JP2008270086A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.
近年、高エネルギー密度を有する電池として、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池が注目されている。リチウムイオン二次電池は、例えば、蓋体を備えた密閉容器の内部に電極体を収容して構成されている。蓋体には、正負一対の電極端子機構が取り付けられており、電極体が発電する電力を電極端子機構から外部に取り出すことが可能となっている。また、蓋体には安全性を確保するため圧力開閉式のガス排出弁が取り付けられている。 In recent years, nonaqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries have attracted attention as batteries having a high energy density. A lithium ion secondary battery is configured, for example, by accommodating an electrode body inside a sealed container having a lid. A pair of positive and negative electrode terminal mechanisms are attached to the lid, and the electric power generated by the electrode bodies can be taken out from the electrode terminal mechanism. In addition, a pressure open / close type gas discharge valve is attached to the lid to ensure safety.
上記電極体は、それぞれ帯状の正極と負極とをセパレータを介して重ね合わせ、これらを捲回して構成されている。正極は、アルミニウム箔からなる集電体に正極活物質を塗布して構成されており、負極は、銅箔からなる集電体に負極活物質を塗布して構成され、正極活物質は、セパレータを介して、負極活物質と対向している。正極活物質はリチウム遷移金属複合酸化物等からなり、負極活物質は黒鉛等のリチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素材料からなる。 Each of the electrode bodies is configured by laminating a belt-like positive electrode and a negative electrode via a separator and winding them. The positive electrode is configured by applying a positive electrode active material to a current collector made of aluminum foil, the negative electrode is configured by applying a negative electrode active material to a current collector made of copper foil, and the positive electrode active material is a separator It faces the negative electrode active material via The positive electrode active material is made of a lithium transition metal composite oxide or the like, and the negative electrode active material is made of a carbon material such as graphite that can occlude and release lithium ions.
上記リチウムイオン二次電池の充放電反応においては、リチウムイオンが、電解液を介して互いに対向する正極活物質と負極活物質の間を移動する。 In the charge / discharge reaction of the lithium ion secondary battery, lithium ions move between the positive electrode active material and the negative electrode active material facing each other through the electrolytic solution.
上記正極活物質としては、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)、リチウム・ニッケル複合酸化物(LiNiO2)、リチウム・マンガン複合酸化物(LiMn2O4)等のリチウム遷移金属複合酸化物が通常用いられる。このうち、特にLiCoO2を用いた電池が多用されている。その理由は、LiCoO2を正極活物質として用いたリチウムイオン二次電池は、電池電圧が高く、高エネルギー密度を有し、サイクル特性が優れているからである。 As the positive electrode active material, lithium transition metal composite oxides such as lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), lithium / nickel composite oxide (LiNiO 2 ), and lithium / manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) are usually used. Used. Among these, batteries using LiCoO 2 are particularly frequently used. The reason is that a lithium ion secondary battery using LiCoO 2 as a positive electrode active material has a high battery voltage, a high energy density, and excellent cycle characteristics.
一方、LiCoO2を正極活物質として用いた従来のリチウムイオン二次電池は、理論的には、金属リチウム基準で約4.8Vまで充電することにより、LiCoO2のすべてのLiが放出され、理論容量は約274mAh/gにまで達する。しかし、そのように充電電位を引き上げて高容量化すると、重負荷特性及びサイクル特性が著しく低下するという問題があった。 On the other hand, a conventional lithium ion secondary battery using LiCoO 2 as a positive electrode active material theoretically discharges all Li of LiCoO 2 by charging up to about 4.8 V with respect to metallic lithium. The capacity reaches up to about 274 mAh / g. However, when the charging potential is increased to increase the capacity, the heavy load characteristic and the cycle characteristic are remarkably deteriorated.
このため、LiCoO2を正極活物質として用いた従来のリチウムイオン二次電池では、充電時の正極の最高電位が金属リチウム基準で4.3V程度に制限され、電池内でのLiCoO2の放電容量は140mAh/g以下に制限されてきた。 For this reason, in the conventional lithium ion secondary battery using LiCoO 2 as the positive electrode active material, the maximum potential of the positive electrode during charging is limited to about 4.3 V with respect to metallic lithium, and the discharge capacity of LiCoO 2 in the battery Has been limited to 140 mAh / g or less.
そこで、正極活物質として、一般式LixCo1-yMyO2(Mは、少なくともIIIB族元素を含む1種以上の元素を表し、x、yはそれぞれ0.9≦x≦1.1、0<y≦0.2である。)で表され、その粒子表面におけるCoに対するMの原子比率をaとしたとき、そのaの値が粒子全体のCoに対するMの原子比率の平均値〔y/(1−y)〕の1.5倍以上であるリチウム含有複合酸化物を用いることで、高電圧下での重負荷特性が高い非水二次電池の提案が行われている(特許文献1参照。)。 Therefore, as the positive electrode active material, the general formula Li x Co 1-y M y O 2 (M represents one or more elements including at least IIIB group elements, x, y are respectively 0.9 ≦ x ≦ 1. 1 and 0 <y ≦ 0.2), and when the atomic ratio of M to Co on the particle surface is a, the value of a is the average value of the atomic ratio of M to Co in the entire particle A non-aqueous secondary battery having high heavy load characteristics under high voltage has been proposed by using a lithium-containing composite oxide that is 1.5 times or more [y / (1-y)] ( (See Patent Document 1).
なお、本発明に関連する先行技術文献としては特許文献2〜4がある。
しかし、特許文献1の非水二次電池では、高電圧充電による高容量化と重負荷特性の改善は行われたものの、サイクル特性及び貯蔵特性が十分ではないという問題があった。これは、正極表面及び正極活物質反応界面において、正極活物質中の酸素と、電解液中のカーボーネート系有機溶媒との反応、さらに正極活物質中のリチウム又は電解液中のリチウム塩と、上記有機溶媒との反応により、炭酸リチウム(Li2CO3)を形成するために、高電圧充電時の正極表面を安定化できずにサイクル特性及び貯蔵特性が低下すると考えられる。
However, the non-aqueous secondary battery of
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、高電圧充電による高容量化を実現しつつ、さらにサイクル特性及び貯蔵特性に優れた非水電解質二次電池を提供するものである。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides a nonaqueous electrolyte secondary battery that is excellent in cycle characteristics and storage characteristics while realizing high capacity by high voltage charging.
本発明の非水電解質二次電池は、正極と、負極と、セパレータと、非水電解質とを備え、前記正極は、第1の正極活物質及び第2の正極活物質から選ばれる少なくとも1種の正極活物質を含み、前記第1の正極活物質は、一般組成式Li(1+a)MnxNiyCo(1-x-y-z)MzO2(但し、Mは、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Al、Si、Ga、Ge及びSnからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、−0.15<a<0.15、0.1<x≦0.5、0.6<x+y+z<1.0、0≦z≦0.1)で表され、前記第2の正極活物質は、一般組成式Li(1-s-b)MgsCo(1-t-u)AltM’uO2(但し、M'は、Ti、Zr及びGeからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、0.01≦s<0.1、0<u<0.1、0.01<t+u<0.1、−0.06≦b<0.05)で表され、前記正極の表面には、−SOn−(1≦n≦4)で表される結合を有する化合物が存在し、前記正極の表面に前記−SOn−(1≦n≦4)で表される結合として存在する硫黄の含有量は、X線光電子分光法で分析した場合に、0.2原子%以上1.5原子%以下であることを特徴とする。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, and the positive electrode is at least one selected from a first positive electrode active material and a second positive electrode active material. The first positive electrode active material includes a general composition formula Li (1 + a) Mn x Ni y Co (1-xyz) M z O 2 (where M is Ti, Zr, Nb) , Mo, W, Al, Si, Ga, Ge and Sn, at least one element selected from the group consisting of -0.15 <a <0.15, 0.1 <x ≦ 0.5, 0 .6 <x + y + z <1.0, 0 ≦ z ≦ 0.1), and the second positive electrode active material has a general composition formula of Li (1-sb) Mg s Co (1-tu) Al t M ' uO 2 (wherein M is at least one element selected from the group consisting of Ti, Zr and Ge, and 0.01 ≦ s <0.1, 0 <u <0.1, 0. 01 <t + u <0.1, −0.06 ≦ b <0.05), and a compound having a bond represented by —SO n — (1 ≦ n ≦ 4) is formed on the surface of the positive electrode. The content of sulfur present as a bond represented by the —SO n — (1 ≦ n ≦ 4) on the surface of the positive electrode is 0.2 atomic% when analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy. It is characterized by being 1.5 atomic% or less.
本発明により、高電圧充電による高容量化を実現しつつ、さらにサイクル特性及び貯蔵特性に優れた非水電解質二次電池を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that is further excellent in cycle characteristics and storage characteristics while realizing high capacity by high voltage charging.
本発明の非水電解質二次電池は、正極と、負極と、セパレータと、非水電解質とを備えている。また、正極は、第1の正極活物質及び第2の正極活物質から選ばれる少なくとも1種の正極活物質を含んでいる。 The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte. The positive electrode includes at least one positive electrode active material selected from a first positive electrode active material and a second positive electrode active material.
上記第1の正極活物質は、一般組成式Li(1+a)MnxNiyCo(1-x-y-z)MzO2(但し、Mは、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Al、Si、Ga、Ge及びSnからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、−0.15<a<0.15、0.1<x≦0.5、0.6<x+y+z<1.0、0≦z≦0.1)で表される。 The first positive electrode active materials, the general composition formula Li (1 + a) Mn x Ni y Co (1-xyz) M z O 2 ( where, M is, Ti, Zr, Nb, Mo , W, Al, It is at least one element selected from the group consisting of Si, Ga, Ge, and Sn, and −0.15 <a <0.15, 0.1 <x ≦ 0.5, 0.6 <x + y + z <1. 0, 0 ≦ z ≦ 0.1).
また、上記第2の正極活物質は、一般組成式Li(1-s-b)MgsCo(1-t-u)AltM’uO2(但し、M'は、Ti、Zr及びGeからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、0.01≦s<0.1、0<u<0.1、0.01<t+u<0.1、−0.06≦b<0.05)で表される。 In addition, the second positive electrode active material has a general composition formula Li (1-sb) Mg s Co (1-tu) Al t M ′ u O 2 (where M ′ is a group consisting of Ti, Zr and Ge). At least one element selected from the group consisting of 0.01 ≦ s <0.1, 0 <u <0.1, 0.01 <t + u <0.1, −0.06 ≦ b <0.05) It is represented by
本発明の非水電解質二次電池は、上記正極活物質を用いることにより、高電圧充電により高容量化を行っても、充電時における正極の安定性を維持でき、発熱を抑制することで安全性を確保することができる。また、上記一般組成式のように、LiCoO2と同様の層状型Li含有複合酸化物を用いることで、高容量化と安全性の確保の両立がより容易になる。層状型Li含有複合酸化物は、従来使用されているLiCoO2と同等の容量を持ちながら、充電時の安定性が増すため優れた安全性を発揮できると考えられる。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can maintain the stability of the positive electrode during charging even when the capacity is increased by high-voltage charging by using the positive electrode active material, and is safe by suppressing heat generation. Sex can be secured. Further, by using a layered Li-containing composite oxide similar to LiCoO 2 as in the above general composition formula, it is easier to achieve both high capacity and ensuring safety. The layered Li-containing composite oxide is considered to be able to exhibit excellent safety because it has a capacity equivalent to that of LiCoO 2 that has been used in the past, and stability during charging increases.
また、本発明の非水電解質二次電池は、上記正極の表面に、−SOn−(1≦n≦4)で表される結合を有する化合物が存在している。これにより、非水電解質二次電池のサイクル特性及び貯蔵特性を向上することができる。これは、正極表面及び正極活物質反応界面における正極活物質中の酸素と硫黄とを結合させることで、電気化学的に安定な元素を正極表面に多く存在させることができ、正極表面及び正極活物質反応界面における炭酸リチウムの形成を抑制し、充電時における正極の安定性がさらに増加し、サイクル特性及び貯蔵特性が向上すると考えられる。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a compound having a bond represented by —SO n — (1 ≦ n ≦ 4) is present on the surface of the positive electrode. Thereby, the cycle characteristics and storage characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be improved. This is because oxygen and sulfur in the positive electrode active material at the positive electrode surface and the positive electrode active material reaction interface are combined to allow a large amount of electrochemically stable elements to be present on the positive electrode surface. It is considered that the formation of lithium carbonate at the material reaction interface is suppressed, the stability of the positive electrode during charging is further increased, and the cycle characteristics and storage characteristics are improved.
また、上記正極の表面に−SOn−(1≦n≦4)で表される結合として存在する硫黄の含有量は、X線光電子分光法(XPS)で分析した場合に、0.2原子%以上1.5原子%以下であることが好ましく、0.5原子%以上1.5原子%以下がより好ましい。この範囲内であれば、非水電解質二次電池のサイクル特性及び貯蔵特性を確実に向上できるからである。 The sulfur content present as a bond represented by —SO n — (1 ≦ n ≦ 4) on the surface of the positive electrode is 0.2 atoms when analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). % To 1.5 atomic% is preferable, and 0.5 atomic% to 1.5 atomic% is more preferable. This is because, within this range, the cycle characteristics and storage characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be reliably improved.
上記硫黄の含有量は、電池をアルゴン不活性ガス中で解体して正極を取り出し、大気に暴露することなく取り出した正極の表面をXPSにより分析を行って求める。具体的には、X線源としてはMgKαを用い、光電子取り出し角を45度、アパーチャー直径を800μm、分析深さを約3〜5μmとする。そして、−SOn−結合中のS2pに帰属される166.5eV(1≦n≦2)、168.3eV(2≦n≦3)、169.2eV(3≦n≦4)の各強度から硫黄の原子%を算出する。 The sulfur content is obtained by disassembling the battery in an argon inert gas and taking out the positive electrode, and analyzing the surface of the positive electrode taken out without being exposed to the atmosphere by XPS. Specifically, MgKα is used as the X-ray source, the photoelectron extraction angle is 45 degrees, the aperture diameter is 800 μm, and the analysis depth is about 3 to 5 μm. Then, -SO n - 166.5eV attributed to S2p in the binding (1 ≦ n ≦ 2), from the intensity of 168.3eV (2 ≦ n ≦ 3) , 169.2eV (3 ≦ n ≦ 4) Calculate the atomic percent of sulfur.
上記正極の表面に−SOn−(1≦n≦4)で表される結合を有する化合物を存在させる方法は特に制限されないが、上記非水電解質に予め、4.1V以上4.3V以下の充電電圧で分解する硫黄化合物を含有させておき、その後に非水電解質二次電池を4.4V以上に充電することにより、正極の表面に−SOn−(1≦n≦4)で表される結合を有する化合物を存在させることができる。 The method for allowing the compound having a bond represented by —SO n — (1 ≦ n ≦ 4) to be present on the surface of the positive electrode is not particularly limited. However, the nonaqueous electrolyte is preliminarily set to 4.1 V or more and 4.3 V or less. By containing a sulfur compound that decomposes at the charging voltage and then charging the nonaqueous electrolyte secondary battery to 4.4 V or higher, it is expressed as -SO n- (1 ≦ n ≦ 4) on the surface of the positive electrode. A compound having a bond can be present.
上記硫黄化合物としては、例えば、硫酸ジメチル、硫酸ジエチル、硫酸エチルメチル、硫酸メチルプロピル、硫酸エチルプロピル、硫酸メチルフェニル、硫酸エチルフェニル、硫酸フェニルプロピル、硫酸ベンジルメチル、硫酸ベンジルエチル、硫酸ジフェニル等の鎖状硫酸エステル;1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、3−フェニル−1,3−プロパンスルトン、4−フェニル−1,4−ブタンスルトン、プロパンサイクリックスルフェイト等の環状スルホン酸エステルを使用できるが、これらに限定はされない。 Examples of the sulfur compound include dimethyl sulfate, diethyl sulfate, ethyl methyl sulfate, methyl propyl sulfate, ethyl propyl sulfate, methyl phenyl sulfate, ethyl phenyl sulfate, phenyl propyl sulfate, benzyl methyl sulfate, benzyl ethyl sulfate, and diphenyl sulfate. Chain sulfate ester: cyclic sulfonate such as 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, 3-phenyl-1,3-propane sultone, 4-phenyl-1,4-butane sultone, propane cyclic sulfate However, it is not limited to these.
上記第1の正極活物質(Li(1+a)MnxNiyCo(1-x-y-z)MzO2)の合成方法は限定されないが、例えば次のようにして合成できる。先ず、所定の組成比で混合したニッケル、マンガン及びコバルトの硫酸塩に水酸化アルカリを加えて沈殿させ、その後十分に水洗し乾燥させて共沈水酸化物を得る。次に、この共沈水酸化物にリチウム水酸化物と添加元素Mを含む化合物を加え、十分に混合した後、酸化性雰囲気中で、所定の温度で焼成する。焼成時における酸化性雰囲気中の酸素分圧は0.19〜1気圧、焼成温度は600〜1000℃、焼成時間は6〜48時間の範囲とすればよい。 The method of synthesizing the first positive electrode active material (Li (1 + a) Mn x Ni y Co (1-xyz) M z O 2) is not limited, for example, can be synthesized as follows. First, nickel hydroxide, manganese and cobalt sulfate mixed at a predetermined composition ratio are precipitated by adding alkali hydroxide, and then sufficiently washed with water and dried to obtain a coprecipitated hydroxide. Next, a compound containing lithium hydroxide and additive element M is added to the coprecipitated hydroxide and mixed sufficiently, followed by firing at a predetermined temperature in an oxidizing atmosphere. The oxygen partial pressure in the oxidizing atmosphere during firing may be 0.19 to 1 atm, the firing temperature may be 600 to 1000 ° C., and the firing time may be 6 to 48 hours.
また、上記第2の正極活物質(Li(1-s-b)MgsCo(1-t-u)AltM’uO2)の合成方法も限定されないが、例えば、水酸化コバルト、炭酸リチウム、水酸化アルミニウム、酸化マグネシウム及び添加元素M’の化合物を所定の組成比で混合した後、空気雰囲気中で、600〜1000℃、6〜48時間焼成することにより合成できる。 Further, the second positive electrode active material (Li (1-sb) Mg s Co (1-tu) Al t M 'u O 2) is not also limited synthetic methods, for example, cobalt hydroxide, lithium carbonate, water After mixing a compound of aluminum oxide, magnesium oxide and additive element M ′ at a predetermined composition ratio, it can be synthesized by firing in an air atmosphere at 600 to 1000 ° C. for 6 to 48 hours.
上記正極は、上記正極活物質、正極用導電剤、正極用バインダ等を含む混合物に、溶剤
を加えて十分に混練して得た正極合剤ペーストを、正極用集電体に塗布して乾燥した後に、その正極合剤層を所定の厚さ及び所定の電極密度に制御することにより形成できる。
The positive electrode is prepared by applying a positive electrode mixture paste obtained by sufficiently adding a solvent to a mixture containing the positive electrode active material, the positive electrode conductive agent, the positive electrode binder, and the like, and drying the mixture. After that, the positive electrode mixture layer can be formed by controlling to a predetermined thickness and a predetermined electrode density.
また、レーザ回折・散乱法で測定した上記正極活物質の平均粒径は5〜25μm、BET法で測定したその比表面積は0.1〜0.6m2/gとすることが好ましい。これにより、高容量化に加えて、さらにサイクル特性及び貯蔵特性をより改善できる。これは、上記正極活物質の比表面積を小さくすることで、電解液との反応面積を小さくすることができ、使用する導電剤量やバインダ量を低減できることで、高電極密度化、ひいては電池の高容量化が可能となるからである。また、正極活物質の焼成時の焼結反応を進行させて、比表面積を小さくすることで、塗料作製時及び電極作製時の粒子の崩壊を抑制でき、サイクル特性及び貯蔵特性も改善することができる。 The average particle diameter of the positive electrode active material measured by the laser diffraction / scattering method is preferably 5 to 25 μm, and the specific surface area measured by the BET method is preferably 0.1 to 0.6 m 2 / g. Thereby, in addition to the increase in capacity, cycle characteristics and storage characteristics can be further improved. This is because, by reducing the specific surface area of the positive electrode active material, the reaction area with the electrolyte can be reduced, and the amount of conductive agent and binder used can be reduced, thereby increasing the electrode density and thus the battery. This is because the capacity can be increased. In addition, by reducing the specific surface area by advancing the sintering reaction at the time of firing the positive electrode active material, it is possible to suppress particle collapse during paint preparation and electrode preparation, and to improve cycle characteristics and storage characteristics. it can.
上記正極用導電剤は、構成された電池において実質的に化学的に安定な電子伝導性材料であれば限定されず、例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛等)、人造黒鉛等のグラファイト類;アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類;炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維類;フッ化カーボン;アルミニウム等の金属粉末類;酸化亜鉛、チタン酸カリウム等からなる導電性ウィスカー類;酸化チタン等の導電性金属酸化物;又はポリフェニレン誘導体等の有機導電性材料等が使用できる。これらの正極用導電剤は、単独で使用できるが、2種類以上を混合して使用してよい。これらの正極用導電剤の中でも、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラックが、特に好ましい。正極用導電剤の添加量は、正極活物質、正極用導電剤及び正極用バインダの全重量に対して0.5〜3重量%とすればよい。
The conductive agent for positive electrode is not limited as long as it is an electron conductive material that is substantially chemically stable in the constructed battery. For example, graphite such as natural graphite (flaky graphite, etc.), artificial graphite, etc .; acetylene Carbon blacks such as black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black and thermal black; conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; carbon fluoride; metal powders such as aluminum; zinc oxide and titanium Conductive whiskers made of potassium acid or the like; conductive metal oxides such as titanium oxide; or organic conductive materials such as polyphenylene derivatives can be used. Although these electrically conductive agents for positive electrodes can be used independently, you may mix and
上記正極用バインダは、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも使用でき、例えば、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(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE樹脂)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体又はそのNa+イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸共重合体又はそのNa+イオン架橋体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体又はそのNa+イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体又はそのNa+イオン架橋体等が挙げられ、これらの材料を単独又は混合して用いることができる。これらの材料の中でも、PVDF、PTFEが、特に好ましい。正極用バインダの添加量は、正極活物質、正極用導電剤及び正極用バインダの全重量に対して0.5〜3重量%とすればよい。 The positive electrode binder can be either a thermoplastic resin or a thermosetting resin. For example, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene butadiene rubber, tetrafluoroethylene-hexa. Fluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride- Chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE resin), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene copolymer Propylene-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene copolymer Polymer, ethylene-acrylic acid copolymer or its Na + ion crosslinked product, ethylene-methacrylic acid copolymer or its Na + ion crosslinked product, ethylene-methyl acrylate copolymer or its Na + ion crosslinked product, ethylene -A methyl methacrylate copolymer or its Na + ion crosslinked body etc. are mentioned, These materials can be used individually or in mixture. Among these materials, PVDF and PTFE are particularly preferable. The addition amount of the positive electrode binder may be 0.5 to 3% by weight with respect to the total weight of the positive electrode active material, the positive electrode conductive agent, and the positive electrode binder.
上記正極用集電体としては、構成された電池において実質的に化学的に安定な電子伝導体であれば特に限定されない。正極用集電体の材料としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、炭素、導電性樹脂等の他に、アルミニウム又はステンレス鋼の表面にカーボンを塗布したもの等が用いられる。これらの中でも、アルミニウム又はアルミニウム合金が特に好ましい。金属材料を用いる場合には、その表面を酸化して用いることもできる。また、表面処理により集電体表面に凹凸を付けることが好ましい。活物質の脱落が防止できるからである。正極集電体の形状としては、例えば、フォイルの他、フィルム、シート、ネット、パンチングされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体等が用いられる。正極集電体の厚みは特に限定されず、例えば1〜500μmとすればよい。 The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it is an electron conductor that is substantially chemically stable in the constituted battery. Examples of the material for the positive electrode current collector include aluminum, stainless steel, nickel, titanium, carbon, conductive resin, and the like, as well as aluminum or stainless steel with carbon applied on the surface. Among these, aluminum or an aluminum alloy is particularly preferable. When a metal material is used, the surface can be oxidized and used. Moreover, it is preferable to give an unevenness | corrugation to the collector surface by surface treatment. This is because the active material can be prevented from falling off. As the shape of the positive electrode current collector, for example, a film, a sheet, a net, a punched thing, a lath body, a porous body, a foamed body, a molded body of a fiber group, and the like are used in addition to a foil. The thickness of the positive electrode current collector is not particularly limited, and may be, for example, 1 to 500 μm.
上記負極は、第1の負極活物質と第2の負極活物質とを含み、第1の負極活物質は炭素材料からなり、第2の負極活物質は第1の負極活物質より導電性が高く比表面積の大きな炭素材料からなることが好ましい。第2の負極活物質の比表面積は、第1の負極活物質の比表面積の10倍以上が好ましく、また、第2の負極活物質の割合は、負極活物質の全体の重量割合で、0.5重量%以上3重量%以下であることが好ましい。負極活物質が、導電性の高い炭素材料を上記重量割合で含有することにより、高電圧充電下においてさらにサイクル特性及び貯蔵特性を向上できる。第2の負極活物質の割合が0.5重量%未満では効果がなく、また、導電性の高い炭素材料である第2の負極活物質は第1の負極活物質より比表面積が大きく嵩が高いため、3重量%を超えると負極の密度が低下し、電池容量も低下する。 The negative electrode includes a first negative electrode active material and a second negative electrode active material, the first negative electrode active material is made of a carbon material, and the second negative electrode active material is more conductive than the first negative electrode active material. It is preferably made of a carbon material having a high specific surface area. The specific surface area of the second negative electrode active material is preferably not less than 10 times the specific surface area of the first negative electrode active material, and the ratio of the second negative electrode active material is 0% by weight of the whole negative electrode active material. It is preferably 5% by weight or more and 3% by weight or less. When the negative electrode active material contains a carbon material having high conductivity in the above-described weight ratio, cycle characteristics and storage characteristics can be further improved under high voltage charging. If the ratio of the second negative electrode active material is less than 0.5% by weight, there is no effect, and the second negative electrode active material, which is a highly conductive carbon material, has a larger specific surface area and bulk than the first negative electrode active material. If it exceeds 3% by weight, the density of the negative electrode decreases and the battery capacity also decreases.
前述のとおり、非水電解質二次電池が高温環境下におかれると、正極表面及び正極活物質反応界面において、正極活物質中の酸素と、電解液中のカーボーネート系有機溶媒とが反応し、正極活物質の表面からコバルト、ニッケル、マンガン等の構成金属元素が金属イオンとして溶出する。このため、これらの金属イオンが負極上で還元され、負極活物質表面に析出し、負極の活性を低下させ、電池容量を低下させる原因となる。正極活物質からの金属元素の溶出は高電圧状態でより促進されることから、従来は高電圧充電下においてサイクル特性及び貯蔵特性を向上させることは負極の面からも困難であった。そこで、上記のように、第1の負極活物質より導電性の高い炭素材料(第2の負極活物質)を負極活物質に含有させることで、その第2の負極活物質上に優先的に正極活物質から溶出した金属イオンを金属として析出させることができ、主成分である第1の負極活物質の劣化を低減させることができると考えられる。これにより、高電圧充電下においてさらにサイクル特性及び貯蔵特性を向上できると考えられる。 As described above, when the non-aqueous electrolyte secondary battery is placed in a high temperature environment, oxygen in the positive electrode active material reacts with the carbonate organic solvent in the electrolyte solution at the positive electrode surface and the positive electrode active material reaction interface. Constituent metal elements such as cobalt, nickel, and manganese are eluted as metal ions from the surface of the positive electrode active material. For this reason, these metal ions are reduced on the negative electrode and deposited on the surface of the negative electrode active material, thereby reducing the activity of the negative electrode and reducing the battery capacity. Since elution of metal elements from the positive electrode active material is further promoted in a high voltage state, it has been difficult to improve cycle characteristics and storage characteristics under high voltage charging from the viewpoint of the negative electrode. Therefore, as described above, by adding a carbon material (second negative electrode active material) having higher conductivity than the first negative electrode active material to the negative electrode active material, the second negative electrode active material is preferentially used. It is considered that metal ions eluted from the positive electrode active material can be deposited as metal, and deterioration of the first negative electrode active material as the main component can be reduced. Thereby, it is considered that the cycle characteristics and the storage characteristics can be further improved under high voltage charging.
上記第1の負極活物質としては、例えば、天然黒鉛又は塊状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛等の人造黒鉛等の炭素材料が用いられる。第1の負極活物質として用いる上記炭素材料の平均粒径は、3μm以上15μm以下が好ましく、10μm以上13μm以下がより好ましく、その純度は99.9%以上が好ましい。この範囲内であれば入手が容易だからである。 As said 1st negative electrode active material, carbon materials, such as artificial graphite, such as natural graphite or block graphite, scale-like graphite, and earth-like graphite, are used, for example. The average particle diameter of the carbon material used as the first negative electrode active material is preferably 3 μm or more and 15 μm or less, more preferably 10 μm or more and 13 μm or less, and the purity thereof is preferably 99.9% or more. This is because it is easy to obtain within this range.
また、第1の負極活物質には、上記炭素材料に、さらにSi、Sn等のリチウムと合金化可能な金属又はその合金等を混合して用いることができる。 Further, the first negative electrode active material can be used by mixing the above carbon material with a metal that can be alloyed with lithium such as Si and Sn, or an alloy thereof.
上記第2の負極活物質としては、例えば、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ等の繊維状炭素材料が用いられる。具体的には、例えば、グラファイトウィスカー、フィラメンタスカーボン、グラファイトファイバー、極細炭素チューブ、カーボンチューブ、カーボンフィブリル、カーボンマイクロチューブ、カーボンナノファイバー等が使用できる。また、これらの繊維状炭素材料は、例えば、繊維径が0.5nm〜100nm、繊維長が0.01μm〜100μmのものを使用すればよい。 As said 2nd negative electrode active material, fibrous carbon materials, such as carbon fiber and a carbon nanotube, are used, for example. Specifically, for example, graphite whisker, filamentous carbon, graphite fiber, ultrafine carbon tube, carbon tube, carbon fibril, carbon microtube, carbon nanofiber, and the like can be used. Moreover, what is necessary is just to use these fibrous carbon materials whose fiber diameter is 0.5 nm-100 nm and whose fiber length is 0.01 micrometer-100 micrometers, for example.
上記負極は、上記負極活物質、負極用導電剤、負極用バインダ等を含む混合物に、溶剤を加えて十分に混練して得た負極合剤ペーストを、負極用集電体に塗布して乾燥した後に、その負極合剤ペーストを所定の厚さ及び所定の電極密度に制御することにより形成できる。 The negative electrode is obtained by applying a negative electrode mixture paste obtained by sufficiently adding a solvent to a mixture containing the negative electrode active material, the negative electrode conductive agent, the negative electrode binder, and the like, and drying the mixture. After that, the negative electrode mixture paste can be formed by controlling to a predetermined thickness and a predetermined electrode density.
上記負極用導電剤は、電子伝導性材料であれば限定されないが、負極用導電剤を添加しない場合もある。負極用導電剤を添加する場合は、例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛等)、人造黒鉛、膨張黒鉛等のグラファイト類;アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカ−ボンブラック類;炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維類;銅、ニッケル等の金属粉末類;又はポリフェニレン誘導体等の有機導電性材料等が使用できる。これらの負極用導電剤は、単独で使用できるが、2種類以上を混合して使用してもよい。これらの負極用導電剤の中でも、人造黒鉛、アセチレンブラック、炭素繊維が、特に好ましい。負極用導電剤の添加量は、負極活物質、負極用導電剤及び負極用バインダの全重量に対して10重量%以下とすればよい。
The negative electrode conductive agent is not limited as long as it is an electron conductive material, but the negative electrode conductive agent may not be added. In the case of adding a negative electrode conductive agent, for example, graphite such as natural graphite (flaky graphite, etc.), artificial graphite, expanded graphite, etc .; acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, etc. Carbon blacks, conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers, metal powders such as copper and nickel, or organic conductive materials such as polyphenylene derivatives can be used. Although these electrically conductive agents for negative electrodes can be used independently, you may mix and
上記負極用バインダは、前述の正極用バインダと同様の材料を単独又は混合して用いることができる。これらの材料の中でも、スチレンブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−アクリル酸共重合体又はそのNa+イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸共重合体又はそのNa+イオン架橋体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体又はそのNa+イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体又はそのNa+イオン架橋体が、特に好ましい。負極用バインダの添加量は、負極活物質、負極用導電剤及び負極用バインダの全重量に対して0.5〜3重量%とすればよい。 As the negative electrode binder, the same material as that of the positive electrode binder described above can be used alone or in combination. Among these materials, styrene-butadiene rubber, polyvinylidene fluoride, ethylene-acrylic acid copolymer or its Na + ion crosslinked product, ethylene-methacrylic acid copolymer or its Na + ion crosslinked product, ethylene-methyl acrylate copolymer A polymer or a Na + ion crosslinked product thereof, an ethylene-methyl methacrylate copolymer or a Na + ion crosslinked product thereof is particularly preferred. The addition amount of the negative electrode binder may be 0.5 to 3% by weight with respect to the total weight of the negative electrode active material, the negative electrode conductive agent, and the negative electrode binder.
上記負極用集電体としては、構成された電池において実質的に化学的に安定な電子伝導体であれば特に限定されない。正極用集電体の材料としては、例えば、銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、炭素、導電性樹脂等の他に、銅又はステンレス鋼の表面にカーボンを塗布したもの等が用いられる。これらの中でも、銅又は銅合金が特に好ましい。金属材料を用いる場合は、その表面を酸化して用いることもできる。また、表面処理により集電体表面に凹凸を付けることが好ましい。活物質の脱落が防止できるからである。負極集電体の形状としては、例えば、フォイルの他、フィルム、シート、ネット、パンチングされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体等が用いられる。負極集電体の厚みは特に限定されず、例えば1〜500μmとすればよい。 The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it is an electron conductor that is substantially chemically stable in the battery. Examples of the material for the positive electrode current collector include copper, stainless steel, nickel, titanium, carbon, conductive resin, etc., as well as copper or stainless steel coated with carbon. Among these, copper or a copper alloy is particularly preferable. When a metal material is used, the surface can be oxidized and used. Moreover, it is preferable to give an unevenness | corrugation to the collector surface by surface treatment. This is because the active material can be prevented from falling off. As the shape of the negative electrode current collector, for example, a film, a sheet, a net, a punched one, a lath body, a porous body, a foam, a molded body of a fiber group, and the like are used in addition to a foil. The thickness of the negative electrode current collector is not particularly limited, and may be, for example, 1 to 500 μm.
上記電解質は、例えば、ビニレンカーボネート(VC)、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート(MEC)、γ−ブチロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、燐酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、ジエチルエーテル等の非プロトン性有機溶媒を1種類又は2種類以上混合した溶媒に、例えば、LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、Li2C2F4(SO3)2、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiCnF(2n+1)SO3(2≦n≦6)、LiN(RfOSO2)2(Rfはフルオロアルキル基)等から選ばれる少なくとも1種類のリチウム塩を溶解させた電解液を用いればよい。この電解液中のLiイオンの濃度は、0.5〜1.5mol/Lが好ましく、0.9〜1.25mol/Lがより好ましい。
Examples of the electrolyte include vinylene carbonate (VC), propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate (MEC), γ-butyrolactone, 1, 2 -Dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, 3-methyl-2 -A solution in which one or more aprotic organic solvents such as oxazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, and diethyl ether are mixed. To, for example, LiClO 4, LiPF 6, LiBF 4,
上記正極及び上記負極の間には、上記非水電解質を含浸させたセパレータが配される。上記セパレータとしては、大きなイオン透過度及び所定の機械的強度を有する絶縁性の微多孔性薄膜が用いられる。また、一定温度以上(100〜140℃)で微孔を閉塞し、抵抗を上げる機能を有するものが、電池の安全性向上の点から好ましい。具体的には、上記セパレータとしては、耐有機溶剤性及び疎水性を有するポリプロピレン、ポリエチレン等のオレフィン系ポリマー又はガラス繊維からなるシート、不織布、織布、又はオレフィン系の粒子を接着剤で固着した多孔質体層等が用いられる。 A separator impregnated with the non-aqueous electrolyte is disposed between the positive electrode and the negative electrode. As the separator, an insulating microporous thin film having a large ion permeability and a predetermined mechanical strength is used. Moreover, what has the function to block | close a micropore and to raise resistance above a fixed temperature (100-140 degreeC) is preferable from the point of the safety | security improvement of a battery. Specifically, as the separator, a sheet, a nonwoven fabric, a woven fabric, or an olefin-based particle made of an olefin-based polymer or glass fiber such as polypropylene and polyethylene having organic solvent resistance and hydrophobicity is fixed with an adhesive. A porous body layer or the like is used.
上記セパレータの孔径は、正極又は負極より脱離した活物質、導電剤及びバインダ等が透過しない範囲であることが好ましく、例えば、0.01〜1μmが好ましい。また、セパレータの厚さをT、その空孔率をP、その透気度をRとすると、Tは10μm以上20μm以下が好ましく、Pは40%以上55%以下が好ましく、Rは50秒/100cm3以上200秒/100cm3以下であることが好ましい。 The pore diameter of the separator is preferably in a range that does not allow the active material, conductive agent, binder, and the like detached from the positive electrode or negative electrode to pass through, and is preferably 0.01 to 1 μm, for example. Further, assuming that the thickness of the separator is T, the porosity is P, and the air permeability is R, T is preferably 10 μm to 20 μm, P is preferably 40% to 55%, and R is 50 seconds / It is preferably 100 cm 3 or more and 200 seconds / 100 cm 3 or less.
本発明の非水電解質二次電池は、正極、負極及びセパレータを短冊状に配置したスタッキング型であっても、長尺状の正極、負極及びセパレータを積層してから捲回したローリング型であってもよい。 The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a rolling type in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator are stacked in a strip shape, but is rolled after laminating a long positive electrode, a negative electrode, and a separator. May be.
以下、本発明の非水電解質二次電池の一例であるリチウムイオン二次電池の実施の形態について、図面に基づき説明する。なお、下記説明では、正極、負極、セパレータ及び非水電解質については、上述したものと同様のものを使用できるため、その詳細な説明を省略する場合がある。 Hereinafter, an embodiment of a lithium ion secondary battery which is an example of a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, since the same thing as what was mentioned above can be used about a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte, the detailed description may be abbreviate | omitted.
図1は、本実施形態のリチウムイオン二次電池の一例を示す斜視図であり、図2は、図1のI−I線の断面図である。 FIG. 1 is a perspective view showing an example of the lithium ion secondary battery of the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.
図1において、本実施形態のリチウムイオン二次電池1は、角形(扁平形状)の電池ケース2と蓋板3とを備えている。また、図2において、絶縁体10、非水電解質(図示せず)及び電極体9が、電池ケース2及び蓋板3からなる密閉容器内に収容されている。但し、図2では、電極体9の内周側の部分は断面にしていない。
In FIG. 1, a lithium ion
電池ケース2は、アルミニウム合金等の金属で形成され、電池の外装材となるものである。
The
蓋板3は、アルミニウム合金等の金属で形成され、ポリプロピレン等の合成樹脂で形成された絶縁パッキング4を介して、ステンレス鋼等の金属で形成された端子5が設けられている。また、蓋板3は、電池ケース2の開口部に挿入され、両者の接合部を溶接することによって、電池ケース2の開口部が封口され、電池内部が密閉されている。
The
絶縁体10は、ポリテトラフルオロエチレンシート等の合成樹脂シートで形成され、電池ケース2の底部に配置されている。
The
電極体9は、長尺状の正極6と負極7とをセパレータ8を介して積層して、渦巻状に捲回した後、加圧して扁平状に形成した扁平状捲回構造をしている。しかし、電極体9の構造は、正極6と、負極7と、正極6と負極7との間に配置されたセパレータ8とを含めば、この捲回構造に限定されず、例えば平板状の正極6、負極7及びセパレータ8が積層された構造等であってもよい。
The
正極6の一端と蓋板3とは、ニッケル等の金属で形成された正極集電タブ11によって電気的に接続され、蓋板3及び電池ケース2が正極端子として機能するようになっている。
One end of the
また、負極7の一端と端子5とは、ニッケル等の金属で形成された負極集電タブ12及びステンレス鋼等の金属で形成され集電板14によって電気的に接続され、端子5が負極として機能するようになっている。このとき、集電板14と蓋板3とは、ポリプロピレン等の合成樹脂で形成された絶縁体13を介しているので、絶縁されている。
Also, one end of the
なお、図2では、正極集電タブ11を蓋板3に直接溶接することによって、電池ケース2と蓋板3とが正極端子として機能し、負極集電タブ12を集電板14に溶接し、集電板14を介して負極集電タブ12と端子5とを導通させることによって、端子5が負極端子として機能するようになっているが、電池ケース2の材質等によっては、その正負が逆となる場合もある。
In FIG. 2, by directly welding the positive electrode
電池ケース2としては、金属製の角型のケースを用いたが、この形状に特に限定されず、金属製の円筒形やボタン形のケース、ラミネートフィルムで形成されたラミネートケース等を用いてもよい。
As the
上記リチウム二次電池1の製造方法は、特に限定されないが、電池ケース2に正極6、負極7、セパレータ8及び非水電解質を収納した後であって、電池ケース2と蓋板3とを完全に密閉する前に、充電することが好ましい。これにより、充電初期に発生するガスや電池内の残留水分を電池外に除去することができる。
Although the manufacturing method of the lithium
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。 Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples. In addition, this invention is not limited to the following Example.
(実施例1)
以下のようにして図1に示した角型リチウム二次電池と同様の構造のリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 1
A lithium ion secondary battery having the same structure as the prismatic lithium secondary battery shown in FIG. 1 was produced as follows.
<正極の作製>
先ず、Li1.02Mn0.33Ni0.33Co0.33Zr0.01O2の組成からなる正極活物質を次のようにして合成した。
<Preparation of positive electrode>
First, a positive electrode active material having a composition of Li 1.02 Mn 0.33 Ni 0.33 Co 0.33 Zr 0.01 O 2 was synthesized as follows.
先ず、上記組成比となるように混合したニッケル、マンガン及びコバルトの硫酸塩に水酸化ナトリウム水溶液を加えて沈殿させ、その後十分に水洗し乾燥させて共沈水酸化物を得た。次に、この共沈水酸化物に水酸化リチウムと酸化ジルコニムを加え、十分に混合した後、空気雰囲気中で、温度900℃で12時間焼成することにより複合酸化物を得た。 First, a sodium hydroxide aqueous solution was added to nickel, manganese and cobalt sulfates mixed so as to have the above composition ratio to cause precipitation, and then sufficiently washed with water and dried to obtain a coprecipitated hydroxide. Next, lithium hydroxide and zirconium oxide were added to the coprecipitated hydroxide and mixed well, followed by firing in an air atmosphere at a temperature of 900 ° C. for 12 hours to obtain a composite oxide.
次に、上記正極活物質96重量部と、人造黒鉛(導電剤)1重量部と、アセチレンブラック(導電剤)1重量部とを、PVDF(バインダ)を8重量%の割合で含むN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液に加え、全体のPVDFの重量割合が2重量%となるように混合して正極合剤ペーストを作製した。 Next, N-methyl containing 96 parts by weight of the positive electrode active material, 1 part by weight of artificial graphite (conductive agent), and 1 part by weight of acetylene black (conductive agent) at a ratio of 8% by weight of PVDF (binder). In addition to the -2-pyrrolidone (NMP) solution, the mixture was mixed so that the total PVDF weight ratio was 2% by weight to prepare a positive electrode mixture paste.
続いて、集電体となるアルミニウム箔(厚さ15μm)の両面に、上記正極合剤ペーストを所定量塗布した後、120℃で12時間の真空乾燥を施して正極を作製した。次に、カレンダー処理をして、正極活物質層の厚さを、正極全体の厚さが87μm(片側の正極活物質層の厚さ:36μm)となるように調整した。次に、幅が43mmとなるように切断して、帯状の正極を作製した。また、アルミニウ箔の露出部分に、ニッケルからなる正極集電タブを付けた。 Subsequently, a predetermined amount of the positive electrode mixture paste was applied to both surfaces of an aluminum foil (thickness 15 μm) serving as a current collector, and then vacuum drying was performed at 120 ° C. for 12 hours to produce a positive electrode. Next, calendar treatment was performed to adjust the thickness of the positive electrode active material layer so that the thickness of the entire positive electrode was 87 μm (thickness of the positive electrode active material layer on one side: 36 μm). Next, it cut | disconnected so that a width | variety might be set to 43 mm, and produced the strip | belt-shaped positive electrode. Moreover, the positive electrode current collection tab which consists of nickel was attached to the exposed part of aluminum foil.
<負極の作製>
塊状天然黒鉛(負極活物質)97.5重量部と、スチレンブタジエンゴム(バインダ)1.5重量部と、カルボキシルメチルセルロース(増粘剤)1重量部とに、水を加えて混合して負極合剤ペーストを作製した。
<Production of negative electrode>
To 97.5 parts by weight of massive natural graphite (negative electrode active material), 1.5 parts by weight of styrene butadiene rubber (binder), and 1 part by weight of carboxymethyl cellulose (thickener), water is added and mixed to mix the negative electrode. An agent paste was prepared.
次に、集電体となる銅箔(厚さ8μm)の両面に、上記負極合剤ペーストを所定量塗布した後、120℃で12時間の真空乾燥を施して負極を作製した。次に、カレンダー処理をして、負極活物質層の厚さを、負極全体の厚さが78μm(片側の負極活物質層の厚さ:35μm)となるように調整した。また、負極活物質層の密度は、1.65g/cm3とした。次に、幅が45mmとなるように切断して、帯状の負極を作製した。また、銅箔の露出部分に、ニッケルからなる負極集電タブを付けた。
Next, a predetermined amount of the above-mentioned negative electrode mixture paste was applied to both surfaces of a copper foil (
<電池の組み立て>
上記正極と上記負極との間に、微多孔性ポリエチレンフィルム(厚さ:18μm、孔径:0.5〜1μm、空孔率:49%、透気度:90秒/100cm3)からなるセパレータAを配置して、渦巻状に捲回した後、加圧して扁平状に形成して、電極体を作製した。
<Battery assembly>
Separator A composed of a microporous polyethylene film (thickness: 18 μm, pore diameter: 0.5-1 μm, porosity: 49%, air permeability: 90 seconds / 100 cm 3 ) between the positive electrode and the negative electrode Was wound in a spiral shape, and then pressed to form a flat shape to produce an electrode body.
次に、上記電極体を、アルミニウム製の有底筒状外装缶(底面34mm×4.0mm、高さ50.0mm)内に充填した。正極は正極集電タブを介して外装缶の蓋(正極端子)に、負極は負極集電タブを介して外装缶の蓋に設けられた端子(負極端子)にそれぞれ溶接した。 Next, the electrode body was filled into a bottomed cylindrical outer can made of aluminum (bottom surface 34 mm × 4.0 mm, height 50.0 mm). The positive electrode was welded to the lid of the outer can (positive electrode terminal) via the positive electrode current collecting tab, and the negative electrode was welded to the terminal (negative electrode terminal) provided on the lid of the outer can via the negative electrode current collecting tab.
続いて、エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)とジエチルカーボネート(DEC)との混合溶媒(EC:MEC:DECの混合体積比は1:1:3)中にLiPF6を1.0mol/L溶解させた電解液(電解質)を調製した。さらに、この電解液に電解液全体の重量割合で、2重量%の1,3−プロパンスルトン(4.1V以上4.3V以下の充電電圧で分解する硫黄化合物)を添加して、本実施例の電解液とした。 Subsequently, 1.0 mol of LiPF 6 in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC), methyl ethyl carbonate (MEC), and diethyl carbonate (DEC) (EC: MEC: DEC mixed volume ratio is 1: 1: 3). An electrolytic solution (electrolyte) in which / L was dissolved was prepared. Further, 2% by weight of 1,3-propane sultone (a sulfur compound that decomposes at a charging voltage of 4.1 V or more and 4.3 V or less) is added to the electrolytic solution in a weight ratio of the whole electrolytic solution. The electrolyte solution was as follows.
最後に、この電解液を上記外装缶内に注入し、電極体に電解液を十分に浸透させた後、封口して、本実施例のリチウムイオン二次電池を作製した。 Finally, this electrolyte solution was poured into the outer can, and the electrolyte solution was sufficiently permeated into the electrode body, which was then sealed to produce a lithium ion secondary battery of this example.
(実施例2)
正極活物質の組成をLi1.05Mn0.33Ni0.33Co0.33Ti0.01O2とした以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 2)
A lithium ion secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the composition of the positive electrode active material was Li 1.05 Mn 0.33 Ni 0.33 Co 0.33 Ti 0.01 O 2 .
(実施例3)
正極活物質の組成をLi0.99Mn0.33Ni0.33Co0.33Ge0.01O2とし、電解液中の1,3−プロパンスルトンの添加量を3重量%とした以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 3)
Lithium was obtained in the same manner as in Example 1 except that the composition of the positive electrode active material was Li 0.99 Mn 0.33 Ni 0.33 Co 0.33 Ge 0.01 O 2 and the amount of 1,3-propane sultone added in the electrolyte was 3% by weight. An ion secondary battery was produced.
(実施例4)
正極活物質の組成をLi1.02Mn0.33Ni0.33Co0.33Sn0.01O2とし、1,3−プロパンスルトンに代えて電解液中にプロパンサイクリックスルフェイトを2重量%添加した以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 4
Example 1 except that the composition of the positive electrode active material was Li 1.02 Mn 0.33 Ni 0.33 Co 0.33 Sn 0.01 O 2 and 2% by weight of propane cyclic sulfate was added to the electrolyte instead of 1,3-propane sultone. In the same manner, a lithium ion secondary battery was produced.
(実施例5)
先ず、Li1.05Mg0.01Co0.985Al0.01Ti0.005O2の組成からなる正極活物質を次のようにして合成した。
(Example 5)
First, a positive electrode active material having a composition of Li 1.05 Mg 0.01 Co 0.985 Al 0.01 Ti 0.005 O 2 was synthesized as follows.
先ず、水酸化コバルト、炭酸リチウム、水酸化アルミニウム、酸化マグネシウム及びアナターゼ型の二酸化チタンを上記組成比となるように十分に混合した後、空気雰囲気中で、温度900℃で、12時間焼成することにより複合酸化物を得た。 First, cobalt hydroxide, lithium carbonate, aluminum hydroxide, magnesium oxide and anatase-type titanium dioxide are sufficiently mixed so as to have the above composition ratio, and then calcined in an air atmosphere at a temperature of 900 ° C. for 12 hours. Thus, a composite oxide was obtained.
上記複合酸化物を正極活物質として用い、1,3−プロパンスルトンに代えて電解液中にプロパンサイクリックスルフェイトを2重量%添加した以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。 A lithium ion secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the composite oxide was used as a positive electrode active material and 2% by weight of propane cyclic sulfate was added to the electrolyte instead of 1,3-propane sultone. Was made.
(実施例6)
正極活物質の組成をLi0.99Mg0.01Co0.985Al0.01Ge0.005O2とした以外は、実施例5と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 6)
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 5 except that the composition of the positive electrode active material was Li 0.99 Mg 0.01 Co 0.985 Al 0.01 Ge 0.005 O 2 .
(実施例7)
正極活物質の組成をLi0.99Mg0.01Co0.985Al0.01Zr0.005O2とした以外は、実施例5と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 7)
A lithium ion secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 5 except that the composition of the positive electrode active material was Li 0.99 Mg 0.01 Co 0.985 Al 0.01 Zr 0.005 O 2 .
(比較例1)
正極活物質の組成をLi1.02Mn0.34Ni0.34Co0.32O2とし、電解液中の1,3−プロパンスルトンの添加量を0.5重量%とした以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 1)
Lithium was obtained in the same manner as in Example 1 except that the composition of the positive electrode active material was Li 1.02 Mn 0.34 Ni 0.34 Co 0.32 O 2 and the amount of 1,3-propane sultone added in the electrolyte was 0.5 wt%. An ion secondary battery was produced.
(比較例2)
正極活物質の組成をLiCoO2とし、電解液に1,3−プロパンスルトンを添加しなかった以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 2)
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition of the positive electrode active material was LiCoO 2 and 1,3-propane sultone was not added to the electrolytic solution.
(比較例3)
正極活物質の組成をLiCoO2とした以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 3)
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition of the positive electrode active material was LiCoO 2 .
(比較例4)
正極活物質の組成をLi0.99Mg0.01Co0.985Al0.01Zr0.005O2とし、電解液中の1,3−プロパンスルトンの添加量を4重量%とした以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 4)
The composition of the positive electrode active material was Li 0.99 Mg 0.01 Co 0.985 Al 0.01 Zr 0.005 O 2 and the amount of 1,3-propane sultone added in the electrolyte was 4 wt%. An ion secondary battery was produced.
(比較例5)
正極活物質の組成をLiCo0.97Al0.03O2とし、電解液に1,3−プロパンスルトンを添加しなかった以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 5)
A lithium ion secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the composition of the positive electrode active material was LiCo 0.97 Al 0.03 O 2 and 1,3-propane sultone was not added to the electrolytic solution.
次に、実施例1〜7及び比較例1〜5のリチウムイオン二次電池について、サイクル特性及び貯蔵特性を評価した。また、各電池の正極表面の硫黄含有量の測定を行った。下記評価及び測定には、作製直後の電池をそれぞれ用いた。 Next, the cycle characteristics and the storage characteristics of the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 5 were evaluated. Moreover, the sulfur content of the positive electrode surface of each battery was measured. For the following evaluation and measurement, batteries immediately after production were used.
<サイクル特性>
サイクル特性は、200サイクル後の容量維持率で評価した。容量維持率は、初期容量に対する200サイクル時の放電容量の割合(%)で表した。
<Cycle characteristics>
The cycle characteristics were evaluated by the capacity retention rate after 200 cycles. The capacity retention rate was expressed as a ratio (%) of the discharge capacity at 200 cycles to the initial capacity.
先ず、各電池について0.2Aで4.4Vまで定電流充電を行い、その後、電流値が0.02Aとなるまで定電圧充電を行った。次に、0.2Aで3.0Vまで定電流放電を行って初期容量を求めた。 First, constant current charging was performed up to 4.4 V at 0.2 A for each battery, and then constant voltage charging was performed until the current value reached 0.02 A. Next, constant current discharge was performed to 0.2V at 0.2 A, and the initial capacity was obtained.
充放電サイクルは、次のように行った。充電は、0.5Aで4.4Vまで定電流充電を行い、その後、電流値が0.02Aとなるまで定電圧充電を行った。放電は、1Aで3.0Vまで定電流放電を行った。この充放電を1サイクルとして、20℃で200サイクルまで繰り返した。 The charge / discharge cycle was performed as follows. Charging was performed at a constant current of up to 4.4 V at 0.5 A, and then at a constant voltage until the current value reached 0.02 A. The discharge was a constant current discharge up to 3.0V at 1A. This charging / discharging was made into 1 cycle, and it repeated to 20 cycles at 20 degreeC.
<貯蔵特性>
貯蔵特性は、60℃で20日貯蔵後の残存容量率で評価した。残存容量率は、初期容量に対する貯蔵後の残存容量の割合(%)で表した。
<Storage characteristics>
The storage characteristics were evaluated by the residual capacity ratio after storage at 60 ° C. for 20 days. The remaining capacity ratio was expressed as a ratio (%) of the remaining capacity after storage to the initial capacity.
先ず、前述と同様にして各電池の初期容量を求めた。次に、0.2Aで4.4Vまで定電流充電を行い、その後、電流値が0.02Aとなるまで定電圧充電を行った。その後、各電池を60℃で20日貯蔵した。貯蔵後の各電池を0.2Aで3.0Vまで定電流放電を行って残存容量を求めた。 First, the initial capacity of each battery was determined in the same manner as described above. Next, constant current charging was performed up to 4.4 V at 0.2 A, and then constant voltage charging was performed until the current value reached 0.02 A. Thereafter, each battery was stored at 60 ° C. for 20 days. Each battery after storage was discharged at a constant current of 0.2 A to 3.0 V to determine the remaining capacity.
<正極表面の硫黄含有量の測定>
正極の表面に−SOn−(1≦n≦4)で表される結合として存在する硫黄の含有量(原子%)は、X線光電子分光法(XPS)で分析した。
<Measurement of sulfur content on positive electrode surface>
The content (atomic%) of sulfur existing as a bond represented by —SO n — (1 ≦ n ≦ 4) on the surface of the positive electrode was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
先ず、各電池について0.2Aで4.4Vまで定電流充電を行い、その後、電流値が0.02Aとなるまで定電圧充電を行った。その後、各電池をアルゴン雰囲気下で分解し、正極を取り出し、アルゴン雰囲気下でアルバック・ファイ社製のX線光電子回折装置“5500MC”を用いて測定した。測定条件は、X線源をMgKαとし、出力を400W(15kV)、光電子取出し角を45度、アパーチャー直径を800μm、分析深さを約3から5μmした。−SOn−(1≦n≦4)で表される結合を有する化合物中のS2pに帰属される166.5eV(1≦n≦2)、168.3eV(2≦n≦3)、169.2eV(3≦n≦4)の強度から硫黄の原子%を算出した。 First, constant current charging was performed up to 4.4 V at 0.2 A for each battery, and then constant voltage charging was performed until the current value reached 0.02 A. Then, each battery was decomposed | disassembled in argon atmosphere, the positive electrode was pick_out | removed, and it measured using the X-ray photoelectron diffraction apparatus "5500MC" by ULVAC-PHI Co., Ltd. under argon atmosphere. The measurement conditions were an X-ray source of MgKα, an output of 400 W (15 kV), a photoelectron extraction angle of 45 degrees, an aperture diameter of 800 μm, and an analysis depth of about 3 to 5 μm. 166.5 eV (1 ≦ n ≦ 2), 168.3 eV (2 ≦ n ≦ 3), 169. attributable to S2p in the compound having a bond represented by —SO n — (1 ≦ n ≦ 4). The atomic% of sulfur was calculated from the intensity of 2 eV (3 ≦ n ≦ 4).
なお、正極表面に存在する−SOn−(1≦n≦4)で表される結合を有する化合物としては、例えば、C2H5−SO3−R、C3H5−SO3−R、C3H5SO4−R、C3H5OH−O−CH2−CH2−SO3−R等が該当すると考えられる。 Incidentally, -SO n present on the surface of the positive electrode - Examples of the compound having the bond represented by (1 ≦ n ≦ 4), for example, C 2 H 5 -SO 3 -R , C 3 H 5 -SO 3 -R , C 3 H 5 SO 4 —R, C 3 H 5 OH—O—CH 2 —CH 2 —SO 3 —R, and the like are considered to be applicable.
以上の結果を表1に示す。なお、表1の正極活物質組成は、仕込み値を示す。 The results are shown in Table 1. In addition, the positive electrode active material composition of Table 1 shows a preparation value.
<正極活物質組成の確認>
正極活物質の組成は、作製した電池の正極合剤層をICP分光分析法を用いて確認した。先ず、各電池について0.2Aで4.4Vまで定電流充電を行い、その後、電流値が0.02Aとなるまで定電圧充電を行った。次に、0.2Aで3.0Vまで定電流放電を行った。その後、各電池を分解し、正極を取り出して、正極から正極合剤を剥がし取り、正極合剤から0.2gを100mL容器に採取した。その後、純水5mL、王水2mL、純水10mLをこの順に加えて加熱溶解し、冷却後、さらに25倍に希釈してICP分光分析法にて組成を分析した。得られた結果は、表1に示した仕込み値とほぼ一致した。
<Confirmation of positive electrode active material composition>
The composition of the positive electrode active material was confirmed using ICP spectroscopy for the positive electrode mixture layer of the produced battery. First, constant current charging was performed up to 4.4 V at 0.2 A for each battery, and then constant voltage charging was performed until the current value reached 0.02 A. Next, constant current discharge was performed to 0.2V at 0.2A. Then, each battery was disassembled, the positive electrode was taken out, the positive electrode mixture was peeled off from the positive electrode, and 0.2 g from the positive electrode mixture was collected in a 100 mL container. Thereafter, 5 mL of pure water, 2 mL of aqua regia, and 10 mL of pure water were added in this order and dissolved by heating. After cooling, the mixture was further diluted 25 times and analyzed by ICP spectroscopy. The obtained results almost coincided with the charged values shown in Table 1.
(実施例8)
正極活物質として、組成がLi1.02Mn0.33Ni0.33Co0.33Ti0.01O2の第1の正極活物質と、組成がLi0.99Mg0.01Co0.985Al0.01Ti0.005O2の第2の正極活物質とを混合して用い、第1の正極活物質と第2の正極活物質との重量混合比を50:50とした以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 8)
As a positive electrode active material, a first positive electrode active material having a composition of Li 1.02 Mn 0.33 Ni 0.33 Co 0.33 Ti 0.01 O 2, a second positive electrode active material having a composition of Li 0.99 Mg 0.01 Co 0.985 Al 0.01 Ti 0.005 O 2 , and A lithium ion secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the weight mixing ratio of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material was 50:50.
(実施例9)
第1の正極活物質と第2の正極活物質との重量混合比を20:80とした以外は、実施例8と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 9
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 8, except that the weight mixing ratio of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material was 20:80.
(実施例10)
第1の正極活物質と第2の正極活物質との重量混合比を10:90とした以外は、実施例8と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 10)
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 8 except that the weight mixing ratio of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material was 10:90.
(比較例6)
第1の正極活物質と第2の正極活物質との重量混合比を90:10とし、電解液中の1,3−プロパンスルトンの添加量を0.5重量%とした以外は、実施例8と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 6)
Example except that the weight mixing ratio of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material was 90:10, and the addition amount of 1,3-propane sultone in the electrolytic solution was 0.5% by weight. In the same manner as in Example 8, a lithium ion secondary battery was produced.
(比較例7)
第1の正極活物質と第2の正極活物質との重量混合比を70:30とし、電解液に1,3−プロパンスルトンを添加しなかった以外は、実施例8と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 7)
Lithium ions were obtained in the same manner as in Example 8, except that the weight mixing ratio of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material was 70:30, and 1,3-propane sultone was not added to the electrolytic solution. A secondary battery was produced.
次に、実施例8〜10及び比較例6、7のリチウムイオン二次電池について、サイクル特性及び貯蔵特性の評価と、各電池の正極表面の硫黄含有量の測定とを前述と同様にして行った。その結果を表2に示す。 Next, for the lithium ion secondary batteries of Examples 8 to 10 and Comparative Examples 6 and 7, evaluation of cycle characteristics and storage characteristics and measurement of the sulfur content on the positive electrode surface of each battery were performed in the same manner as described above. It was. The results are shown in Table 2.
表1から、実施例1〜7は、比較例1〜5に比べて、サイクル特性(容量維持率)及び貯蔵特性(残存容量率)が優れていることが分かる。また、表2から、第1の正極活物質と第2の正極活物質とを混合した正極活物質を用いた実施例8〜10においても、同様の正極活物質を用いた比較例6、7に比べて、サイクル特性(容量維持率)及び貯蔵特性(残存容量率)が優れていることが分かる。さらに、表1と表2から、混合した正極活物質を用いたほうが、正極活物質を単独で用いるより貯蔵特性(残存容量率)が優れていることが分かる。 From Table 1, it can be seen that Examples 1 to 7 are more excellent in cycle characteristics (capacity maintenance ratio) and storage characteristics (residual capacity ratio) than Comparative Examples 1 to 5. Further, from Table 2, Comparative Examples 6 and 7 using the same positive electrode active material also in Examples 8 to 10 using the positive electrode active material obtained by mixing the first positive electrode active material and the second positive electrode active material. It can be seen that the cycle characteristics (capacity retention ratio) and the storage characteristics (remaining capacity ratio) are superior to Furthermore, it can be seen from Tables 1 and 2 that storage characteristics (remaining capacity ratio) are better when the mixed positive electrode active material is used than when the positive electrode active material is used alone.
(実施例11)
負極活物質の全体の重量割合で0.5重量%の気相生成炭素繊維(平均繊維径:50nm、平均繊維長:約2μm)と99.5重量%の塊状天然黒鉛とからなる負極活物質97.5重量部と、スチレンブタジエンゴム(バインダ)1.5重量部と、カルボキシルメチルセルロース(増粘剤)1重量部とに、水を加えて混合して作製した負極合剤ペーストを用いた以外は、実施例1と同様にして負極を作製した。
(Example 11)
A negative electrode active material composed of 0.5% by weight of vapor-phase-generated carbon fibers (average fiber diameter: 50 nm, average fiber length: about 2 μm) and 99.5% by weight of massive natural graphite in the total weight ratio of the negative electrode active material Except for using 97.5 parts by weight, 1.5 parts by weight of styrene butadiene rubber (binder), and 1 part by weight of carboxymethyl cellulose (thickener) and using a negative electrode mixture paste prepared by adding water and mixing. Produced a negative electrode in the same manner as in Example 1.
また、セパレータとして、微多孔性ポリエチレンフィルム(厚さ:18μm、孔径:0.5〜1μm、空孔率:50%、透気度:100秒/100cm3)からなるセパレータCを用いた。 Further, as the separator, a separator C made of a microporous polyethylene film (thickness: 18 μm, pore diameter: 0.5 to 1 μm, porosity: 50%, air permeability: 100 seconds / 100 cm 3 ) was used.
また、電解液として、エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)とジエチルカーボネート(DEC)との混合溶媒(EC:MEC:DECの混合体積比は1:1:3)中にLiPF6を1.0mol/L溶解させた電解液を調製した。さらに、この電解液に電解液全体の重量割合で、1重量%の1,3−プロパンスルトン(4.1V以上4.3V以下の充電電圧で分解する硫黄化合物)と3重量%のビニレンカーボネート(溶媒)を添加した。 In addition, as an electrolytic solution, LiPF 6 was mixed in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC), methyl ethyl carbonate (MEC), and diethyl carbonate (DEC) (EC: MEC: DEC mixed volume ratio is 1: 1: 3). An electrolytic solution in which 1.0 mol / L was dissolved was prepared. Further, the electrolyte solution was mixed with 1% by weight of 1,3-propane sultone (a sulfur compound decomposed at a charging voltage of 4.1 V or more and 4.3 V or less) and 3% by weight of vinylene carbonate (by weight of the whole electrolyte solution). Solvent) was added.
上記以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。 A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.
(実施例12)
実施例2で用いた正極活物質を用い、負極活物質中の気相生成炭素繊維の重量割合を1重量%とした以外は、実施例11と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 12)
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 11 except that the positive electrode active material used in Example 2 was used and the weight ratio of the vapor-grown carbon fiber in the negative electrode active material was 1% by weight.
(実施例13)
実施例5で用いた正極活物質を用いた以外は、実施例11と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 13)
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 11 except that the positive electrode active material used in Example 5 was used.
(実施例14)
実施例6で用いた正極活物質を用いた以外は、実施例11と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 14)
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 11 except that the positive electrode active material used in Example 6 was used.
(実施例15)
実施例7で用いた正極活物質を用いた以外は、実施例11と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 15)
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 11 except that the positive electrode active material used in Example 7 was used.
(実施例16)
比較例1で用いた正極活物質を用い、負極活物質に気相生成炭素繊維を添加しなかった以外は、実施例11と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 16)
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 11 except that the positive electrode active material used in Comparative Example 1 was used and no gas-phase-generated carbon fiber was added to the negative electrode active material.
(実施例17)
実施例7で用いた正極活物質を用い、負極活物質中の気相生成炭素繊維の重量割合を4重量%とした以外は、実施例11と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 17)
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 11 except that the positive electrode active material used in Example 7 was used and the weight ratio of the vapor-generated carbon fiber in the negative electrode active material was changed to 4% by weight.
上記実施例11〜17における負極のカレンダー条件は、実施例16の条件を基準として、全て実施例16と同一条件で行った。 The negative electrode calendering conditions in Examples 11 to 17 were all performed under the same conditions as in Example 16 on the basis of the conditions in Example 16.
次に、実施例11〜17のリチウムイオン二次電池について、サイクル特性及び貯蔵特性を前述と同様にして評価した。また、各電池の負極活物質層の密度を測定した。その結果を表3に示す。 Next, the cycle characteristics and the storage characteristics of the lithium ion secondary batteries of Examples 11 to 17 were evaluated in the same manner as described above. Moreover, the density of the negative electrode active material layer of each battery was measured. The results are shown in Table 3.
表3から、実施例11〜17は、サイクル特性(容量維持率)及び貯蔵特性(残存容量率)が優れていることが分かる。また、表3から、負極活物質中の気相生成炭素繊維の重量割合が3重量%を超えると、負極活物質の密度が低下することが分かる。また、上記各電池の正極表面の硫黄含有量の測定を前述と同様にして行ったところ、全て0.2〜1.5原子%の範囲内にあった。 From Table 3, it can be seen that Examples 11 to 17 have excellent cycle characteristics (capacity retention ratio) and storage characteristics (residual capacity ratio). Table 3 also shows that the density of the negative electrode active material decreases when the weight ratio of the vapor-generated carbon fiber in the negative electrode active material exceeds 3% by weight. Moreover, when the sulfur content on the positive electrode surface of each battery was measured in the same manner as described above, all were within the range of 0.2 to 1.5 atomic%.
(実施例18)
実施例8で用いた正極活物質を用いた以外は、実施例11と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 18)
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 11 except that the positive electrode active material used in Example 8 was used.
(実施例19)
実施例9で用いた正極活物質を用いた以外は、実施例11と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 19)
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 11 except that the positive electrode active material used in Example 9 was used.
(実施例20)
実施例10で用いた正極活物質を用いた以外は、実施例11と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 20)
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 11 except that the positive electrode active material used in Example 10 was used.
(実施例21)
実施例8で用いた正極活物質を用い、負極活物質に気相生成炭素繊維を添加しなかった以外は、実施例11と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 21)
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 11 except that the positive electrode active material used in Example 8 was used and no gas-phase-generated carbon fiber was added to the negative electrode active material.
(実施例22)
実施例9で用いた正極活物質を用い、負極活物質に気相生成炭素繊維を添加しなかった以外は、実施例11と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 22)
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 11 except that the positive electrode active material used in Example 9 was used and no vapor-phase-generated carbon fiber was added to the negative electrode active material.
次に、実施例18〜22のリチウムイオン二次電池について、サイクル特性及び貯蔵特性を前述と同様にして評価した。また、各電池の負極活物質層の密度を測定した。その結果を表4に示す。 Next, the cycle characteristics and the storage characteristics of the lithium ion secondary batteries of Examples 18 to 22 were evaluated in the same manner as described above. Moreover, the density of the negative electrode active material layer of each battery was measured. The results are shown in Table 4.
表4から、第1の正極活物質と第2の正極活物質とを混合した正極活物質を用いた実施例18〜22においても、サイクル特性(容量維持率)及び貯蔵特性(残存容量率)が優れていることが分かる。但し、表4から、負極活物質中の気相生成炭素繊維の重量割合が0.5重量%を下回ると、サイクル特性及び貯蔵特性が多少低下することが分かる。また、上記各電池の正極表面の硫黄含有量の測定を前述と同様にして行ったところ、全て0.2〜1.5原子%の範囲内にあった。 From Table 4, also in Examples 18 to 22 using the positive electrode active material obtained by mixing the first positive electrode active material and the second positive electrode active material, cycle characteristics (capacity retention ratio) and storage characteristics (remaining capacity ratio) It turns out that is excellent. However, it can be seen from Table 4 that when the weight ratio of the vapor-generated carbon fiber in the negative electrode active material is less than 0.5% by weight, the cycle characteristics and the storage characteristics are somewhat deteriorated. Moreover, when the sulfur content on the positive electrode surface of each battery was measured in the same manner as described above, all were within the range of 0.2 to 1.5 atomic%.
以上説明したように、本発明は、高電圧充電による高容量化を実現しつつ、さらにサイクル特性及び貯蔵特性に優れた非水電解質二次電池を提供できる。この非水電解質二次電池は、モバイル機器用の電源だけでなく、様々な機器の電源として広く利用できる。 As described above, the present invention can provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that is superior in cycle characteristics and storage characteristics while realizing high capacity by high voltage charging. This non-aqueous electrolyte secondary battery can be widely used not only as a power source for mobile devices but also as a power source for various devices.
1 リチウムイオン二次電池
2 電池ケース
3 蓋板
4 絶縁パッキング
5 端子
6 正極
7 負極
8 セパレータ
9 電極体
10 絶縁体
11 正極集電タブ
12 負極集電タブ
13 絶縁体
14 集電板
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記正極は、第1の正極活物質及び第2の正極活物質から選ばれる少なくとも1種の正極活物質を含み、
前記第1の正極活物質は、一般組成式Li(1+a)MnxNiyCo(1-x-y-z)MzO2(但し、Mは、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Al、Si、Ga、Ge及びSnからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、−0.15<a<0.15、0.1<x≦0.5、0.6<x+y+z<1.0、0≦z≦0.1)で表され、
前記第2の正極活物質は、一般組成式Li(1-s-b)MgsCo(1-t-u)AltM’uO2(但し、M'は、Ti、Zr及びGeからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、0.01≦s<0.1、0<u<0.1、0.01<t+u<0.1、−0.06≦b<0.05)で表され、
前記正極の表面には、−SOn−(1≦n≦4)で表される結合を有する化合物が存在し、
前記正極の表面に前記−SOn−(1≦n≦4)で表される結合として存在する硫黄の含有量は、X線光電子分光法で分析した場合に、0.2原子%以上1.5原子%以下であることを特徴とする非水電解質二次電池。 A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte,
The positive electrode includes at least one positive electrode active material selected from a first positive electrode active material and a second positive electrode active material,
The first positive electrode active materials, the general composition formula Li (1 + a) Mn x Ni y Co (1-xyz) M z O 2 ( where, M is, Ti, Zr, Nb, Mo , W, Al, It is at least one element selected from the group consisting of Si, Ga, Ge, and Sn, and −0.15 <a <0.15, 0.1 <x ≦ 0.5, 0.6 <x + y + z <1. 0, 0 ≦ z ≦ 0.1),
The second cathode active material, the general composition formula Li (1-sb) Mg s Co (1-tu) Al t M 'u O 2 ( where, M' is selected Ti, from the group consisting of Zr and Ge At least one element, represented by 0.01 ≦ s <0.1, 0 <u <0.1, 0.01 <t + u <0.1, −0.06 ≦ b <0.05). And
On the surface of the positive electrode, there is a compound having a bond represented by -SO n- (1 ≦ n ≦ 4),
Wherein -SO n to the positive pole of the surface - the content of sulfur present as bond represented by (1 ≦ n ≦ 4), when analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy, or 0.2 atomic% 1. A nonaqueous electrolyte secondary battery characterized by being 5 atomic% or less.
前記第1の負極活物質は、炭素材料からなり、
前記第2の負極活物質は、前記第1の負極活物質より導電性の高い炭素材料からなり、
前記第2の負極活物質の割合は、負極活物質の全体の重量割合で、0.5重量%以上3重量%以下である請求項1に記載の非水電解質二次電池。 The negative electrode includes a first negative electrode active material and a second negative electrode active material,
The first negative electrode active material is made of a carbon material,
The second negative electrode active material is made of a carbon material having higher conductivity than the first negative electrode active material,
2. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein a ratio of the second negative electrode active material is a total weight ratio of the negative electrode active material and is 0.5 wt% or more and 3 wt% or less.
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