
に疎水性を有する電池の部材(電極やスペーサ等)に対
して親和性が高いためであると考えられる。一方、あま
りに疎水性が高いと一般に親水性の大きい電解質との親
和性に劣ることがあるが、上記化合物は6族元素を有す
ることから適度の親水性もあるために、両者のバランス
によって上記のような効果が生じるものと推定される。By allowing the compound represented by the general formula (1) to be present in the lithium secondary battery element, the impregnating property of the battery electrolyte and the cycle characteristics can be improved. Although its action is not clear, it is because the above compound is a compound having an aromatic group and having high hydrophobicity, and therefore generally has a high affinity for a member (electrode, spacer, etc.) of a battery having hydrophobicity. Conceivable. On the other hand, if the hydrophobicity is too high, the affinity with an electrolyte having a high hydrophilicity may be generally inferior. However, since the compound has an appropriate hydrophilicity because it has a Group 6 element, depending on the balance between the two, It is estimated that such effects will occur.
【0114】上記一般式(1)で表される化合物は、好
ましくは、リチウム二次電池要素の電解質内に含有され
る。この場合、上記化合物を電解質に対して均一に存在
させれば、電解質の含浸性やサイクル特性がより向上す
る。例えば、電解質として、リチウム塩を非水系溶媒に
溶解してなる電解液を含むものを使用する場合は、上記
化合物として、使用する電解液に溶解するものを使用す
れば、上記化合物が電解質に対して均一に存在するよう
になる。The compound represented by the general formula (1) is preferably contained in the electrolyte of the lithium secondary battery element. In this case, when the above compound is uniformly present in the electrolyte, the impregnation property of the electrolyte and the cycle characteristics are further improved. For example, when an electrolyte containing an electrolyte solution obtained by dissolving a lithium salt in a non-aqueous solvent is used, if the compound that dissolves in the electrolyte solution used is used as the compound, the compound is used with respect to the electrolyte. And become evenly distributed.
【0115】上記一般式(1)で表される化合物のリチ
ウム二次電池要素内での存在量は、上記化合物の種類や
必要とする特性に応じ適宜選択されるが、存在量が多い
方がサイクル特性は向上する傾向にある。ただし、存在
量があまりに多くてもサイクル特性の顕著な向上が認め
られなくなり、他の電池特性に悪影響を与えることがあ
る。また、存在量が少ない場合は、サイクル特性が低下
する傾向がある。存在量としては、電解液の重量に対し
て上記一般式(1)で表される化合物を、通常15重量
%以下、好ましくは11重量%以下、より好ましくは1
0重量%以下、さらに好ましくは8重量%以下、特に好
ましくは7.6重量%以下、最も好ましくは7.5重量
%以下存在させ、また、通常1重量%以上、好ましくは
2重量%以上、より好ましくは4重量%以上、さらに好
ましくは5.5重量%以上、最も好ましくは6重量%以
上存在させる。The amount of the compound represented by the general formula (1) present in the lithium secondary battery element is appropriately selected depending on the kind of the compound and the required properties, but the larger the amount is. The cycle characteristics tend to improve. However, even if the amount of abundance is too large, no significant improvement in cycle characteristics is observed, which may adversely affect other battery characteristics. Further, when the existing amount is small, the cycle characteristics tend to deteriorate. The amount of the compound represented by the general formula (1) is usually 15% by weight or less, preferably 11% by weight or less, more preferably 1% by weight based on the weight of the electrolytic solution.
0 wt% or less, more preferably 8 wt% or less, particularly preferably 7.6 wt% or less, most preferably 7.5 wt% or less, and usually 1 wt% or more, preferably 2 wt% or more, More preferably 4 wt% or more, further preferably 5.5 wt% or more, most preferably 6 wt% or more.
【0116】ここで、電解液の重量とは、上記化合物の
重量を含む量とする。つまり、電解液がリチウム塩、非
水系溶媒及び上記一般式(1)で表される化合物からな
るような場合は、それぞれの重量を合計した重量が電解
液の重量となる。Here, the weight of the electrolytic solution is an amount including the weight of the above compound. That is, when the electrolytic solution is composed of a lithium salt, a non-aqueous solvent and the compound represented by the general formula (1), the total weight of the respective components is the weight of the electrolytic solution.
【0117】尚、リチウム塩を非水系溶媒に溶解してな
る電解液を含む電解質を使用するときの最も好ましい存
在量は、上記電解液の重量に対して、5重量%より大き
く7.5重量%以下の重量である。When an electrolyte containing an electrolytic solution prepared by dissolving a lithium salt in a non-aqueous solvent is used, the most preferable amount is more than 5% by weight and 7.5% by weight based on the weight of the electrolytic solution. % Or less by weight.
【0118】電解質層は、通常、多孔性シートからなる
スペーサ中に電解質を含浸させてなる。スペーサは、正
極と負極との間に設けられた多孔性の膜であり、これら
を隔離すると共に、電解質層を支持する。スペーサの材
料としては、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオ
レフィン類や、これらの水素原子の一部又は全部がフッ
素原子で置換されたポリオレフィン類、ポリアクリロニ
トリル、ポリアラミド等の高分子を挙げることができ
る。好ましくは、ポリオレフィンやフッ素置換されたポ
リオレフィン類である。具体的には、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ
化ビニリデン等を挙げることができる。これらのポリマ
ーのモノマーユニットを含む共重合体や、ポリマーの混
合物であってもよい。スペーサは、1軸延伸や2軸延伸
によって形成された延伸フィルムであってもよく、ま
た、不織布であってもよい。スペーサの膜厚は、通常1
00μm以下、好ましくは50μm以下、さらに好まし
くは30μm以下、最も好ましくは20μm以下であ
る。膜厚が厚すぎると電池のレート特性や体積エネルギ
ー密度が低下する傾向にある。また、薄すぎる場合は、
剛性不足によって切断が困難になる傾向にあり、また短
絡が生じやすいので、通常5μm以上、好ましくは7μ
m以上、さらに好ましくは8μm以上である。スペーサ
の空隙率は、通常45〜90%、好ましくは45〜75
%である。空隙率が大きすぎると機械的強度が不足し、
小さすぎると電池のレート特性等が低下する傾向にあ
る。The electrolyte layer is usually formed by impregnating a spacer made of a porous sheet with an electrolyte. The spacer is a porous film provided between the positive electrode and the negative electrode, and isolates them and supports the electrolyte layer. Examples of the material for the spacer include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyolefins in which some or all of hydrogen atoms thereof are substituted with fluorine atoms, and polymers such as polyacrylonitrile and polyaramid. Preferred are polyolefins and fluorine-substituted polyolefins. Specific examples include polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride and the like. It may be a copolymer containing monomer units of these polymers or a mixture of polymers. The spacer may be a stretched film formed by uniaxial stretching or biaxial stretching, or may be a non-woven fabric. Spacer film thickness is usually 1
It is not more than 00 μm, preferably not more than 50 μm, more preferably not more than 30 μm, most preferably not more than 20 μm. If the film thickness is too thick, the rate characteristics and the volume energy density of the battery tend to decrease. If it is too thin,
Cutting tends to be difficult due to insufficient rigidity, and short circuits are likely to occur, so it is usually 5 μm or more, preferably 7 μm.
m or more, and more preferably 8 μm or more. The porosity of the spacer is usually 45 to 90%, preferably 45 to 75.
%. If the porosity is too large, the mechanical strength will be insufficient,
If it is too small, the rate characteristic of the battery tends to deteriorate.
【0119】電極の平面形状は任意であり、四角形、円
形、多角形等にすることができる。The planar shape of the electrode is arbitrary and can be a quadrangle, a circle, a polygon, or the like.
【0120】図11,13の通り、集電体22,26又
は35a,35bには、通常、リード結合用のタブ4
a,4bが連設される。電極が四角形であるときは、通
常図2に示すように電極の一辺の一サイド近傍に正極集
電体より突出するタブ4aを形成し、また、負極集電体
のタブ4bは他サイド近傍に形成する。As shown in FIGS. 11 and 13, the current collectors 22, 26 or 35a, 35b are normally provided with tabs 4 for connecting leads.
a and 4b are arranged in series. When the electrode has a rectangular shape, a tab 4a protruding from the positive electrode current collector is usually formed near one side of one side of the electrode as shown in FIG. 2, and the tab 4b of the negative electrode current collector is near the other side. Form.
【0121】複数の電池要素を積層するのは、電池の高
容量化を図る上で有効であるが、この際、電池要素それ
ぞれからのタブ4aとタブ4bの夫々は、通常、厚さ方
向に結合されて正極と負極の端子部が形成される。その
結果、大容量の電池要素1を得ることが可能となる。It is effective to stack a plurality of battery elements in order to increase the capacity of the battery. At this time, the tabs 4a and 4b from each battery element are usually arranged in the thickness direction. The positive electrode and the negative electrode are connected to form a terminal portion. As a result, a large capacity battery element 1 can be obtained.
【0122】タブ4a,4bには、図2に示すように、
薄片状の金属からなるリード21が結合される。その結
果、リード21と電池要素の正極及び負極とが電気的に
結合される。タブ4a同士、4b同士の結合及びタブ4
a,4bとリード21との結合はスポット溶接等の抵抗
溶接、超音波溶着あるいはレーザ溶接によって行うこと
ができる。As shown in FIG. 2, the tabs 4a and 4b are
Leads 21 made of flaky metal are joined. As a result, the lead 21 and the positive and negative electrodes of the battery element are electrically coupled. Connection between tabs 4a and 4b and tab 4
The a and 4b can be connected to the lead 21 by resistance welding such as spot welding, ultrasonic welding or laser welding.
【0123】本発明においては、上記正極リードと負極
リードの少なくとも一方のリード21好ましくは両方の
リードとして、焼鈍金属を使用するのが好ましい。その
結果、強度のみならず折れ曲げ耐久性に優れた電池とす
ることができる。In the present invention, it is preferable to use an annealed metal as at least one of the positive electrode lead 21 and the negative electrode lead 21 and preferably both of them. As a result, not only the strength but also the bending durability can be made excellent.
【0124】リードに使用する金属の種類としては、一
般的にアルミニウムや銅、ニッケルやSUSなどを用い
ることができる。正極のリードとして好ましい材料はア
ルミニウムである。また、負極のリードとして好ましい
材質は銅である。Generally, aluminum, copper, nickel, SUS or the like can be used as the kind of metal used for the leads. The preferred material for the positive electrode lead is aluminum. A preferable material for the negative electrode lead is copper.
【0125】リード21の厚さは、通常1μm以上、好
ましくは10μm以上、更に好ましくは20μm以上、
最も好ましくは40μm以上である。薄すぎると引張強
度等リードの機械的強度が不十分になる傾向にある。ま
た、リードの厚さは、通常1000μm以下、好ましく
は500μm以下、さらに好ましくは100μm以下で
ある。厚すぎると折り曲げ耐久性が悪化する傾向にあ
り、また、ケースによる電池要素の封止が困難になる傾
向にある。リードに焼鈍金属を使用することによる利点
は、リードの厚さが厚いほど顕著である。The thickness of the lead 21 is usually 1 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more,
Most preferably, it is 40 μm or more. If it is too thin, the mechanical strength of the lead such as tensile strength tends to be insufficient. The thickness of the lead is usually 1000 μm or less, preferably 500 μm or less, more preferably 100 μm or less. If it is too thick, the bending durability tends to deteriorate, and sealing of the battery element by the case tends to become difficult. The advantage of using an annealed metal for the leads is more pronounced as the leads are thicker.
【0126】リードの幅は通常1mm以上20mm以
下、特に1mm以上10mm以下程度であり、リードの
外部への露出長さは通常1mm以上50mm以下程度で
ある。The width of the lead is usually 1 mm or more and 20 mm or less, particularly 1 mm or more and 10 mm or less, and the exposed length of the lead to the outside is usually 1 mm or more and 50 mm or less.
【0127】本発明において、リチウム二次電池要素を
収納するケースに用いる外装材は、形状可変性を有する
ものが好ましい。形状可変性の外装材であれば、種々の
形状の電池を作成しやすいばかりでなく、真空状態下で
外装材を封止した場合に、電池要素の電極間の貼り合わ
せを強化する機能を付与することができ、その結果、サ
イクル特性などの電池特性を向上させることができる。
外装材の厚さは、薄ければ薄いほど電池の体積エネルギ
ー密度や重量エネルギー密度が大きくなるので好ましい
ばかりでなく、強度そのものが相対的に低くなり過充電
時にふくれやすくなるため、本発明の効果が特に顕著と
なる。外装材の厚みは通常0.2mm以下、好ましくは
0.15mm以下である。ただし、あまりに薄いのは強
度不足が顕著になり、水分等も透過しやすくなるので、
通常0.01mm以上、好ましくは0.02mm以上で
ある。In the present invention, it is preferable that the exterior material used in the case for accommodating the lithium secondary battery element has shape changeability. A shape-variable exterior material not only makes it easy to create batteries of various shapes, but also adds a function to strengthen the bonding between the electrodes of the battery elements when the exterior material is sealed under vacuum. As a result, battery characteristics such as cycle characteristics can be improved.
The thickness of the outer casing is not only preferable because the thinner the volume energy density and the weight energy density of the battery are, but also the strength itself is relatively low and the battery easily swells when overcharged. Is especially noticeable. The thickness of the exterior material is usually 0.2 mm or less, preferably 0.15 mm or less. However, if it is too thin, the lack of strength will be noticeable and it will be easier for moisture and the like to permeate.
It is usually 0.01 mm or more, preferably 0.02 mm or more.
【0128】外装材の材料としては、アルミニウム、ニ
ッケルメッキした鉄、銅等の金属、合成樹脂等を用いる
ことができる。好ましくは、ガスバリア層と樹脂層とが
設けられたラミネートフィルム、特に、ガスバリア層の
両面に樹脂層が設けられたラミネートフィルムである。
このようなラミネートフィルムは、高いガスバリア性を
有すると共に、高い形状可変性と、薄さを有する。その
結果、外装材の薄膜化・軽量化が可能となり、電池の体
積当たりの容量を向上させることができるようになる。
また、このような剛性の弱いラミネートフィルムを用い
た場合は、過充電時に電池がふくれて電池が破裂し易く
なるので、過充電時の安全性を向上させるという本発明
の効果が一層顕著に発揮される。As the material of the exterior material, aluminum, nickel-plated iron, metal such as copper, synthetic resin or the like can be used. A laminate film having a gas barrier layer and a resin layer is preferable, and a laminate film having a resin layer on both sides of the gas barrier layer is preferable.
Such a laminated film has high gas barrier properties, high shape variability, and thinness. As a result, it is possible to reduce the thickness and weight of the exterior material, and to improve the capacity per volume of the battery.
Further, when such a laminate film having low rigidity is used, the battery is likely to swell and burst during overcharge, and thus the effect of the present invention of improving safety during overcharge is more significantly exhibited. To be done.
【0129】ラミネートフィルムに使用するガスバリア
層の材料としては、アルミニウム、鉄、銅、ニッケル、
チタン、モリブデン、金等の金属やステンレスやハステ
ロイ等の合金、酸化ケイ素や酸化アルミニウム等の金属
酸化物を使用することができる。好ましくは、軽量で加
工性に優れるアルミニウムである。Materials for the gas barrier layer used for the laminate film include aluminum, iron, copper, nickel,
Metals such as titanium, molybdenum, and gold, alloys such as stainless steel and Hastelloy, and metal oxides such as silicon oxide and aluminum oxide can be used. Aluminum is preferable because it is lightweight and excellent in workability.
【0130】樹脂層に使用する樹脂としては、熱可塑性
プラスチック、熱可塑性エラストマー類、熱硬化性樹
脂、プラスチックアロイ等各種の合成樹脂を使うことが
できる。これらの樹脂にはフィラー等の充填材が混合さ
れていてもよい。As the resin used for the resin layer, various synthetic resins such as thermoplastics, thermoplastic elastomers, thermosetting resins and plastic alloys can be used. Fillers such as fillers may be mixed with these resins.
【0131】具体的なラミネートフィルムの構成として
は、図14(A)に示すように、金属層(ガスバリア
層)40と合成樹脂層41が積層されたものを使用する
ことができる。また、さらに好ましいラミネートフィル
ムは、図14(B)に示すように金属層(ガスバリア
層)40の外周面に外側保護層として機能するための合
成樹脂層41を設けると共に、内側面に電解質による腐
蝕やガスバリア層と電池要素との接触を防止したりガス
バリア層を保護するための内側保護層として機能する合
成樹脂層42を積層した三層構造体としたものである。As a concrete structure of the laminate film, as shown in FIG. 14A, a laminate of a metal layer (gas barrier layer) 40 and a synthetic resin layer 41 can be used. 14B, a more preferable laminated film is provided with a synthetic resin layer 41 for functioning as an outer protective layer on the outer peripheral surface of a metal layer (gas barrier layer) 40, and is corroded by an electrolyte on the inner side surface. A three-layer structure in which a synthetic resin layer 42 that functions as an inner protective layer for preventing contact between the gas barrier layer and the battery element and protecting the gas barrier layer is laminated.
【0132】この場合、外側保護層に使用する樹脂は、
好ましくはポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリオ
レフィン、アイオノマー、非晶性ポリオレフィン、ポリ
エチレンテレフタレート、ポリアミド等の耐薬品性や機
械的強度に優れた樹脂が望ましい。In this case, the resin used for the outer protective layer is
Resins having excellent chemical resistance and mechanical strength such as polyethylene, polypropylene, modified polyolefins, ionomers, amorphous polyolefins, polyethylene terephthalate and polyamides are preferable.
【0133】内側保護層の樹脂としては、耐薬品性の合
成樹脂が用いられ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、変性ポリオレフィン、アイオノマー、エチレン−
酢酸ビニル共重合体等を用いることができる。As the resin for the inner protective layer, a chemically resistant synthetic resin is used, and examples thereof include polyethylene, polypropylene, modified polyolefin, ionomer, ethylene-
A vinyl acetate copolymer or the like can be used.
【0134】また、ラミネートフィルムは、図14
(C)に示すように金属層(ガスバリア層)40と保護
層形成用合成樹脂層41、耐蝕層形成用合成樹脂層42
間にそれぞれ接着剤層43を設けることもできる。さら
にまた、外装材同士を接着するために、複合材の最内面
に溶着可能なポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂か
らなる接着層を設けることもできる。The laminated film is shown in FIG.
As shown in (C), a metal layer (gas barrier layer) 40, a protective layer-forming synthetic resin layer 41, and a corrosion-resistant layer-forming synthetic resin layer 42.
An adhesive layer 43 may be provided between them. Furthermore, in order to adhere the exterior materials to each other, an adhesive layer made of a resin such as polyethylene or polypropylene that can be welded can be provided on the innermost surface of the composite material.
【0135】このようなラミネートフィルムの厚みは、
通常10〜1000μm、好ましくは50〜200μm
である。この厚みが薄過ぎると強度が劣り、厚すぎると
加工性が低下する。The thickness of such a laminated film is
Usually 10 to 1000 μm, preferably 50 to 200 μm
Is. If the thickness is too thin, the strength will be poor, and if it is too thick, the workability will be poor.
【0136】本発明においては、放熱を確保する観点か
ら金属箔を間に挟んだ樹脂層/金属箔/樹脂層の構造の
ラミネートフィルムが特に好ましく、この場合、樹脂層
の厚みは10〜100μm、金属箔の厚みは10〜10
0μmであることが好ましい。In the present invention, a laminated film having a structure of resin layer / metal foil / resin layer sandwiching a metal foil between them is particularly preferable from the viewpoint of ensuring heat dissipation. In this case, the thickness of the resin layer is 10 to 100 μm. The thickness of the metal foil is 10 to 10
It is preferably 0 μm.
【0137】このようなラミネートフィルムから、ケー
ス形状の外装材を成形するには、フィルム状体の周囲を
融着して形成してもよく、シート状体を真空成形、圧空
成形、プレス成形等によって絞り成形してもよい。ま
た、合成樹脂を射出成形することによって成形すること
もできる。射出成形によるときは、金属箔等のガスバリ
ア層はスパッタリング等によって形成されるのが通常で
ある。In order to form a case-shaped exterior material from such a laminated film, the periphery of the film-like body may be fusion-bonded, and the sheet-like body may be vacuum-formed, pressure-formed, press-formed, or the like. You may draw by. It can also be molded by injection molding a synthetic resin. When injection molding is used, a gas barrier layer such as a metal foil is usually formed by sputtering or the like.
【0138】外装材に凹部よりなる収容部を設けるには
絞り加工等によって行うことができる。[0138] To form the accommodating portion formed of the concave portion in the exterior material, drawing processing or the like can be performed.
【0139】また、本発明のリチウム二次電池の厚み
は、通常0.1mm以上、0.2mm以上、より好まし
くは0.4mm以上、一方、通常10mm以下、好まし
くは4mm以下、より好ましくは3.5mm以下、特に
好ましくは3mm以下である。リチウム二次電池が厚す
ぎると放熱効率が低下する。また、伝熱に時間を要する
ため中心部の蓄熱が進みすぎることがある。薄すぎると
容量が低下する。The thickness of the lithium secondary battery of the present invention is usually 0.1 mm or more, 0.2 mm or more, more preferably 0.4 mm or more, while it is usually 10 mm or less, preferably 4 mm or less, more preferably 3 mm. It is 0.5 mm or less, particularly preferably 3 mm or less. If the lithium secondary battery is too thick, the heat dissipation efficiency will decrease. Further, since heat transfer takes time, heat storage in the central portion may proceed too much. If it is too thin, the capacity will decrease.
【0140】本発明のリチウム二次電池が電源として使
用される電気機器としては特に限定されない。上記電気
機器として、例えば、ノートパソコン、ペン入力パソコ
ン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電
話、コードレスフォン子機、ページャー、ハンディータ
ーミナル、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンタ
ー、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレ
ビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディ
スク、電気シェーバー、トランシーバー、電子手帳、電
卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、
バックアップ電源、モーター、照明器具、玩具、ゲーム
機器、ロードコンディショナー、時計、ストロボ、カメ
ラ、医療機器(ペースメーカー、補聴器、肩もみ機な
ど)等を挙げることができる。The electrical equipment in which the lithium secondary battery of the present invention is used as a power source is not particularly limited. Examples of the electric device include a laptop computer, a pen input personal computer, a mobile personal computer, an electronic book player, a mobile phone, a cordless phone handset, a pager, a handy terminal, a mobile fax, a mobile copy, a mobile printer, a headphone stereo, a video movie, a liquid crystal display. TV, handy cleaner, portable CD, mini disk, electric shaver, transceiver, electronic organizer, calculator, memory card, portable tape recorder, radio,
Examples include backup power supplies, motors, lighting equipment, toys, game machines, road conditioners, watches, strobes, cameras, medical equipment (pacemakers, hearing aids, shoulder massagers, etc.) and the like.
【0141】これら様々な電気機器のうち、本発明のリ
チウム二次電池を電源として用いるのが好ましいのは、
携帯電話、時計、モバイルパソコン等の人間が携帯して
持ち歩くような電気機器である。このような電気機器は
特に安全性が高い事が望まれるので、本発明を用いる効
果が顕著となる。Of these various electric devices, it is preferable to use the lithium secondary battery of the present invention as a power source.
It is an electric device such as a mobile phone, a watch, and a mobile personal computer that can be carried around by a person. Since it is desired that such an electric device has particularly high safety, the effect of using the present invention becomes remarkable.
【0142】[0142]
【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明するが、本発明は下記実施例により何ら
限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲に
おいて適宜変更し実施することができる。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the following examples, and may be appropriately modified within the scope of the invention. It can be carried out.
【0143】なお、以下において、組成中の「部」は
「重量部」を示す。In the following, "parts" in the composition means "parts by weight".
【0144】実施例1
[正極の製造]コバルト及びアルミニウムでニッケルサ
イトの一部が置換されたリチウムニッケル複合酸化物
(LiαNiXCoYAlZO2(α=1.02,X=
0.82,Y=0.15,Z=0.03))(比表面積
0.4m2/g,平均2次粒径10μm)90部、アセ
チレンブラック5部、ポリフッ化ビニリデン5部及びN
−メチル−2−ピロリドン80部を混練機により2時間
混練し正極塗料1とした。Example 1 [Production of Positive Electrode] Lithium-nickel composite oxide (Li α Ni X Co Y Al Z O 2 (α = 1.02, X =
0.82, Y = 0.15, Z = 0.03)) (specific surface area 0.4 m 2 / g, average secondary particle size 10 μm) 90 parts, acetylene black 5 parts, polyvinylidene fluoride 5 parts and N
80 parts of -methyl-2-pyrrolidone was kneaded with a kneader for 2 hours to obtain a positive electrode coating material 1.
【0145】次に、正極塗料1を20μm厚のアルミニ
ウム集電体基材上に、エクストルージョン型のダイコー
ティングによって塗布、乾燥し、活物質がバインダーに
よって集電体上に結着された多孔質膜からなる正極活物
質層を形成し、次いで、ロールプレス(カレンダー)を
用いて圧密後、電極部を3cm×5cmのサイズに切断
し正極1とした。形成された正極活物質層の厚みは55
μmである。Next, the positive electrode coating material 1 was applied onto an aluminum current collector base material having a thickness of 20 μm by an extrusion type die coating and dried, and the active material was bound to the current collector by a binder to form a porous material. A positive electrode active material layer made of a film was formed, then, after consolidation using a roll press (calender), the electrode portion was cut into a size of 3 cm × 5 cm to obtain a positive electrode 1. The thickness of the formed positive electrode active material layer is 55.
μm.
【0146】[負極の製造]グラファイト(平均粒径1
5μm)90部、ポリフッ化ビニリデン10部及びN−
メチル−2−ピロリドン100部を、混練機により2時
間混練し、負極塗料1とした。[Production of Negative Electrode] Graphite (Average particle size: 1
5 μm) 90 parts, polyvinylidene fluoride 10 parts and N-
Negative electrode paint 1 was obtained by kneading 100 parts of methyl-2-pyrrolidone for 2 hours with a kneader.
【0147】次に、負極塗料1を20μm厚の銅集電体
基材上にエクストルージョン型のダイコーティングによ
って塗布、乾燥し、活物質がバインダーによって集電体
上に結着された多孔質膜からなる負極活物質層を形成
し、次いで、ロールプレス(カレンダー)を用いて圧密
後、電極部を3cm×5cmに切断し、負極1とした。
形成された負極活物質層の厚みは60μmである。Next, the negative electrode coating material 1 was applied onto a copper current collector substrate having a thickness of 20 μm by extrusion type die coating and dried, and the active material was bound by a binder to the porous film. A negative electrode active material layer consisting of was formed, then, after consolidation using a roll press (calender), the electrode portion was cut into 3 cm × 5 cm to obtain a negative electrode 1.
The thickness of the formed negative electrode active material layer is 60 μm.
【0148】[電解質塗料の製造]1M濃度のLiPF
6を含有する、エチレンカーボネート、プロピレンカー
ボネートの混合液(体積比率;エチレンカーボネート:
プロピレンカーボネート=1:1)925部、テトラエ
チレングルコールジアクリレート44部、ポリエチレン
オキシドトリアクリレート22部、重合開始剤2部及び
添加剤(無水コハク酸)9部を混合攪拌溶解し、電解質
塗料1とした。[Production of Electrolyte Paint] 1M LiPF
Mixed solution of ethylene carbonate and propylene carbonate containing 6 (volume ratio; ethylene carbonate:
Propylene carbonate = 1: 1) 925 parts, tetraethylene glycol diacrylate 44 parts, polyethylene oxide triacrylate 22 parts, polymerization initiator 2 parts and additive (succinic anhydride) 9 parts are mixed and stirred to dissolve, and electrolyte coating 1 And
【0149】[電池の作成と過充電試験]正極1、負極
1に電解質塗料1を塗布し、別に電解質塗料1に浸した
ポリエチレン製多孔質フィルム(厚み15μm)を間に
挟んで積層した後、90℃で10分加熱することにより
電解質を非流動化して、図11に示すような、正極、負
極、及び非流動化性電解質を有する平板状の単位電池要
素を作成した。[Battery Preparation and Overcharge Test] The positive electrode 1 and the negative electrode 1 were coated with the electrolyte paint 1, and a polyethylene porous film (thickness: 15 μm) dipped in the electrolyte paint 1 was sandwiched between them to form a laminate. The electrolyte was non-fluidized by heating at 90 ° C. for 10 minutes to prepare a flat unit battery element having a positive electrode, a negative electrode, and a non-fluidizable electrolyte as shown in FIG.
【0150】得られた単位電池要素の端子部に電流を取
り出すリードを接続した。その後、アルミニウム層(厚
み40μm)の内側にポリプロピレン層(厚み40μ
m)を、外側にポリアミド層(厚み25μm)を有する
厚さ約100μm、長辺6.5cm、短片4cmのラミ
ネートフィルムを対向成形した外装材に収容後、真空シ
ールして図8及び9のようなリチウム二次電池を得た。
このように作成した平板状電池Aの電池容量Cは32m
Ahであり、電池表面積Sは52.4cm2、接合片面
積割合は26%、電池の厚みは0.36mmで、表面積
容量比S/Cは1.63であった。A lead for taking out a current was connected to the terminal portion of the obtained unit battery element. Then, inside the aluminum layer (thickness 40 μm), the polypropylene layer (thickness 40 μm)
8) and (m) are housed in a facing film of a laminate film having a polyamide layer (thickness of 25 μm) and a thickness of about 100 μm, a long side of 6.5 cm, and a short piece of 4 cm, and vacuum-sealed as shown in FIGS. A lithium secondary battery was obtained.
The battery capacity C of the flat battery A thus created is 32 m.
The battery surface area S was 52.4 cm 2 , the joint piece area ratio was 26%, the battery thickness was 0.36 mm, and the surface area capacity ratio S / C was 1.63.
【0151】ここで、放電容量Cの測定は以下のように
して行った。即ち、1C(32mA)で4.2Vまで定
電流充電を行い、次いで、1時間における充電電流値の
変化が10%以内となるまで4.2Vでの定電圧充電を
行うことにより、電池Aを満充電状態とした。そして、
4.2Vから10時間で3.0Vになるような電流値で
3.0Vまで放電することにより、電池容量を求めた。
この放電容量の測定方法は、以下の実施例2〜7、比較
例1においても同様である。Here, the discharge capacity C was measured as follows. That is, the battery A was charged at a constant current of 1 C (32 mA) to 4.2 V, and then at 4.2 V until the change in the charging current value within 1 hour was within 10%. Fully charged. And
The battery capacity was obtained by discharging from 4.2 V to 3.0 V at a current value such that it becomes 3.0 V in 10 hours.
The method for measuring the discharge capacity is the same in Examples 2 to 7 and Comparative Example 1 below.
【0152】この平板状電池Aに対して過充電試験を行
なった。An overcharge test was conducted on this flat battery A.
【0153】過充電試験は上限電圧を10Vに設定し、
電池を放電状態から3C(96mA)の定電流で120
分間充電を行なった。その結果、過充電状態での電池の
発煙、発火は観測されず、この平板状電池Aは3Cの過
充電に耐え得る安全性の高い電池であることが確認され
た。In the overcharge test, the upper limit voltage is set to 10V,
120C at constant current of 3C (96mA) from discharged state
Charged for a minute. As a result, no smoking or ignition of the battery was observed in the overcharged state, and it was confirmed that the flat battery A is a highly safe battery that can withstand the overcharge of 3C.
【0154】実施例2
実施例1で作製した単位電池要素を2組積層し、端子部
をまとめてリードに接続したこと以外は、実施例1と同
様にして平板状電池Bを作成した。Example 2 A flat battery B was prepared in the same manner as in Example 1 except that two sets of the unit battery elements prepared in Example 1 were laminated and the terminals were collectively connected to the leads.
【0155】平板状電池Bの電池容量Cは64mAhで
あり、電池表面積Sは52.4cm 2、接合片面積割合
は26%、電池の厚みは0.52mmで、表面積容量比
S/Cは0.82であった。The battery capacity C of the flat battery B is 64 mAh.
Yes, battery surface area S is 52.4 cm Two, Joint piece area ratio
Is 26%, the battery thickness is 0.52 mm, and the surface area capacity ratio
The S / C was 0.82.
【0156】この平板状電池Bに対して過充電試験を行
なった。An overcharge test was conducted on this flat battery B.
【0157】過充電試験は上限電圧を10Vに設定し、
電池を放電状態から3C(192mA)の定電流で12
0分間充電を行なった。その結果、過充電状態での電池
の発煙、発火は観測されず、この平板状電池Bは3Cの
過充電に耐え得る安全性の高い電池であることが確認さ
れた。In the overcharge test, the upper limit voltage is set to 10V,
The battery is discharged at a constant current of 3 C (192 mA) for 12
It was charged for 0 minutes. As a result, no smoke or ignition of the battery was observed in the overcharged state, and it was confirmed that the flat battery B is a highly safe battery that can withstand the overcharge of 3C.
【0158】実施例3
実施例1において正極、負極のサイズを5.2cm×
3.3cmに変更し、これをそれぞれ正極2、負極2と
した。正極2及び負極2を用いたこと以外は実施例1と
同様にして単位電池要素を作成し、この単位電池要素を
20組積層し端子部をまとめてリードに接続した。実施
例1で用いたものと同様のラミネートフィルムはあらか
じめ図6のように対向成形し外装材とした。これ以外は
実施例1と同様にして平板状電池Cを作成した。Example 3 In Example 1, the size of the positive electrode and the negative electrode was 5.2 cm ×
The thickness was changed to 3.3 cm, which were designated as positive electrode 2 and negative electrode 2, respectively. A unit battery element was prepared in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode 2 and the negative electrode 2 were used, 20 sets of this unit battery element were stacked, and the terminal portions were collectively connected to the leads. A laminated film similar to that used in Example 1 was formed in advance as an exterior material by facing molding as shown in FIG. A flat plate battery C was prepared in the same manner as in Example 1 except for this.
【0159】平板状電池Cの電池容量Cは730mAh
であり、電池表面積Sは55.6cm2、接合片面積割
合は14.8%、電池の厚みは3.3mmで、表面積容
量比S/Cは0.076であった。The battery capacity C of the flat battery C is 730 mAh.
The battery surface area S was 55.6 cm 2 , the joint piece area ratio was 14.8%, the battery thickness was 3.3 mm, and the surface area capacity ratio S / C was 0.076.
【0160】この平板状電池Cに対して過充電試験を行
なった。An overcharge test was conducted on this flat battery C.
【0161】過充電試験は上限電圧を10Vに設定し、
電池を放電状態から3C(2190mA)の定電流で1
20分間充電を行なった。その結果、過充電状態での電
池の発煙、発火は観測されず、この平板状電池Cは3C
の過充電に耐え得る安全性の高い電池であることが確認
された。In the overcharge test, the upper limit voltage is set to 10V,
1 at 3C (2190mA) constant current from discharged battery
It was charged for 20 minutes. As a result, no smoking or ignition of the battery was observed in the overcharged state, and the flat battery C was 3C.
It was confirmed that the battery is highly safe and can withstand overcharging.
【0162】実施例4
実施例1におけるリチウムニッケル複合酸化物の代り
に、リチウムニッケル複合酸化物(LiαNiXCoY
AlZO2(α=1.05,X=0.82,Y=0.1
5,Z=0.03))(比表面積1.1m2/g,平均
2次粒径10μm)を用いたこと以外は同様にして正極
塗料2を製造し、この正極塗料2を用いて同様に正極3
を作成し、この正極3を単位電池要素に用いたこと以外
は実施例1と同様にして平板状電池Dを作成した。Example 4 Instead of the lithium nickel composite oxide in Example 1, a lithium nickel composite oxide (Li α Ni X Co Y Y) was used.
Al Z O 2 (α = 1.05, X = 0.82, Y = 0.1
5, Z = 0.03)) (specific surface area 1.1 m 2 / g, average secondary particle size 10 μm), except that the positive electrode coating material 2 was manufactured in the same manner, and the same positive electrode coating material 2 was used. Positive electrode 3
Was prepared, and a flat battery D was prepared in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode 3 was used as a unit battery element.
【0163】この平板状電池Dの電池容量は31mAh
であり、電池表面積Sは52.4cm2、接合片面積割
合は26%、電池の厚みは0.35mmで、表面積容量
比S/Cは1.68であった。The battery capacity of this flat battery D is 31 mAh.
The battery surface area S was 52.4 cm 2 , the joint piece area ratio was 26%, the battery thickness was 0.35 mm, and the surface area capacity ratio S / C was 1.68.
【0164】この平板状電池Dに対して過充電試験を行
なった。An overcharge test was conducted on the flat battery D.
【0165】過充電試験は上限電圧を10Vに設定し、
電池を放電状態から3C(93mA)の定電流で120
分間充電を行なった。その結果、過充電状態での電池の
発煙、発火は観測されず、この平板状電池Dは3Cの過
充電に耐え得る安全性の高い電池であることが確認され
た。In the overcharge test, the upper limit voltage is set to 10V,
The battery is discharged from the discharged state at a constant current of 3 C (93 mA) for 120
Charged for a minute. As a result, no smoking or ignition of the battery was observed in the overcharged state, and it was confirmed that the flat battery D is a highly safe battery that can withstand the overcharge of 3C.
【0166】実施例5
実施例1において、リチウムニッケル複合酸化物を、リ
チウムニッケル複合酸化物(LiαNiXCoYAlZ
O2(α=1.01,X=0.80,Y=0.15,Z
=0.05))(比表面積0.8m2/g,平均2次粒
径8μm)とコバルト酸リチウム(LiCoO2)(比
表面積0.5m2/g,平均2次粒径5μm)とに代
え、リチウムニッケル複合酸化物:コバルト酸リチウム
=7:3(重量比)の割合で混合して用いたこと以外は
同様にして正極塗料3を調製し、この正極塗料3を用い
て、実施例3での正極の充電容量と負極容量との比を等
しくなるように正極活物質層と負極活物質層との厚さを
調整したこと以外、実施例3と同様にして、正極、負極
のサイズが5.2cm×3.3cmの単位電池要素を2
0個積層して平板状電池Eを作成した。Example 5 In Example 1, the lithium nickel composite oxide was replaced by a lithium nickel composite oxide (Li α Ni X Co Y Al Z).
O 2 (α = 1.01, X = 0.80, Y = 0.15, Z
= 0.05)) (specific surface area 0.8 m 2 / g, average secondary particle size 8 μm) and lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) (specific surface area 0.5 m 2 / g, average secondary particle size 5 μm) Instead, a positive electrode coating material 3 was prepared in the same manner except that the lithium nickel composite oxide: lithium cobalt oxide = 7: 3 (weight ratio) was used as a mixture. In the same manner as in Example 3, except that the thicknesses of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer were adjusted so that the ratio between the positive electrode charging capacity and the negative electrode capacity in Example 3 was adjusted, the sizes of the positive electrode and the negative electrode were adjusted. 2 unit battery elements of 5.2 cm x 3.3 cm
A flat battery E was prepared by stacking 0 batteries.
【0167】この平板状電池Eの電池容量Cは700m
Ahであり、電池表面積Sは55.4cm2、接合片面
積割合は14.9%、電池の厚みは3.2mmで、表面
積容量比S/Cは0.079であった。The battery capacity C of this flat battery E is 700 m.
The battery surface area S was 55.4 cm 2 , the joint piece area ratio was 14.9%, the battery thickness was 3.2 mm, and the surface area capacity ratio S / C was 0.079.
【0168】この平板状電池Eに対して過充電試験を行
なった。An overcharge test was conducted on this flat battery E.
【0169】過充電試験は上限電圧を10Vに設定し、
電池を放電状態から3C(2100mA)の定電流で1
20分間充電を行なった。その結果、過充電状態での電
池の発煙、発火は観測されず、この平板状電池Eは3C
の過充電に耐え得る安全性の高い電池であることが確認
された。In the overcharge test, the upper limit voltage is set to 10V,
1 at constant current of 3C (2100mA) from discharged battery
It was charged for 20 minutes. As a result, no smoking or ignition of the battery was observed in the overcharged state, and the flat battery E was 3C
It was confirmed that the battery is highly safe and can withstand overcharging.
【0170】比較例1
実施例3において、単位電池要素を40組積層したこと
以外は同様にして平板状電池Fを作成した。Comparative Example 1 A flat battery F was prepared in the same manner as in Example 3 except that 40 unit battery elements were laminated.
【0171】平板状電池Fの電池容量Cは1460mA
hであり、電池表面積Sは61.2cm2、接合片面積
割合は13.5%、電池の厚みは6.4mmで、表面積
容量比S/Cは0.042であった。The battery capacity C of the flat battery F is 1460 mA.
h, the battery surface area S was 61.2 cm 2 , the joint piece area ratio was 13.5%, the battery thickness was 6.4 mm, and the surface area capacity ratio S / C was 0.042.
【0172】この平板状電池Fに対して過充電試験を行
なった。An overcharge test was conducted on this flat battery F.
【0173】過充電試験は上限電圧を10Vに設定し、
電池を放電状態から3C(4380mA)の定電流で最
大120分間の設定で行なった。その結果、試験開始3
0分後に電池は発火した。In the overcharge test, the upper limit voltage is set to 10V,
The battery was discharged at a constant current of 3 C (4380 mA) for a maximum of 120 minutes. As a result, test start 3
The battery ignited after 0 minutes.
【0174】以上の結果を表2にまとめて示す。The above results are summarized in Table 2.
【0175】[0175]
【表2】 [Table 2]
【0176】表2より、本発明のリチウム二次電池は過
充電時の安全性が高いことがわかる。From Table 2, it is understood that the lithium secondary battery of the present invention has high safety during overcharge.
【0177】実施例6
[正極の製造]実施例1において、リチウムニッケル複
合酸化物を、リチウムニッケル複合酸化物(LiαNi
XCoYAlZO2(α=1.05,X=0.82,Y
=0.15,Z=0.03))(比表面積0.5m2/
g,平均2次粒径7μm)とコバルト酸リチウム(Li
CoO2)(比表面積0.5m2/g,平均2次粒径5
μm)とに代えた点、さらに、上記リチウムニッケル複
合酸化物64.4部、上記コバルト酸リチウム27.6
部、アセチレンブラック4部、ポリフッ化ビニリデン4
部(重量比)の割合で混合した点以外は、実施例1と同
様にして正極塗料4を調製した。Example 6 [Production of Positive Electrode] In Example 1, the lithium nickel composite oxide was replaced by a lithium nickel composite oxide (Li α Ni
X Co Y Al Z O 2 (α = 1.05, X = 0.82, Y
= 0.15, Z = 0.03)) (specific surface area 0.5 m 2 /
g, average secondary particle size 7 μm) and lithium cobalt oxide (Li
CoO 2 ) (specific surface area 0.5 m 2 / g, average secondary particle size 5
μm), 64.4 parts of the lithium nickel composite oxide, and 27.6 of the lithium cobalt oxide.
Part, acetylene black 4 parts, polyvinylidene fluoride 4
A positive electrode coating material 4 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the components were mixed at a ratio of parts (weight ratio).
【0178】次に、正極塗料4を15μm厚のアルミニ
ウム集電体基材上に、エクストルージョン型のダイコー
ティングによって塗布、乾燥し、活物質がバインダーに
よって集電体上に結着された多孔質膜からなる正極活物
質層を形成し、次いで、ロールプレス(カレンダー)を
用いて圧密後、電極部を3.2cm×5.2cmのサイ
ズに切断し正極4とした。形成された正極活物質層の厚
みは53.5μmである。Next, the positive electrode coating material 4 was applied onto an aluminum current collector base material having a thickness of 15 μm by extrusion type die coating and dried, and the active material was bound to the current collector by a binder to form a porous material. A positive electrode active material layer made of a film was formed, and then, after consolidation using a roll press (calender), the electrode portion was cut into a size of 3.2 cm × 5.2 cm to obtain a positive electrode 4. The thickness of the formed positive electrode active material layer is 53.5 μm.
【0179】[負極の製造]グラファイト(平均粒径1
5μm)91.8部、ポリフッ化ビニリデン8.2部及
びN−メチル−2−ピロリドン100部を、混練機によ
り2時間混練し、負極塗料2とした。[Production of Negative Electrode] Graphite (average particle size 1
5 μm) 91.8 parts, polyvinylidene fluoride 8.2 parts and N-methyl-2-pyrrolidone 100 parts were kneaded with a kneader for 2 hours to obtain a negative electrode coating material 2.
【0180】次に、負極塗料2を8μm厚の銅集電体基
材上にエクストルージョン型のダイコーティングによっ
て塗布、乾燥し、活物質がバインダーによって集電体上
に結着された多孔質膜からなる負極活物質層を形成し、
次いで、ロールプレス(カレンダー)を用いて圧密後、
電極部を3.3cm×5.25cmに切断し、負極4と
した。形成された負極活物質層の厚みは62.5μmで
ある。Next, the negative electrode coating material 2 was applied onto a copper current collector base material having a thickness of 8 μm by an extrusion type die coating and dried, and a porous film in which an active material was bound on the current collector by a binder. Forming a negative electrode active material layer consisting of
Then, after consolidation using a roll press (calendar),
The electrode portion was cut into a piece of 3.3 cm × 5.25 cm to obtain a negative electrode 4. The thickness of the formed negative electrode active material layer is 62.5 μm.
【0181】[電解質塗料の製造]1M濃度のLiPF
6を含有する、エチレンカーボネート、プロピレンカー
ボネートの混合液(体積比率;エチレンカーボネート:
プロピレンカーボネート=1:1)921部、フェニル
エーテル30部、テトラエチレングルコールジアクリレ
ート47部、ポリエチレンオキシドトリアクリレート2
3部、ジメチルスルホン10部、界面活性剤5部、重合
開始剤2部及び添加剤(無水コハク酸)9部を混合攪拌
溶解し、電解質塗料2とした。[Manufacture of Electrolyte Paint] 1M Concentration of LiPF
Mixed solution of ethylene carbonate and propylene carbonate containing 6 (volume ratio; ethylene carbonate:
Propylene carbonate = 1: 1) 921 parts, phenyl ether 30 parts, tetraethylene glycol diacrylate 47 parts, polyethylene oxide triacrylate 2
3 parts, 10 parts of dimethyl sulfone, 5 parts of a surfactant, 2 parts of a polymerization initiator and 9 parts of an additive (succinic anhydride) were mixed and stirred to prepare an electrolyte paint 2.
【0182】[電池の作成と過充電試験]正極4、負極
2に電解質塗料2を塗布し、別に電解質塗料2に浸した
ポリエチレン製多孔質フィルム(厚み9μm)を間に挟
んで積層した後、90℃で10分加熱することにより電
解質を非流動化して、図11に示すような、正極、負
極、及び非流動化性電解質を有する平板状の単位電池要
素を作成した。[Battery Preparation and Overcharge Test] The positive electrode 4 and the negative electrode 2 were coated with the electrolyte coating 2, and a polyethylene porous film (thickness: 9 μm) dipped in the electrolyte coating 2 was sandwiched between them for lamination. The electrolyte was non-fluidized by heating at 90 ° C. for 10 minutes to prepare a flat unit battery element having a positive electrode, a negative electrode, and a non-fluidizable electrolyte as shown in FIG.
【0183】次いで実施例3と同様にして、単位電池要
素を22個積層し、得られた単位電池要素の端子部をそ
れぞれまとめて、これに電流を取り出すリードを接続し
た。その後、アルミニウム層(厚み40μm)の内側に
ポリプロピレン層(厚み40μm)を、外側にポリアミ
ド層(厚み25μm)を有する厚さ約110μm、長辺
6.1cm、短片4cmのラミネートフィルムを対向成
形した外装材に収容後、真空シールして図8及び9のよ
うな平板状のリチウム二次電池Gを得た。このように作
成した平板状電池Gの電池容量Cは850mAhであ
り、電池表面積Sは55.0cm2、接合片面積割合は
20%、電池の厚みは3.78mmで、表面積容量比S
/Cは0.065であった。Then, in the same manner as in Example 3, 22 unit battery elements were laminated, the terminal portions of the obtained unit battery elements were put together, and a lead for taking out a current was connected to this. Then, a polypropylene layer (thickness 40 μm) inside the aluminum layer (thickness 40 μm) and a polyamide layer (thickness 25 μm) on the outside, a laminate film having a thickness of about 110 μm, a long side of 6.1 cm, and a short piece of 4 cm is formed by facing. After being housed in the material, it was vacuum-sealed to obtain a flat lithium secondary battery G as shown in FIGS. The battery capacity C of the flat battery G thus created is 850 mAh, the battery surface area S is 55.0 cm 2 , the joint piece area ratio is 20%, the battery thickness is 3.78 mm, and the surface area capacity ratio S is
/ C was 0.065.
【0184】この平板状電池Gに対して過充電試験を行
なった。An overcharge test was conducted on this flat plate battery G.
【0185】過充電試験は上限電圧を10Vに設定し、
電池を放電状態から1.8C相当(1440mA)の定
電流で120分間充電を行なった。その結果、過充電状
態での電池の発煙、発火は観測されず、この平板状電池
Gは1.8C相当の過充電に耐え得る安全性の高い電池
であることが確認された。In the overcharge test, the upper limit voltage is set to 10V,
The battery was charged from the discharged state for 120 minutes at a constant current equivalent to 1.8 C (1440 mA). As a result, no smoking or ignition of the battery was observed in the overcharged state, and it was confirmed that this flat plate battery G is a highly safe battery capable of withstanding overcharge equivalent to 1.8C.
【0186】実施例7
[正極の製造]実施例1において、リチウムニッケル複
合酸化物を、リチウムニッケル複合酸化物(LiαNi
XCoYAlZO2(α=1.05,X=0.82,Y
=0.15,Z=0.03))(比表面積0.5m2/
g,平均2次粒径7μm)とコバルト酸リチウム(Li
CoO2)(比表面積0.5m2/g,平均2次粒径5
μm)とに代えた点、さらに、リチウムニッケル複合酸
化物63部、コバルト酸リチウム27部、アセチレンブ
ラック5部、ポリフッ化ビニリデン5部(重量比)の割
合で混合した点以外は、実施例1と同様にして正極塗料
5を調製した。Example 7 [Production of Positive Electrode] In Example 1, the lithium nickel composite oxide was replaced by a lithium nickel composite oxide (Li α Ni
X Co Y Al Z O 2 (α = 1.05, X = 0.82, Y
= 0.15, Z = 0.03)) (specific surface area 0.5 m 2 /
g, average secondary particle size 7 μm) and lithium cobalt oxide (Li
CoO 2 ) (specific surface area 0.5 m 2 / g, average secondary particle size 5
Example 1 except that 63 parts of lithium nickel composite oxide, 27 parts of lithium cobalt oxide, 5 parts of acetylene black, and 5 parts of polyvinylidene fluoride (weight ratio) were mixed. A positive electrode coating material 5 was prepared in the same manner as in.
【0187】次に、正極塗料5を15μm厚のアルミニ
ウム集電体基材上に、エクストルージョン型のダイコー
ティングによって塗布、乾燥し、活物質がバインダーに
よって集電体上に結着された多孔質膜からなる正極活物
質層を形成し、次いで、ロールプレス(カレンダー)を
用いて圧密後、電極部を3.2cm×5.2cmのサイ
ズに切断し正極5とした。形成された正極活物質層の厚
みは51μmである。Next, the positive electrode coating material 5 was applied onto an aluminum current collector base material having a thickness of 15 μm by extrusion type die coating and dried, and the active material was bound to the current collector by a binder to form a porous material. A positive electrode active material layer made of a film was formed, and then, after consolidation using a roll press (calender), the electrode portion was cut into a size of 3.2 cm × 5.2 cm to obtain a positive electrode 5. The thickness of the formed positive electrode active material layer is 51 μm.
【0188】[負極の製造]グラファイト(平均粒径1
5μm)90部、ポリフッ化ビニリデン10部及びN−
メチル−2−ピロリドン100部を、混練機により2時
間混練し、負極塗料3とした。[Manufacture of Negative Electrode] Graphite (average particle size 1
5 μm) 90 parts, polyvinylidene fluoride 10 parts and N-
100 parts of methyl-2-pyrrolidone was kneaded with a kneader for 2 hours to obtain a negative electrode coating material 3.
【0189】次に、負極塗料1を10μm厚の銅集電体
基材上にエクストルージョン型のダイコーティングによ
って塗布、乾燥し、活物質がバインダーによって集電体
上に結着された多孔質膜からなる負極活物質層を形成
し、次いで、ロールプレス(カレンダー)を用いて圧密
後、電極部を3.3cm×5.25cmに切断し、負極
5とした。形成された負極活物質層の厚みは60.2μ
mである。Next, the negative electrode coating material 1 was applied onto a copper current collector base material having a thickness of 10 μm by extrusion type die coating and dried, and a porous film in which an active material was bound on the current collector by a binder. Was formed into a negative electrode active material layer, which was then compacted using a roll press (calender), and the electrode portion was cut into 3.3 cm × 5.25 cm to obtain a negative electrode 5. The thickness of the formed negative electrode active material layer is 60.2 μ.
m.
【0190】[電解質塗料の製造]1M濃度のLiPF
6を含有する、エチレンカーボネート、プロピレンカー
ボネートの混合液(体積比率;エチレンカーボネート:
プロピレンカーボネート=1:1)921部、フェニル
エーテル20部、テトラエチレングルコールジアクリレ
ート47部、ポリエチレンオキシドトリアクリレート2
3部、ジメチルスルホン10部、界面活性剤5部、重合
開始剤2部及び添加剤(無水コハク酸)9部を混合攪拌
溶解し、電解質塗料3とした。[Production of Electrolyte Paint] 1M LiPF
Mixed solution of ethylene carbonate and propylene carbonate containing 6 (volume ratio; ethylene carbonate:
Propylene carbonate = 1: 1) 921 parts, phenyl ether 20 parts, tetraethylene glycol diacrylate 47 parts, polyethylene oxide triacrylate 2
3 parts, 10 parts of dimethyl sulfone, 5 parts of a surfactant, 2 parts of a polymerization initiator and 9 parts of an additive (succinic anhydride) were mixed and stirred to prepare an electrolyte paint 3.
【0191】[電池の作成と過充電試験]正極5、負極
5に電解質塗料3を塗布し、別に電解質塗料3に浸した
ポリエチレン製多孔質フィルム(厚み9μm)を間に挟
んで積層した後、90℃で10分加熱することにより電
解質を非流動化して、図11に示すような、正極、負
極、及び非流動化性電解質を有する平板状の単位電池要
素を作成した。[Battery Preparation and Overcharge Test] The positive electrode 5 and the negative electrode 5 were coated with the electrolyte paint 3, and a polyethylene porous film (thickness: 9 μm) soaked in the electrolyte paint 3 was sandwiched between them for lamination. The electrolyte was non-fluidized by heating at 90 ° C. for 10 minutes to prepare a flat unit battery element having a positive electrode, a negative electrode, and a non-fluidizable electrolyte as shown in FIG.
【0192】次いで実施例3と同様にして、単位電池要
素を22個積層し、得られた単位電池要素の端子部をそ
れぞれまとめて、これに電流を取り出すリードを接続し
た。その後、アルミニウム層(厚み40μm)の内側に
ポリプロピレン層(厚み40μm)を、外側にポリアミ
ド層(厚み25μm)を有する厚さ約110μm、長辺
6.1cm、短片4cmのラミネートフィルムを対向成
形した外装材に収容後、真空シールして図8及び9のよ
うな平板状のリチウム二次電池Hを得た。このように作
成した平板状電池Hの電池容量Cは767mAhであ
り、電池表面積Sは54.8cm2、接合片面積割合は
20%、電池の厚みは3.66mmで、表面積容量比S
/Cは0.072であった。Then, in the same manner as in Example 3, 22 unit battery elements were laminated, the terminal portions of the obtained unit battery elements were put together, and the lead for taking out the current was connected to this. Then, a polypropylene layer (thickness 40 μm) inside the aluminum layer (thickness 40 μm) and a polyamide layer (thickness 25 μm) on the outside, a laminate film having a thickness of about 110 μm, a long side of 6.1 cm, and a short piece of 4 cm is formed by facing. After being housed in the material, vacuum sealing was performed to obtain a flat lithium secondary battery H as shown in FIGS. The battery capacity C of the flat battery H thus created is 767 mAh, the battery surface area S is 54.8 cm 2 , the joint piece area ratio is 20%, the battery thickness is 3.66 mm, and the surface area capacity ratio S is
/ C was 0.072.
【0193】この平板状電池Hに対して過充電試験を行
なった。An overcharge test was conducted on this flat plate battery H.
【0194】過充電試験は上限電圧を10Vに設定し、
電池を放電状態から1.8C相当(1296mA)の定
電流で120分間充電を行なった。その結果、過充電状
態での電池の発煙、発火は観測されず、この平板状電池
Hは1.8C相当の過充電に耐え得る安全性の高い電池
であることが確認された。In the overcharge test, the upper limit voltage is set to 10V,
The battery was charged from the discharged state at a constant current equivalent to 1.8 C (1296 mA) for 120 minutes. As a result, no smoking or ignition of the battery was observed in the overcharged state, and it was confirmed that this flat plate battery H is a highly safe battery capable of withstanding overcharge equivalent to 1.8C.
【0195】[0195]
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、正
極活物質として高容量のリチウムニッケル複合酸化物を
使用したリチウム二次電池であって、過充電に対する安
全性の高いリチウム二次電池が提供される。本発明のリ
チウム二次電池は、リチウム二次電池の容量当たりの面
積値を制御することにより、リチウム二次電池に本質的
な安全機能を付与するものであり、他の過充電対策を施
すことなく、安全性の高いリチウム二次電池を実現する
ことができる。また、他の過充電対策と併用することに
よって、より一層安全なリチウム二次電池とすることが
できる。As described in detail above, according to the present invention, a lithium secondary battery using a high-capacity lithium nickel composite oxide as a positive electrode active material, which is highly safe against overcharge, is used. Batteries are provided. The lithium secondary battery of the present invention imparts an essential safety function to the lithium secondary battery by controlling the area value per capacity of the lithium secondary battery, and other overcharging measures should be taken. And a highly safe lithium secondary battery can be realized. Further, by using it together with other measures against overcharge, it is possible to provide a safer lithium secondary battery.
【図1】実施の形態に係る電池の分解斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view of a battery according to an embodiment.
【図2】実施の形態に係る電池の要部の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the battery according to the embodiment.
【図3】電池要素の概略的な斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view of a battery element.
【図4】実施の形態に係る電池の斜視図(接合片部の固
着前)である。FIG. 4 is a perspective view of the battery according to the embodiment (before fixing the joining piece portion).
【図5】実施の形態に係る電池の斜視図(接合片部の固
着後)である。FIG. 5 is a perspective view of the battery according to the embodiment (after fixing the joining piece portion).
【図6】別の実施の形態に係る電池の製造途中の斜視図
である。FIG. 6 is a perspective view of a battery according to another embodiment in the process of being manufactured.
【図7】さらに別の実施の形態に係る電池の製造途中の
斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of the battery according to still another embodiment in the process of being manufactured.
【図8】さらに異なる実施の形態に係る電池の製造途中
の斜視図である。FIG. 8 is a perspective view of the battery according to another embodiment during manufacturing.
【図9】図8の電池の製作途中の平面図である。9 is a plan view of the battery of FIG. 8 during manufacture.
【図10】別の実施の形態に係る電池の斜視図である。FIG. 10 is a perspective view of a battery according to another embodiment.
【図11】単位電池要素の模式的な斜視図である。FIG. 11 is a schematic perspective view of a unit battery element.
【図12】正極又は負極の模式的な断面図である。FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a positive electrode or a negative electrode.
【図13】電池要素の模式的な断面図である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a battery element.
【図14】(A)〜(C)図はそれぞれ外装材を構成す
る複合材の一例を示す縦断面図である。14A to 14C are vertical cross-sectional views showing an example of a composite material that constitutes an exterior material.
1 電池要素 2,3,6,7,8,9 外装材 4a,4b タブ 21 リード 22 正極集電体 23 正極活物質 24 スペーサ(電解質層) 25 負極活物質 26 負極集電体 31 正極 31a 正極活物質 32 負極 32b 負極活物質 33 非流動性電解質層 35a 正極集電体 35b 負極集電体 40 ガスバリア層 41,42 合成樹脂層 43 接着剤層 1 Battery element 2,3,6,7,8,9 Exterior material 4a, 4b tabs 21 lead 22 Positive electrode current collector 23 Positive electrode active material 24 Spacer (electrolyte layer) 25 Negative electrode active material 26 Negative electrode current collector 31 Positive electrode 31a Positive electrode active material 32 negative electrode 32b Negative electrode active material 33 Non-fluidic electrolyte layer 35a Positive electrode current collector 35b Negative electrode current collector 40 gas barrier layer 41,42 Synthetic resin layer 43 Adhesive layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 4/58 H01M 4/58 Fターム(参考) 5H011 AA13 BB03 CC10 DD06 DD13 KK00 KK01 5H029 AJ12 AK03 AK05 AK15 AK16 AK18 AL01 AL02 AL06 AL07 AL12 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 BJ04 BJ12 BJ27 CJ08 DJ02 DJ16 HJ02 HJ04 HJ07 HJ19 5H050 AA03 AA15 BA16 BA17 CA02 CA08 CA11 CA19 CA20 CA26 CA29 CB01 CB02 CB07 CB08 CB12 FA17 GA10 HA02 HA04 HA07 HA19 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01M 4/58 H01M 4/58 F term (reference) 5H011 AA13 BB03 CC10 DD06 DD13 KK00 KK01 5H029 AJ12 AK03 AK05 AK15 AK16 AK18 AL01 AL02 AL06 AL07 AL12 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 BJ04 BJ12 BJ27 CJ08 DJ02 DJ16 HJ02 HJ04 HJ07 HJ19 5H050 AA03 AA15 BA16 BA17 CA02 CA08 CA11 CA19 CA20 CA26 CA29 CB01 HA07 HA04 HA07 GA07 HA04 GA02 HA04 GA02
Claims (10)
ムニッケル複合酸化物を正極活物質としたリチウム二次
電池要素をケース内に収納してなるリチウム二次電池に
おいて、 該リチウムニッケル複合酸化物の比表面積が0.1〜1
0m2/gであり、且つ、電池表面積S(cm2)と電
池容量C(mAh)との比である表面積容量比S/Cが
0.05〜5であるリチウム二次電池。1. A lithium secondary battery in which a lithium secondary battery element using a lithium nickel composite oxide containing lithium and nickel as a positive electrode active material is housed in a case. Surface area is 0.1-1
A lithium secondary battery having a surface area capacity ratio S / C of 0 to 5 m 2 and a ratio of the battery surface area S (cm 2 ) to the battery capacity C (mAh) of 0.05 to 5.
ある請求項1に記載のリチウム二次電池。2. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the battery surface area S is 1 to 200 cm 2 .
ある請求項1又は2に記載のリチウム二次電池。3. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the battery capacity C is 1 to 2000 mAh.
けられたラミネートフィルムよりなる請求項1乃至3の
いずれかに記載のリチウム二次電池。4. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the case is made of a laminate film provided with a gas barrier layer and a resin layer.
のいずれかに記載のリチウム二次電池。5. The method according to claim 1, wherein the thickness is 4 mm or less.
The lithium secondary battery according to any one of 1.
ーボネートを含む電解液を有する請求項1乃至5のいず
れかに記載のリチウム二次電池。6. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium secondary battery element has an electrolytic solution containing propylene carbonate.
質を有する請求項1乃至6のいずれかに記載のリチウム
二次電池。7. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium secondary battery element has a non-fluidic electrolyte.
(1)で表される化合物を含有する請求項1乃至7のい
ずれかに記載のリチウム二次電池。 A1−X−A2 …(1) (Xは、周期表第6族元素であり、A1及びA2は芳香
族基を表す。また、A1とA2とは、同一であっても異
なっていてもよく、互いに結合して環を構成してもよ
い。)8. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium secondary battery element contains a compound represented by the following general formula (1). A1-X-A2 (1) (X is an element of Group 6 of the periodic table, A1 and A2 represent an aromatic group, and A1 and A2 may be the same or different. , May be bonded to each other to form a ring.)
ム二次電池。9. The lithium secondary battery according to claim 8, wherein X is oxygen.
ル基、ナフチル基、及びアントリル基のいずれか一つで
ある請求項8又は9に記載のリチウム二次電池。10. The lithium secondary battery according to claim 8, wherein A1 and A2 are each independently one of a phenyl group, a naphthyl group, and an anthryl group.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002110873A JP2003007345A (en) | 2001-04-16 | 2002-04-12 | Lithium secondary battery |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001117082 | 2001-04-16 | ||
| JP2001-117082 | 2001-04-16 | ||
| JP2002110873A JP2003007345A (en) | 2001-04-16 | 2002-04-12 | Lithium secondary battery |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003007345A true JP2003007345A (en) | 2003-01-10 |
Family
ID=26613647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002110873A Pending JP2003007345A (en) | 2001-04-16 | 2002-04-12 | Lithium secondary battery |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003007345A (en) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004259681A (en) * | 2003-02-27 | 2004-09-16 | Sanyo Electric Co Ltd | Non-aqueous lithium secondary battery |
| WO2005036680A1 (en) * | 2003-10-07 | 2005-04-21 | Gs Yuasa Corporation | Non-aqueous electrolyte secondary cell |
| JP2005149882A (en) * | 2003-11-14 | 2005-06-09 | Sii Micro Parts Ltd | Electrochemical cell and its manufacturing method |
| JP2006107995A (en) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | Aoi Electronics Co Ltd | High-capacity secondary battery with excellent heat dissipation and safety |
| WO2006134833A1 (en) * | 2005-06-14 | 2006-12-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
| WO2008078586A1 (en) * | 2006-12-25 | 2008-07-03 | Calsonic Kansei Corporation | Battery cooling system for vehicle |
| JP2010205420A (en) * | 2009-02-27 | 2010-09-16 | Sanyo Electric Co Ltd | Laminated battery |
| JP2012248381A (en) * | 2011-05-27 | 2012-12-13 | Murata Mfg Co Ltd | Battery |
| JP2013535791A (en) * | 2010-08-05 | 2013-09-12 | エルジー・ケム・リミテッド | Secondary battery pouch with improved safety, pouch-type secondary battery and medium-sized battery pack using the same |
| EP2827400A1 (en) | 2013-05-23 | 2015-01-21 | Connexx Systems Corporation | Plate-like battery pack and battery pack group composed of plural plate-like battery packs |
| JP2015125856A (en) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | 三洋電機株式会社 | Non-aqueous electrolyte secondary battery and method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery |
| JP2016042417A (en) * | 2014-08-15 | 2016-03-31 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | Lithium ion secondary battery |
| JP2018006346A (en) * | 2017-08-16 | 2018-01-11 | Jx金属株式会社 | Positive electrode active material for lithium ion battery, positive electrode for lithium ion battery, and lithium ion battery |
| WO2019093094A1 (en) * | 2017-11-09 | 2019-05-16 | 株式会社豊田自動織機 | Carbon-coated li5feo4 |
| WO2020026346A1 (en) * | 2018-07-31 | 2020-02-06 | 株式会社 東芝 | Secondary battery and battery pack |
| US11955651B2 (en) | 2019-01-09 | 2024-04-09 | Byd Company Limited | Power battery pack and electric vehicle |
| US12506219B2 (en) | 2018-12-29 | 2025-12-23 | Byd Company Limited | Battery tray and power battery pack |
-
2002
- 2002-04-12 JP JP2002110873A patent/JP2003007345A/en active Pending
Cited By (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004259681A (en) * | 2003-02-27 | 2004-09-16 | Sanyo Electric Co Ltd | Non-aqueous lithium secondary battery |
| WO2005036680A1 (en) * | 2003-10-07 | 2005-04-21 | Gs Yuasa Corporation | Non-aqueous electrolyte secondary cell |
| US7527896B2 (en) | 2003-10-07 | 2009-05-05 | Gs Yuasa Corporation | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
| JP4720505B2 (en) * | 2003-10-07 | 2011-07-13 | 株式会社Gsユアサ | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
| JP2005149882A (en) * | 2003-11-14 | 2005-06-09 | Sii Micro Parts Ltd | Electrochemical cell and its manufacturing method |
| JP2006107995A (en) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | Aoi Electronics Co Ltd | High-capacity secondary battery with excellent heat dissipation and safety |
| WO2006134833A1 (en) * | 2005-06-14 | 2006-12-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
| KR100877754B1 (en) | 2005-06-14 | 2009-01-08 | 파나소닉 주식회사 | Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery |
| WO2008078586A1 (en) * | 2006-12-25 | 2008-07-03 | Calsonic Kansei Corporation | Battery cooling system for vehicle |
| JP2010205420A (en) * | 2009-02-27 | 2010-09-16 | Sanyo Electric Co Ltd | Laminated battery |
| JP2013535791A (en) * | 2010-08-05 | 2013-09-12 | エルジー・ケム・リミテッド | Secondary battery pouch with improved safety, pouch-type secondary battery and medium-sized battery pack using the same |
| JP2012248381A (en) * | 2011-05-27 | 2012-12-13 | Murata Mfg Co Ltd | Battery |
| EP2827400A1 (en) | 2013-05-23 | 2015-01-21 | Connexx Systems Corporation | Plate-like battery pack and battery pack group composed of plural plate-like battery packs |
| US9142824B2 (en) | 2013-05-23 | 2015-09-22 | Connexx Systems Corporation | Plate-like battery pack and battery pack group composed of plural plate-like battery packs |
| JP2015125856A (en) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | 三洋電機株式会社 | Non-aqueous electrolyte secondary battery and method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery |
| JP2016042417A (en) * | 2014-08-15 | 2016-03-31 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | Lithium ion secondary battery |
| JP2018006346A (en) * | 2017-08-16 | 2018-01-11 | Jx金属株式会社 | Positive electrode active material for lithium ion battery, positive electrode for lithium ion battery, and lithium ion battery |
| WO2019093094A1 (en) * | 2017-11-09 | 2019-05-16 | 株式会社豊田自動織機 | Carbon-coated li5feo4 |
| JP2019085315A (en) * | 2017-11-09 | 2019-06-06 | 株式会社豊田自動織機 | Carbon-coated Li5FeO4 |
| WO2020026346A1 (en) * | 2018-07-31 | 2020-02-06 | 株式会社 東芝 | Secondary battery and battery pack |
| JPWO2020026346A1 (en) * | 2018-07-31 | 2021-05-13 | 株式会社東芝 | Rechargeable batteries and battery packs |
| US12506219B2 (en) | 2018-12-29 | 2025-12-23 | Byd Company Limited | Battery tray and power battery pack |
| US11955651B2 (en) | 2019-01-09 | 2024-04-09 | Byd Company Limited | Power battery pack and electric vehicle |
| US12068492B2 (en) | 2019-01-09 | 2024-08-20 | Byd Company Limited | Power battery pack and electric vehicle |
| US12230820B2 (en) | 2019-01-09 | 2025-02-18 | Byd Company Limited | Power battery pack and electric vehicle |
| US12537254B2 (en) | 2019-01-09 | 2026-01-27 | Byd Company Limited | Battery pack, vehicle, and energy storage device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6939644B2 (en) | Lithium secondary cell | |
| US6908712B2 (en) | Lithium secondary cell | |
| JP4126711B2 (en) | Non-aqueous electrolyte battery | |
| JP3899499B2 (en) | Non-aqueous electrolyte battery | |
| EP2461391B1 (en) | Battery | |
| JP2003007345A (en) | Lithium secondary battery | |
| JP2001256933A (en) | Battery and battery pack | |
| JP2001325945A (en) | Battery and manufacturing method thereof | |
| US20220376289A1 (en) | Swelling tape for secondary battery and cylindrical type secondary battery including the same | |
| JP2003272609A (en) | Lithium secondary battery | |
| JP2006032300A (en) | Electrolyte and battery | |
| JP3829630B2 (en) | Secondary battery | |
| JP3968980B2 (en) | Battery pack | |
| JP2002260736A (en) | Lithium secondary battery | |
| JP4453242B2 (en) | Lithium secondary battery and positive electrode | |
| JP5181430B2 (en) | Secondary battery | |
| JP3832252B2 (en) | Lithium secondary battery housing member and secondary battery pack using the same | |
| JP6727621B2 (en) | Curing die for producing gel polymer electrolyte and method for producing gel polymer battery cell using the same | |
| JP3971096B2 (en) | Lithium secondary battery | |
| JP4782266B2 (en) | Non-aqueous electrolyte battery | |
| JP2002184466A (en) | Battery for mobile device | |
| JP2002354685A (en) | Rechargeable battery charge / discharge system | |
| JP4288863B2 (en) | Lithium secondary battery | |
| JP2003242963A (en) | Battery | |
| JP2006228601A (en) | battery |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040122 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070209 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070320 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070710 |