JP2003036838A - 非水電解質二次電池 - Google Patents
非水電解質二次電池Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 正極１の合材を多層状に形成し、最表層の表
層合材層４に安全性の高いものを用いると共に、下層の
下地合材層３に容量密度の高いものを用いることによ
り、電池の安全性と容量を同時に向上させることができ
る非水電解質二次電池を提供する。 【解決手段】 正極集電基材２の表面にリチウム含有複
合酸化物を含む合材を担持させた正極１を用いる非水電
解質二次電池において、正極集電基材２の表面に担持さ
れた合材を２層の合材層３，４とし、最表層の表層合材
層４のリチウム含有複合酸化物が、これよりも下層の下
地合材層３のリチウム含有複合酸化物よりも発熱開始温
度の高いものである構成とする。
層合材層４に安全性の高いものを用いると共に、下層の
下地合材層３に容量密度の高いものを用いることによ
り、電池の安全性と容量を同時に向上させることができ
る非水電解質二次電池を提供する。 【解決手段】 正極集電基材２の表面にリチウム含有複
合酸化物を含む合材を担持させた正極１を用いる非水電
解質二次電池において、正極集電基材２の表面に担持さ
れた合材を２層の合材層３，４とし、最表層の表層合材
層４のリチウム含有複合酸化物が、これよりも下層の下
地合材層３のリチウム含有複合酸化物よりも発熱開始温
度の高いものである構成とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解質二次電
池に関し、特にこの電池の発電要素の正極の構成に関す
る。
池に関し、特にこの電池の発電要素の正極の構成に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】非水電解質二次電池は、電解質として非
水電解質を用いる二次電池であり、正極集電基材の表面
にリチウム含有複合酸化物を含む合材を担持させた正極
を用いるものが多い。このような正極は、従来は、アル
ミニウム箔等の正極集電基材の表面に、ＬｉＣｏＯ
2 （コバルト酸リチウム）等のリチウム含有複合酸化物
を含む合材を塗布し乾燥させることにより、この合材層
を１層だけ形成して担持させていた。また、負極には、
銅箔等の負極集電基材の表面に黒鉛等を含む合材を担持
させたものを用いる。そして、これらの正極と負極は、
セパレータ等を介して積層したり巻回することにより発
電要素を形成する。
水電解質を用いる二次電池であり、正極集電基材の表面
にリチウム含有複合酸化物を含む合材を担持させた正極
を用いるものが多い。このような正極は、従来は、アル
ミニウム箔等の正極集電基材の表面に、ＬｉＣｏＯ
2 （コバルト酸リチウム）等のリチウム含有複合酸化物
を含む合材を塗布し乾燥させることにより、この合材層
を１層だけ形成して担持させていた。また、負極には、
銅箔等の負極集電基材の表面に黒鉛等を含む合材を担持
させたものを用いる。そして、これらの正極と負極は、
セパレータ等を介して積層したり巻回することにより発
電要素を形成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、非水電解質
二次電池は、特にエネルギー密度が高く、充電時の正極
が熱分解した場合に大きなエネルギーを放出して熱逸走
を起こすおそれがあるので、安全性に十分な配慮を払う
必要がある。例えば、非水電解質二次電池をオーブンに
投入する電池加熱試験では、電池の温度上昇に伴い比較
的低い温度から負極と非水電解質との反応が始まり、こ
の反応熱によって加熱された正極が熱分解を始めること
により大きなエネルギーを放出して熱逸走が生じること
になる。また、非水電解質二次電池に釘を刺す内部短絡
試験では、負極を貫通してこの負極電位となった釘が正
極に触れた瞬間に、この正極表面に大電流が流れて大き
なジュール熱が発生し、この熱によって正極が熱分解を
始めることにより大きなエネルギーを放出し熱逸走が生
じることになる。
二次電池は、特にエネルギー密度が高く、充電時の正極
が熱分解した場合に大きなエネルギーを放出して熱逸走
を起こすおそれがあるので、安全性に十分な配慮を払う
必要がある。例えば、非水電解質二次電池をオーブンに
投入する電池加熱試験では、電池の温度上昇に伴い比較
的低い温度から負極と非水電解質との反応が始まり、こ
の反応熱によって加熱された正極が熱分解を始めること
により大きなエネルギーを放出して熱逸走が生じること
になる。また、非水電解質二次電池に釘を刺す内部短絡
試験では、負極を貫通してこの負極電位となった釘が正
極に触れた瞬間に、この正極表面に大電流が流れて大き
なジュール熱が発生し、この熱によって正極が熱分解を
始めることにより大きなエネルギーを放出し熱逸走が生
じることになる。
【０００４】このため、従来は、上記熱逸走による危険
を回避するために、非水電解質二次電池に種々の安全装
置を設けると共に、正極の合材に含まれるリチウム含有
複合酸化物に発熱開始温度の高いものを用いるようにし
て、電池が熱逸走に至るのをできるだけ防止するように
していた。即ち、例えば図２に示すように、Ｌｉ0.5Ｃ
ｏＯ2 （コバルト系のリチウム含有複合酸化物）とＬｉ
0.3 ＮｉＯ2 （ニッケル系のリチウム含有複合酸化物）
とＬｉ0.3 Ｍｎ2 Ｏ4 （マンガン系のリチウム含有複合
酸化物）の３種のリチウム含有複合酸化物についてＤＳ
Ｃ（示差走査熱量計）で発熱開始温度を測定すると、ニ
ッケル系のＬｉ0.3 ＮｉＯ2 が矢印Ａに示すように２０
０°Ｃを少し超えた最も低い温度で発熱を開始し、これ
に続いてコバルト系のＬｉ0.5 ＣｏＯ2 も矢印Ｂに示す
ように少し高い温度で発熱を開始するが、マンガン系の
Ｌｉ0.3 Ｍｎ2 Ｏ4 は、矢印Ｃに示すように３００°Ｃ
を十分に超えた温度に達するまで発熱を開始しない。従
って、これら３種のリチウム含有複合酸化物の中では、
マンガン系のＬｉ0.3 Ｍｎ2 Ｏ4 を用いることが最も電
池の安全性を高めることになると考えられる。ここで、
ＤＳＣにおける発熱開始温度は、図２の矢印Ａ〜Ｃに示
すように、被試験物の温度が上昇し始める温度を示す。
を回避するために、非水電解質二次電池に種々の安全装
置を設けると共に、正極の合材に含まれるリチウム含有
複合酸化物に発熱開始温度の高いものを用いるようにし
て、電池が熱逸走に至るのをできるだけ防止するように
していた。即ち、例えば図２に示すように、Ｌｉ0.5Ｃ
ｏＯ2 （コバルト系のリチウム含有複合酸化物）とＬｉ
0.3 ＮｉＯ2 （ニッケル系のリチウム含有複合酸化物）
とＬｉ0.3 Ｍｎ2 Ｏ4 （マンガン系のリチウム含有複合
酸化物）の３種のリチウム含有複合酸化物についてＤＳ
Ｃ（示差走査熱量計）で発熱開始温度を測定すると、ニ
ッケル系のＬｉ0.3 ＮｉＯ2 が矢印Ａに示すように２０
０°Ｃを少し超えた最も低い温度で発熱を開始し、これ
に続いてコバルト系のＬｉ0.5 ＣｏＯ2 も矢印Ｂに示す
ように少し高い温度で発熱を開始するが、マンガン系の
Ｌｉ0.3 Ｍｎ2 Ｏ4 は、矢印Ｃに示すように３００°Ｃ
を十分に超えた温度に達するまで発熱を開始しない。従
って、これら３種のリチウム含有複合酸化物の中では、
マンガン系のＬｉ0.3 Ｍｎ2 Ｏ4 を用いることが最も電
池の安全性を高めることになると考えられる。ここで、
ＤＳＣにおける発熱開始温度は、図２の矢印Ａ〜Ｃに示
すように、被試験物の温度が上昇し始める温度を示す。
【０００５】しかしながら、リチウム含有複合酸化物の
単位重量当たりの容量、即ち容量密度を比較すると、図
３に示すように、マンガン系のＬｉＭｎ2 Ｏ4 の容量密
度が最も小さく、コバルト系のＬｉＣｏＯ2 の容量密度
がこれよりも少し大きくなり、ニッケル系のＬｉＮｉ
0.8 Ｃｏ0.2 Ｏ2 の容量密度はこれらよりも十分に大き
なものとなる。
単位重量当たりの容量、即ち容量密度を比較すると、図
３に示すように、マンガン系のＬｉＭｎ2 Ｏ4 の容量密
度が最も小さく、コバルト系のＬｉＣｏＯ2 の容量密度
がこれよりも少し大きくなり、ニッケル系のＬｉＮｉ
0.8 Ｃｏ0.2 Ｏ2 の容量密度はこれらよりも十分に大き
なものとなる。
【０００６】このため、従来は、非水電解質二次電池の
正極の合材に含まれるリチウム含有複合酸化物の安全性
を高めるためには、マンガン系やコバルト系等の容量密
度の低いリチウム含有複合酸化物を使用せざるを得ず、
ニッケル系等のリチウム含有複合酸化物を用いて電池の
容量密度を優先すると、発熱開始温度が低いために安全
性が低下するという問題が生じていた。
正極の合材に含まれるリチウム含有複合酸化物の安全性
を高めるためには、マンガン系やコバルト系等の容量密
度の低いリチウム含有複合酸化物を使用せざるを得ず、
ニッケル系等のリチウム含有複合酸化物を用いて電池の
容量密度を優先すると、発熱開始温度が低いために安全
性が低下するという問題が生じていた。
【０００７】本発明は、かかる事情に対処するためにな
されたものであり、正極の合材を多層状に形成し、最表
層の合材層に安全性の高いものを用いると共に、下層の
合材層に容量密度の高いものを用いることにより、電池
の安全性と容量を同時に向上させることができる非水電
解質二次電池を提供することを目的としている。
されたものであり、正極の合材を多層状に形成し、最表
層の合材層に安全性の高いものを用いると共に、下層の
合材層に容量密度の高いものを用いることにより、電池
の安全性と容量を同時に向上させることができる非水電
解質二次電池を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、正極
集電基材の表面にリチウム含有複合酸化物を含む合材を
担持させた正極を用いる非水電解質二次電池において、
正極集電基材の表面に担持された合材が２層以上の合材
層からなり、最表層の合材層のリチウム含有複合酸化物
が、これよりも下層のいずれか１層以上の合材層のリチ
ウム含有複合酸化物よりも発熱開始温度の高いものであ
ることを特徴とする。
集電基材の表面にリチウム含有複合酸化物を含む合材を
担持させた正極を用いる非水電解質二次電池において、
正極集電基材の表面に担持された合材が２層以上の合材
層からなり、最表層の合材層のリチウム含有複合酸化物
が、これよりも下層のいずれか１層以上の合材層のリチ
ウム含有複合酸化物よりも発熱開始温度の高いものであ
ることを特徴とする。
【０００９】請求項１の発明によれば、最表層の合材層
に、この最表層よりも下層の少なくともいずれか１層の
合材層よりも発熱開始温度の高いリチウム含有複合酸化
物が用いられるので、負極と対向することにより最も合
材層自身の発熱の危険が大きい正極の表層部の安全性を
高め、これによって熱逸走の発生を抑制することができ
るようになる。また、この最表層の合材層よりも発熱開
始温度の低い下層の合材層では、容量密度の高いリチウ
ム含有複合酸化物を用いることができるので、電池容量
を向上させることもできるようになる。
に、この最表層よりも下層の少なくともいずれか１層の
合材層よりも発熱開始温度の高いリチウム含有複合酸化
物が用いられるので、負極と対向することにより最も合
材層自身の発熱の危険が大きい正極の表層部の安全性を
高め、これによって熱逸走の発生を抑制することができ
るようになる。また、この最表層の合材層よりも発熱開
始温度の低い下層の合材層では、容量密度の高いリチウ
ム含有複合酸化物を用いることができるので、電池容量
を向上させることもできるようになる。
【００１０】請求項２の発明は、上記最表層の合材層の
リチウム含有複合酸化物が、ＬｉxＭy Ｏ2 からなるこ
とを特徴とする。
リチウム含有複合酸化物が、ＬｉxＭy Ｏ2 からなるこ
とを特徴とする。
【００１１】ただし、Ｍは、Ｃｏ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｎ，
Ｉｎ，Ｆｅ，Ｖ，Ｃｕ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｂ，
Ｗ又はＮｂから選択される１種以上の元素を示す。
Ｉｎ，Ｆｅ，Ｖ，Ｃｕ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｂ，
Ｗ又はＮｂから選択される１種以上の元素を示す。
【００１２】また、ｘとｙは、０＜ｘ≦１．２、０．８
≦ｙ≦１．２で示す値である。
≦ｙ≦１．２で示す値である。
【００１３】請求項２の発明によれば、最表層の合材層
にニッケル系以外のリチウム含有複合酸化物を用いるこ
とにより、この合材層の発熱開始温度を高くすることが
できるようになる。なお、この最表層よりも下層のいず
れかの合材層には、発熱開始温度が低く容量密度の高い
ニッケル系のリチウム含有複合酸化物を用いることもで
きるし、例えば最表層の合材層にマンガン系のリチウム
含有複合酸化物を用い、下層の合材層にこれよりも発熱
開始温度が低く容量密度の高いコバルト系のリチウム含
有複合酸化物を用いることもできる。
にニッケル系以外のリチウム含有複合酸化物を用いるこ
とにより、この合材層の発熱開始温度を高くすることが
できるようになる。なお、この最表層よりも下層のいず
れかの合材層には、発熱開始温度が低く容量密度の高い
ニッケル系のリチウム含有複合酸化物を用いることもで
きるし、例えば最表層の合材層にマンガン系のリチウム
含有複合酸化物を用い、下層の合材層にこれよりも発熱
開始温度が低く容量密度の高いコバルト系のリチウム含
有複合酸化物を用いることもできる。
【００１４】請求項３の発明は、上記最表層よりも下層
のいずれかの合材層のリチウム含有複合酸化物が、Ｌｉ
a Ｎｉb Ｍc Ｏ2 からなることを特徴とする。
のいずれかの合材層のリチウム含有複合酸化物が、Ｌｉ
a Ｎｉb Ｍc Ｏ2 からなることを特徴とする。
【００１５】ただし、Ｍは、Ｃｏ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｎ，
Ｉｎ，Ｆｅ，Ｖ，Ｃｕ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｂ，
Ｗ又はＮｂから選択される１種以上の元素を示す。
Ｉｎ，Ｆｅ，Ｖ，Ｃｕ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｂ，
Ｗ又はＮｂから選択される１種以上の元素を示す。
【００１６】また、ａとｂとｃは、０＜ａ≦１．２、
０．８≦ｂ＋ｃ≦１．２（ｂ＞０かつｃ≧０）で示す値
である。
０．８≦ｂ＋ｃ≦１．２（ｂ＞０かつｃ≧０）で示す値
である。
【００１７】請求項３の発明によれば、最表層よりも下
層の少なくともいずれか１層以上の合材層にニッケル系
のリチウム含有複合酸化物を用いることにより、この合
材層の容量密度を高くすることができるようになる。な
お、この場合、最表層の合材層には、このニッケル系の
リチウム含有複合酸化物よりも発熱開始温度が高い任意
のリチウム含有複合酸化物を用いることで安全性を確保
することができる。
層の少なくともいずれか１層以上の合材層にニッケル系
のリチウム含有複合酸化物を用いることにより、この合
材層の容量密度を高くすることができるようになる。な
お、この場合、最表層の合材層には、このニッケル系の
リチウム含有複合酸化物よりも発熱開始温度が高い任意
のリチウム含有複合酸化物を用いることで安全性を確保
することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。
図面を参照して説明する。
【００１９】図１は本発明の一実施形態を示すものであ
って、正極の構造を示すために各合材層の断面位置をず
らして表した部分拡大縦断面斜視図である。
って、正極の構造を示すために各合材層の断面位置をず
らして表した部分拡大縦断面斜視図である。
【００２０】本実施形態は、図１に示すように、正極集
電基材２の両面にそれぞれ２層の合材層３，４を形成し
た正極１を用いる非水電解質二次電池について説明す
る。なお、この図１では、図面を分かり易くするため
に、正極１の幅に比べて正極集電基材２や合材層３，４
の厚さを極端に厚く表している。正極集電基材２は、ア
ルミニウム又はアルミニウム合金からなる薄い金属箔か
らなる。ただし、この正極集電基材２は、非水電解質中
において高電圧での耐食性が高く導電性も良好な金属材
料であれば、必ずしもアルミニウムやこの合金に限定さ
れない。もっとも、このような条件を満たす他の金属材
料としてはチタン等があるが、例えばチタンは高価で箔
化が容易でなく、他の金属材料も実用性に欠けるので、
実際にはアルミニウムやこの合金が用いられることが多
い。
電基材２の両面にそれぞれ２層の合材層３，４を形成し
た正極１を用いる非水電解質二次電池について説明す
る。なお、この図１では、図面を分かり易くするため
に、正極１の幅に比べて正極集電基材２や合材層３，４
の厚さを極端に厚く表している。正極集電基材２は、ア
ルミニウム又はアルミニウム合金からなる薄い金属箔か
らなる。ただし、この正極集電基材２は、非水電解質中
において高電圧での耐食性が高く導電性も良好な金属材
料であれば、必ずしもアルミニウムやこの合金に限定さ
れない。もっとも、このような条件を満たす他の金属材
料としてはチタン等があるが、例えばチタンは高価で箔
化が容易でなく、他の金属材料も実用性に欠けるので、
実際にはアルミニウムやこの合金が用いられることが多
い。
【００２１】上記正極集電基材２の両面には、それぞれ
下地合材層３と表層合材層４が形成される。これらの合
材層３，４は、いずれも正極活物質であるリチウム含有
複合酸化物に、導電補助剤と結着剤とを添加し、溶剤を
加えてペースト状にしたものを塗布し乾燥させたもので
ある。導電補助剤は、合材層３，４の導電性を高めるた
めの添加剤であり、カーボンブラック等が用いられる。
結着剤は、合材層３，４のバインダであり、ポリフッ化
ビニリデン等のように非水電解質に溶解し難いものが用
いられる。そして、まず正極集電基材２の両面に、下地
合材層３のペーストを塗布して乾燥し、これらの下地合
材層３の上層に重ねて表層合材層４のペーストを塗布し
て乾燥することにより正極１が作製される。従って、こ
の正極１には、正極集電基材２の表面に２層の合材層
３，４が形成されることになる。また、最表層には表層
合材層４が配置され、その下層には１層の下地合材層３
が配置される。
下地合材層３と表層合材層４が形成される。これらの合
材層３，４は、いずれも正極活物質であるリチウム含有
複合酸化物に、導電補助剤と結着剤とを添加し、溶剤を
加えてペースト状にしたものを塗布し乾燥させたもので
ある。導電補助剤は、合材層３，４の導電性を高めるた
めの添加剤であり、カーボンブラック等が用いられる。
結着剤は、合材層３，４のバインダであり、ポリフッ化
ビニリデン等のように非水電解質に溶解し難いものが用
いられる。そして、まず正極集電基材２の両面に、下地
合材層３のペーストを塗布して乾燥し、これらの下地合
材層３の上層に重ねて表層合材層４のペーストを塗布し
て乾燥することにより正極１が作製される。従って、こ
の正極１には、正極集電基材２の表面に２層の合材層
３，４が形成されることになる。また、最表層には表層
合材層４が配置され、その下層には１層の下地合材層３
が配置される。
【００２２】本実施形態では、表層合材層４のリチウム
含有複合酸化物としてマンガン系のＬｉＭｎ2 Ｏ4 を用
い、下地合材層３のリチウム含有複合酸化物としてニッ
ケル系のＬｉＮｉ0.8 Ｃｏ0.2 Ｏ2 を用いた。表層合材
層４のＬｉＭｎ2 Ｏ4 は、図２に示したＬｉ0.3 Ｍｎ2
Ｏ4 と同様に、発熱開始温度が３００°Ｃを超えた十分
に高い温度となる。正極１は、表層部の表層合材層４が
負極と最も接近して対向することになるので、この表層
合材層４が自己発熱を開始する可能性が最も高くなる。
従って、この表層合材層４の発熱開始温度を高くして発
熱を抑制することにより、正極１の合材層３，４全体が
熱逸走に至る危険を少なくすることができるようにな
る。
含有複合酸化物としてマンガン系のＬｉＭｎ2 Ｏ4 を用
い、下地合材層３のリチウム含有複合酸化物としてニッ
ケル系のＬｉＮｉ0.8 Ｃｏ0.2 Ｏ2 を用いた。表層合材
層４のＬｉＭｎ2 Ｏ4 は、図２に示したＬｉ0.3 Ｍｎ2
Ｏ4 と同様に、発熱開始温度が３００°Ｃを超えた十分
に高い温度となる。正極１は、表層部の表層合材層４が
負極と最も接近して対向することになるので、この表層
合材層４が自己発熱を開始する可能性が最も高くなる。
従って、この表層合材層４の発熱開始温度を高くして発
熱を抑制することにより、正極１の合材層３，４全体が
熱逸走に至る危険を少なくすることができるようにな
る。
【００２３】ここで、リチウム含有複合酸化物の発熱開
始温度は、ＤＳＣ（示差走査熱量計）による熱分析の場
合であれば、立ち上がり温度によって定められる。この
立ち上がり温度は、熱特性曲線がベースラインから逸脱
する温度によって求められる。また、ＡＲＣ（加速度熱
量計）による熱分析の場合であれば、自己発熱開始温度
として自動的に定められる。
始温度は、ＤＳＣ（示差走査熱量計）による熱分析の場
合であれば、立ち上がり温度によって定められる。この
立ち上がり温度は、熱特性曲線がベースラインから逸脱
する温度によって求められる。また、ＡＲＣ（加速度熱
量計）による熱分析の場合であれば、自己発熱開始温度
として自動的に定められる。
【００２４】下地合材層３のＬｉＮｉ0.8 Ｃｏ0.2 Ｏ2
は、図２に示したＬｉ0.3 ＮｉＯ2と同様に、発熱開始
温度が２００°Ｃを少し超えた程度の比較的低い温度と
なる。しかしながら、この下地合材層３は、発熱開始温
度の高い表層合材層４に覆われて直接負極とは対向しな
いので、この下地合材層３だけが先に自己発熱を開始し
て、正極１の合材層３，４全体が熱逸走に至るという可
能性は少なくなる。しかも、この下地合材層３のＬｉＮ
ｉ0.8 Ｃｏ0.2 Ｏ2 は、図３に示すように、表層合材層
４のＬｉＭｎ2 Ｏ4 よりも容量密度が極めて高いので、
この容量密度が低い表層合材層４のＬｉＭｎ2 Ｏ4 だけ
を用いた場合に比べて、電池容量を向上させることがで
きるようになる。
は、図２に示したＬｉ0.3 ＮｉＯ2と同様に、発熱開始
温度が２００°Ｃを少し超えた程度の比較的低い温度と
なる。しかしながら、この下地合材層３は、発熱開始温
度の高い表層合材層４に覆われて直接負極とは対向しな
いので、この下地合材層３だけが先に自己発熱を開始し
て、正極１の合材層３，４全体が熱逸走に至るという可
能性は少なくなる。しかも、この下地合材層３のＬｉＮ
ｉ0.8 Ｃｏ0.2 Ｏ2 は、図３に示すように、表層合材層
４のＬｉＭｎ2 Ｏ4 よりも容量密度が極めて高いので、
この容量密度が低い表層合材層４のＬｉＭｎ2 Ｏ4 だけ
を用いた場合に比べて、電池容量を向上させることがで
きるようになる。
【００２５】上記正極１は、セパレータ等を介して負極
と積層したり巻回することにより発電要素を形成する。
そして、これらの正極１と負極の間に非水電解質を充填
することにより非水電解質二次電池が作製される。
と積層したり巻回することにより発電要素を形成する。
そして、これらの正極１と負極の間に非水電解質を充填
することにより非水電解質二次電池が作製される。
【００２６】上記構成により、本実施形態の非水電解質
二次電池は、正極１の表層合材層４に発熱開始温度の高
いマンガン系のリチウム含有複合酸化物を用いているの
で、この正極１の安全性を高めて熱逸走の発生を抑制す
ることができるようになる。また、この表層合材層４の
下層の下地合材層３には、容量密度の高いニッケル系の
リチウム含有複合酸化物を用いているので、非水電解質
二次電池の電池容量を向上させることができるようにな
る。
二次電池は、正極１の表層合材層４に発熱開始温度の高
いマンガン系のリチウム含有複合酸化物を用いているの
で、この正極１の安全性を高めて熱逸走の発生を抑制す
ることができるようになる。また、この表層合材層４の
下層の下地合材層３には、容量密度の高いニッケル系の
リチウム含有複合酸化物を用いているので、非水電解質
二次電池の電池容量を向上させることができるようにな
る。
【００２７】なお、上記実施形態では、表層側の表層合
材層４にマンガン系のリチウム含有複合酸化物としてＬ
ｉＭｎ2 Ｏ4 を用い、下層側の下地合材層３にニッケル
系のリチウム含有複合酸化物としてＬｉＮｉ0.8 Ｃｏ
0.2 Ｏ2 を用いる場合について示したが、表層合材層４
には、より一般的にはＬｉx Ｍy Ｏ2 で表されるリチウ
ム含有複合酸化物を用いることができる。ただし、ここ
でＭは、Ｃｏ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｆｅ，Ｖ，Ｃ
ｕ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｂ，Ｗ又はＮｂから選択
される１種以上の元素を示すものとし、ｘとｙは、０＜
ｘ≦１．２、０．８≦ｙ≦１．２で示す値であるとす
る。このようなニッケル系以外のリチウム含有複合酸化
物は、ニッケル系のリチウム含有複合酸化物に比べて容
量密度は低くなるが、発熱開始温度は高くなるので、熱
逸走を抑制するには好適なものとなる。また、下地合材
層３には、より一般的にはＬｉa Ｎｉb Ｍc Ｏ2 で表さ
れるリチウム含有複合酸化物を用いることができる。た
だし、Ｍは、Ｃｏ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｆｅ，
Ｖ，Ｃｕ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｂ，Ｗ又はＮｂか
ら選択される１種以上の元素を示すものとし、ａとｂと
ｃは、０＜ａ≦１．２、０．８≦ｂ＋ｃ≦１．２（ｂ＞
０かつｃ≧０）で示す値であるとする。このようなニッ
ケル系のリチウム含有複合酸化物は、ニッケル系以外の
リチウム含有複合酸化物に比べて発熱開始温度は低くな
るが、容量密度は高くなるので、下層の下地合材層３に
用いることにより、電池の安全性をほとんど損なうこと
なく電池容量を増加させるには好適なものとなる。さら
に一般的には、合材層３，４がこのように２層の場合、
表層合材層４のリチウム含有複合酸化物の方が下地合材
層３のリチウム含有複合酸化物よりも発熱開始温度が高
いものを用いるのであれば、どのようなリチウム含有複
合酸化物の組み合わせであってもよい。即ち、例えば下
地合材層３にコバルト系のリチウム含有複合酸化物を用
いて、表層合材層４にこれよりも発熱開始温度の高い本
実施形態と同様のマンガン系のリチウム含有複合酸化物
を用いることができる。
材層４にマンガン系のリチウム含有複合酸化物としてＬ
ｉＭｎ2 Ｏ4 を用い、下層側の下地合材層３にニッケル
系のリチウム含有複合酸化物としてＬｉＮｉ0.8 Ｃｏ
0.2 Ｏ2 を用いる場合について示したが、表層合材層４
には、より一般的にはＬｉx Ｍy Ｏ2 で表されるリチウ
ム含有複合酸化物を用いることができる。ただし、ここ
でＭは、Ｃｏ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｆｅ，Ｖ，Ｃ
ｕ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｂ，Ｗ又はＮｂから選択
される１種以上の元素を示すものとし、ｘとｙは、０＜
ｘ≦１．２、０．８≦ｙ≦１．２で示す値であるとす
る。このようなニッケル系以外のリチウム含有複合酸化
物は、ニッケル系のリチウム含有複合酸化物に比べて容
量密度は低くなるが、発熱開始温度は高くなるので、熱
逸走を抑制するには好適なものとなる。また、下地合材
層３には、より一般的にはＬｉa Ｎｉb Ｍc Ｏ2 で表さ
れるリチウム含有複合酸化物を用いることができる。た
だし、Ｍは、Ｃｏ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｆｅ，
Ｖ，Ｃｕ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｂ，Ｗ又はＮｂか
ら選択される１種以上の元素を示すものとし、ａとｂと
ｃは、０＜ａ≦１．２、０．８≦ｂ＋ｃ≦１．２（ｂ＞
０かつｃ≧０）で示す値であるとする。このようなニッ
ケル系のリチウム含有複合酸化物は、ニッケル系以外の
リチウム含有複合酸化物に比べて発熱開始温度は低くな
るが、容量密度は高くなるので、下層の下地合材層３に
用いることにより、電池の安全性をほとんど損なうこと
なく電池容量を増加させるには好適なものとなる。さら
に一般的には、合材層３，４がこのように２層の場合、
表層合材層４のリチウム含有複合酸化物の方が下地合材
層３のリチウム含有複合酸化物よりも発熱開始温度が高
いものを用いるのであれば、どのようなリチウム含有複
合酸化物の組み合わせであってもよい。即ち、例えば下
地合材層３にコバルト系のリチウム含有複合酸化物を用
いて、表層合材層４にこれよりも発熱開始温度の高い本
実施形態と同様のマンガン系のリチウム含有複合酸化物
を用いることができる。
【００２８】また、上記実施形態では、合材層３，４が
２層で形成される場合について説明したが、３層以上の
合材層を形成することもできる。この場合、最表層の表
層合材層４のリチウム含有複合酸化物の発熱開始温度
が、下層の２層以上のいずれかの合材層のリチウム含有
複合酸化物よりも高い温度であればよい。即ち、下層の
他の合材層のリチウム含有複合酸化物の発熱開始温度
は、最表層の表層合材層４のリチウム含有複合酸化物よ
りも高い温度であってもよいことを意味する。なぜな
ら、下層の合材層のうち発熱開始温度が最も低いリチウ
ム含有複合酸化物によって全ての合材層が形成されてい
る場合に比べれば、安全性をより高めることができるか
らである。
２層で形成される場合について説明したが、３層以上の
合材層を形成することもできる。この場合、最表層の表
層合材層４のリチウム含有複合酸化物の発熱開始温度
が、下層の２層以上のいずれかの合材層のリチウム含有
複合酸化物よりも高い温度であればよい。即ち、下層の
他の合材層のリチウム含有複合酸化物の発熱開始温度
は、最表層の表層合材層４のリチウム含有複合酸化物よ
りも高い温度であってもよいことを意味する。なぜな
ら、下層の合材層のうち発熱開始温度が最も低いリチウ
ム含有複合酸化物によって全ての合材層が形成されてい
る場合に比べれば、安全性をより高めることができるか
らである。
【００２９】また、上記実施形態では、正極集電基材２
の両面に合材層３，４を形成する場合について説明した
が、積層や巻回等の都合により片面にのみ形成する場合
があってもよい。
の両面に合材層３，４を形成する場合について説明した
が、積層や巻回等の都合により片面にのみ形成する場合
があってもよい。
【００３０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の非水電解質二次電池によれば、正極の合材を複数層で
形成し、最表層の合材層に下層のものよりも発熱開始温
度の高いリチウム含有複合酸化物を用いるので、この正
極の表層部の安全性を高めて熱逸走の発生を抑制するこ
とができるようになる。また、下層の合材層では、最表
層よりも容量密度の高いリチウム含有複合酸化物を用い
ることができるので、電池容量を向上させることもでき
るようになる。
の非水電解質二次電池によれば、正極の合材を複数層で
形成し、最表層の合材層に下層のものよりも発熱開始温
度の高いリチウム含有複合酸化物を用いるので、この正
極の表層部の安全性を高めて熱逸走の発生を抑制するこ
とができるようになる。また、下層の合材層では、最表
層よりも容量密度の高いリチウム含有複合酸化物を用い
ることができるので、電池容量を向上させることもでき
るようになる。
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、正極
の構造を示すために各合材層の断面位置をずらして表し
た部分拡大縦断面斜視図である。
の構造を示すために各合材層の断面位置をずらして表し
た部分拡大縦断面斜視図である。
【図２】ニッケル系とコバルト系とマンガン系のリチウ
ム含有複合酸化物の発熱開始温度をＤＳＣにより測定し
た結果を示す図である。
ム含有複合酸化物の発熱開始温度をＤＳＣにより測定し
た結果を示す図である。
【図３】ニッケル系とコバルト系とマンガン系のリチウ
ム含有複合酸化物の容量密度を測定した結果を示す図で
ある。
ム含有複合酸化物の容量密度を測定した結果を示す図で
ある。
１ 正極
２ 正極集電基材
３ 下地合材層
４ 表層合材層
Claims (3)
- 【請求項１】 正極集電基材の表面にリチウム含有複合
酸化物を含む合材を担持させた正極を用いる非水電解質
二次電池において、 正極集電基材の表面に担持された合材が２層以上の合材
層からなり、最表層の合材層のリチウム含有複合酸化物
が、これよりも下層のいずれか１層以上の合材層のリチ
ウム含有複合酸化物よりも発熱開始温度の高いものであ
ることを特徴とする非水電解質二次電池。 - 【請求項２】 上記最表層の合材層のリチウム含有複合
酸化物が、Ｌｉx Ｍ y Ｏ2 からなることを特徴とする請
求項１に記載の非水電解質二次電池。ただし、Ｍは、Ｃ
ｏ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｆｅ，Ｖ，Ｃｕ，Ｍｇ，
Ｔｉ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｂ，Ｗ又はＮｂから選択される１種
以上の元素を示す。また、ｘとｙは、０＜ｘ≦１．２、
０．８≦ｙ≦１．２で示す値である。 - 【請求項３】 上記最表層よりも下層のいずれかの合材
層のリチウム含有複合酸化物が、Ｌｉa Ｎｉb Ｍc Ｏ2
からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の非水
電解質二次電池。ただし、Ｍは、Ｃｏ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓ
ｎ，Ｉｎ，Ｆｅ，Ｖ，Ｃｕ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｍｏ，
Ｂ，Ｗ又はＮｂから選択される１種以上の元素を示す。
また、ａとｂとｃは、０＜ａ≦１．２、０．８≦ｂ＋ｃ
≦１．２（ｂ＞０かつｃ≧０）で示す値である。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001222456A JP2003036838A (ja) | 2001-07-24 | 2001-07-24 | 非水電解質二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001222456A JP2003036838A (ja) | 2001-07-24 | 2001-07-24 | 非水電解質二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003036838A true JP2003036838A (ja) | 2003-02-07 |
Family
ID=19055934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001222456A Pending JP2003036838A (ja) | 2001-07-24 | 2001-07-24 | 非水電解質二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003036838A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006068143A1 (ja) * | 2004-12-24 | 2006-06-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 非水電解質二次電池 |
| JP2007087941A (ja) * | 2005-08-25 | 2007-04-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | リチウムイオン二次電池 |
| JP2007157694A (ja) * | 2005-11-10 | 2007-06-21 | Nissan Motor Co Ltd | 二次電池用電極、および、これを用いた二次電池 |
| WO2007072595A1 (ja) * | 2005-12-20 | 2007-06-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 非水電解質二次電池 |
| CN1324736C (zh) * | 2003-04-11 | 2007-07-04 | 索尼株式会社 | 正极活性物质和含有该正极活性物质的非水电解质二次电池 |
| JP2008198596A (ja) * | 2007-01-18 | 2008-08-28 | Hitachi Maxell Ltd | リチウム二次電池用正極及びその製造方法、並びにリチウム二次電池 |
| JPWO2007072595A1 (ja) * | 2005-12-20 | 2009-05-28 | パナソニック株式会社 | 非水電解質二次電池 |
| US7803485B2 (en) | 2005-07-14 | 2010-09-28 | Panasonic Corporation | Positive electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery using the same |
| US8187748B2 (en) | 2004-12-24 | 2012-05-29 | Panasonic Corporation | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
| JP5236940B2 (ja) * | 2005-12-20 | 2013-07-17 | パナソニック株式会社 | 非水電解質二次電池 |
| JP2018041675A (ja) * | 2016-09-09 | 2018-03-15 | 株式会社豊田自動織機 | リチウムイオン二次電池 |
| WO2018128139A1 (ja) | 2017-01-06 | 2018-07-12 | 三井化学株式会社 | 非水電解質二次電池及びそれに用いる材料 |
| CN112086676A (zh) * | 2019-06-12 | 2020-12-15 | Sk新技术株式会社 | 一种具有改善的高温性能的二次电池 |
-
2001
- 2001-07-24 JP JP2001222456A patent/JP2003036838A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP3567663A4 (en) * | 2017-01-06 | 2020-07-29 | Mitsui Chemicals, Inc. | NON-AQUEOUS ELECTROLYTE RECHARGEABLE BATTERY AND MATERIAL USED THEREIN |
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| CN112086676A (zh) * | 2019-06-12 | 2020-12-15 | Sk新技术株式会社 | 一种具有改善的高温性能的二次电池 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20051213 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20060119 |