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JP2009054469A - Non-aqueous secondary battery - Google Patents

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JP2009054469A
JP2009054469A JP2007221440A JP2007221440A JP2009054469A JP 2009054469 A JP2009054469 A JP 2009054469A JP 2007221440 A JP2007221440 A JP 2007221440A JP 2007221440 A JP2007221440 A JP 2007221440A JP 2009054469 A JP2009054469 A JP 2009054469A
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negative electrode
active material
electrode active
positive electrode
battery
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JP2007221440A
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Japanese (ja)
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Takashi Nakagawa
嵩 中川
Shinya Wakita
真也 脇田
Mikio Watanabe
美樹男 渡邉
Kokuka Ri
国華 李
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

【課題】オリビン系正極用いる非水電解質電池において、負極活物質に黒鉛を使用した際に、黒鉛へのリチウム(Li)の挿入反応が遅いため、高レートの電流で急速充電させるようにした場合、充電反応時の分極が増大して充分な充電容量が得られなくなったり、また負極活物質の黒鉛上にリチウム(Li)が析出して、サイクル特性が低下したりする等の問題があった。本発明の課題は、オリビン系正極を有する電池において負極側で生じるこのような課題を解決し、優れた電池特性を有する非水電解質電池を提供することにある。
【解決手段】オリビン型結晶構造を持つリチウム金属リン酸化合物を含む正極と、リチウムをドープ・脱ドープ可能な負極活物質を用いた負極と、非水電解質とを備えた非水電解質電池であって、負極活物質に無機酸化物ナノ粒子を含むことを特徴とする非水電解質電池。
【選択図】図1
In a non-aqueous electrolyte battery using an olivine-based positive electrode, when graphite is used as a negative electrode active material, the lithium (Li) insertion reaction into the graphite is slow, so that the battery is rapidly charged at a high rate of current. There is a problem that polarization at the time of the charging reaction is increased and a sufficient charge capacity cannot be obtained, or lithium (Li) is deposited on the graphite of the negative electrode active material and cycle characteristics are deteriorated. . The subject of this invention is providing the nonaqueous electrolyte battery which solves such a subject produced in the negative electrode side in the battery which has an olivine type positive electrode, and has the outstanding battery characteristic.
A non-aqueous electrolyte battery comprising a positive electrode including a lithium metal phosphate compound having an olivine-type crystal structure, a negative electrode using a negative electrode active material capable of doping and dedoping lithium, and a non-aqueous electrolyte. A non-aqueous electrolyte battery comprising inorganic oxide nanoparticles in the negative electrode active material.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、低コスト、長寿命、大電流での放電特性に優れた非水電解質二次電池用負極に関する。   The present invention relates to a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery excellent in discharge characteristics at low cost, long life, and large current.

現在、携帯電話やノートパソコンなどの小型化、高性能化により、高出力、高エネルギー密度のリチウムイオン非水電解質二次電池が広く利用されている。このようなリチウムイオン非水電解質二次電池は、一般にLiCoOを正極活物質に用いた正極と、リチウム金属やリチウム合金やリチウムの吸蔵・放出が可能な炭素材料を用いた負極、エチレンカーボネート(EC)やジエチルカーボネート(DEC)等の有機溶媒にLiBFやLiPF等のリチウム塩からなる電解質を溶解させた電解液が使用されている。 At present, lithium-ion non-aqueous electrolyte secondary batteries with high output and high energy density are widely used due to miniaturization and high performance of mobile phones and notebook computers. Such a lithium ion non-aqueous electrolyte secondary battery generally includes a positive electrode using LiCoO 2 as a positive electrode active material, a negative electrode using lithium metal, a lithium alloy, or a carbon material capable of occluding and releasing lithium, ethylene carbonate ( An electrolytic solution in which an electrolyte made of a lithium salt such as LiBF 4 or LiPF 6 is dissolved in an organic solvent such as EC) or diethyl carbonate (DEC) is used.

しかし、正極活物質のLiCoOに使用されるコバルト(Co)は、希少な資源で埋蔵量が限られており、生産コストが高くなるという問題があった。このため、LiCoO2に代わる正極活物質として、LiMn4やLiNiO等を使用することが検討されている。しかし、正極活物質にLiMnを用いた場合、充分な放電容量を得ることが困難であり、また電池温度が高まると、このLiMn中におけるMnが溶解する等の問題があった。また、正極活物質にLiNiO2を用いた場合には、放電電圧が低くなる等の問題があった。 However, cobalt (Co) used for the positive electrode active material LiCoO 2 is a scarce resource and has a limited amount of reserves, resulting in high production costs. For this reason, the use of LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 or the like as a positive electrode active material replacing LiCoO 2 has been studied. However, when LiMn 2 O 4 is used as the positive electrode active material, it is difficult to obtain a sufficient discharge capacity, and when the battery temperature increases, there are problems such as dissolution of Mn in this LiMn 2 O 4. It was. Further, when LiNiO 2 is used as the positive electrode active material, there are problems such as a low discharge voltage.

また、正極活物質にLiCoOを用いた非水電解質二次電池の場合、充電状態において、高温になると、熱安定性が極端に低下するという問題もあった。この問題に対しては、正極活物質として、オリビン型リン酸リチウムを用いることが検討されている(特許文献1参照)。ここで、オリビン型リン酸リチウムは、一般式LiMPO4(MはMn、Co、Ni、Mg、Zn、Cr、Ti、Vから選択される少なくとも1種以上の元素)で表されるリチウム複合化合物である。 In addition, in the case of a non-aqueous electrolyte secondary battery using LiCoO 2 as the positive electrode active material, there is a problem that the thermal stability is extremely lowered at a high temperature in a charged state. For this problem, the use of olivine type lithium phosphate as a positive electrode active material has been studied (see Patent Document 1). Here, the olivine-type lithium phosphate is a lithium composite compound represented by a general formula LiMPO 4 (M is at least one element selected from Mn, Co, Ni, Mg, Zn, Cr, Ti, and V). It is.

オリビン型リン酸リチウムを用いた正極(以下、オリビン系正極と言う。)、リン酸(PO)が安定した骨格構造を形成するため、充電状態での熱安定性に非常に優れており、安全性が非常に高い。核となる金属元素Mの種類によって作動電圧が異なり、Mの選択によって電池電圧を任意に選択することができる。また、理論容量も約140〜170mAh/gと比較的高く、極めて高効率の充放電が可能である。さらに、金属元素Mに、大量に産出される安価な金属を選ぶことによって、生産コストを大幅に低減させることができる。 A positive electrode using olivine-type lithium phosphate (hereinafter referred to as an olivine-based positive electrode) and phosphoric acid (PO 4 ) form a stable skeletal structure, which is very excellent in thermal stability in a charged state. Very safe. The operating voltage varies depending on the type of metal element M serving as a nucleus, and the battery voltage can be arbitrarily selected by selecting M. Further, the theoretical capacity is relatively high at about 140 to 170 mAh / g, and extremely high-efficiency charging / discharging is possible. Further, by selecting an inexpensive metal that is produced in large quantities as the metal element M, the production cost can be greatly reduced.

通常、リチウムイオン電池では、初回の充電時に電解液の一部が反応し、負極表面に数nmの固体電解質被膜(SEI:Solid Electrolyte Interphase)が形成される。負極活物質層中に無機酸化物ナノ粒子を添加することで、SEI被膜中に無機酸化物のナノ粒子が存在することになる。これにより、負極活物質中へのLiの挿入、脱離を速くし、充放電容量の増大、負荷特性の大幅な向上を得るものである。   Usually, in a lithium ion battery, a part of the electrolytic solution reacts at the time of first charge, and a solid electrolyte film (SEI: Solid Electrolyte Interface) of several nm is formed on the negative electrode surface. By adding inorganic oxide nanoparticles in the negative electrode active material layer, inorganic oxide nanoparticles are present in the SEI coating. This speeds up the insertion and desorption of Li into the negative electrode active material, increases the charge / discharge capacity, and significantly improves the load characteristics.

特開2006−12544号公報JP 2006-12544 A

上記のようなオリビン系正極を有する電池において、負極活物質に炭素材料を使用した際に、炭素材料へのリチウム(Li)の挿入反応が遅いため、高レートの電流で急速充電させるようにした場合、充電反応時の分極が増大して充分な充電容量が得られなくなったり、負極活物質の炭素材料上にLiが析出して、サイクル特性が低下したりする等の問題があった。   In a battery having an olivine-based positive electrode as described above, when a carbon material is used as the negative electrode active material, the lithium (Li) insertion reaction into the carbon material is slow, so that the battery is rapidly charged at a high rate of current. In this case, there is a problem that polarization at the time of the charging reaction is increased and a sufficient charging capacity cannot be obtained, or Li is deposited on the carbon material of the negative electrode active material, resulting in deterioration of cycle characteristics.

したがって、本発明の課題は、オリビン系正極を有する電池において負極側で生じるこのような課題を解決し、優れた電池特性を有する非水電解質電池を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to solve such a problem that occurs on the negative electrode side in a battery having an olivine-based positive electrode and to provide a nonaqueous electrolyte battery having excellent battery characteristics.

上記課題を解決するために、本発明は、オリビン型結晶構造を持つリチウム金属リン酸化合物を含む正極と、リチウムをドープ・脱ドープ可能な負極活物質を用いた負極と、非水電解質とを備えた非水電解質電池であって、負極活物質に無機酸化物ナノ粒子を含むことを特徴とする非水電解質電池である。   In order to solve the above problems, the present invention provides a positive electrode containing a lithium metal phosphate compound having an olivine type crystal structure, a negative electrode using a negative electrode active material capable of doping and dedoping lithium, and a non-aqueous electrolyte. A nonaqueous electrolyte battery comprising a negative electrode active material containing inorganic oxide nanoparticles.

本発明の非水電解質電池によれば、オリビン型結晶構造を持つ正極活物質からなる正極と無機酸化物ナノ粒子を添加した負極とを組み合わせることで、負極へのLi受け入れ性の向上により、オリビン系正極を有する電池の問題点であった、急速充電時の負極表面のLi析出を抑制し、高負荷における劇的なサイクル特性の向上を得ることができる。これにより、パワーツールや電気自動車などに適した、高出力、長寿命で、コストや環境負荷をおさえた電池を提供することが可能となる。   According to the non-aqueous electrolyte battery of the present invention, by combining a positive electrode made of a positive electrode active material having an olivine type crystal structure and a negative electrode to which inorganic oxide nanoparticles are added, olivine is improved in acceptability of Li to the negative electrode. It is possible to suppress the Li deposition on the negative electrode surface during rapid charging, which is a problem of the battery having the system positive electrode, and to obtain dramatic improvement in cycle characteristics under high load. As a result, it is possible to provide a battery that is suitable for power tools, electric vehicles, and the like, has a high output, a long life, and is low in cost and environmental load.

また、無機酸化物ナノ粒子添加負極と、オリビン型結晶構造を有しない正極活物質からなる正極とを用いた場合、低レートにおける充電容量は、やや増加するものの、負荷特性の向上の効果は、ほとんど得られない。これは、LiCoOなどの正極活物質は、オリビン型結晶構造を有する活物質に比べて、熱的安定性が低いために、5C、10Cという高負荷における充放電に伴う温度上昇によって、構造が不安定となるためと考えられる。本発明の非水電解質電池においては、無機酸化物ナノ粒子を添加した負極と、オリビン型結晶構造を持つ正極活物質からなる正極を組み合わせることで、高負荷においても、非常に高効率の充放電が可能となり、かつ、安全性が格段に改善した電池系を達成することができる。 In addition, when using an inorganic oxide nanoparticle-added negative electrode and a positive electrode made of a positive electrode active material having no olivine type crystal structure, although the charge capacity at a low rate slightly increases, the effect of improving load characteristics is I can hardly get it. This is because a positive electrode active material such as LiCoO 2 has a lower thermal stability than an active material having an olivine type crystal structure, so that the structure is increased due to a temperature increase associated with charge and discharge at a high load of 5C and 10C. This is thought to be unstable. In the non-aqueous electrolyte battery of the present invention, by combining a negative electrode to which inorganic oxide nanoparticles are added and a positive electrode made of a positive electrode active material having an olivine crystal structure, extremely high efficiency charge / discharge even at high load And a battery system with significantly improved safety can be achieved.

また、本発明は、負極への無機酸化物ナノ粒子の添加量を、負極活物質100重量部に対して0.1〜2.0重量部に限定し、粒径を30nm以下に最適化することにより、劇的な電池特性の向上を達成するものである。さらに、正極に使用しているオリビン系正極活物質の、高レート、高効率の充放電という長所を十分に引き出すことができ、電気ドリルなどのパワーツールや電気自動車への用途としての、電池の高出力化、大型化が可能となる。   Moreover, this invention limits the addition amount of the inorganic oxide nanoparticle to a negative electrode to 0.1-2.0 weight part with respect to 100 weight part of negative electrode active materials, and optimizes a particle size to 30 nm or less. Thus, a dramatic improvement in battery characteristics is achieved. In addition, the advantages of the high-rate, high-efficiency charge / discharge of the olivine-based positive electrode active material used for the positive electrode can be fully exploited, and the battery can be used for power tools such as electric drills and electric vehicles. High output and large size are possible.

(1)第1の実施形態
(1−1)非水電解質二次電池の構成
図1は本発明の第1の実施形態に係る二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、帯状の正極21と負極22とがセパレータ23を介して巻回された巻回電極体20を有している。電池缶11は、例えばニッケル(Ni)のめっきがされた鉄(Fe)により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶11の内部には、巻回電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12、13がそれぞれ配置されている。
(1) First embodiment
(1-1) Configuration of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a secondary battery according to the first embodiment of the present invention. This secondary battery is a so-called cylindrical type, and a wound electrode body 20 in which a belt-like positive electrode 21 and a negative electrode 22 are wound through a separator 23 inside a substantially hollow cylindrical battery can 11. have. The battery can 11 is made of, for example, iron (Fe) plated with nickel (Ni), and has one end closed and the other end open. Inside the battery can 11, a pair of insulating plates 12 and 13 are arranged perpendicular to the winding peripheral surface so as to sandwich the winding electrode body 20.

電池缶11の開放端部には、電池蓋14と、この電池蓋14の内側に設けられた安全弁機構15および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)16とが、ガスケット17を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶11の内部は密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池缶11と同様の材料により構成されている。安全弁機構15は、熱感抵抗素子16を介して電池蓋14と電気的に接続されており、内部短絡または外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板15Aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子16は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット17は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。   At the open end of the battery can 11, a battery lid 14, a safety valve mechanism 15 provided inside the battery lid 14, and a heat sensitive resistance element (PTC element) 16 are interposed via a gasket 17. It is attached by caulking, and the inside of the battery can 11 is sealed. The battery lid 14 is made of, for example, the same material as the battery can 11. The safety valve mechanism 15 is electrically connected to the battery lid 14 via the heat sensitive resistance element 16, and the disk plate 15A is reversed when the internal pressure of the battery exceeds a certain level due to an internal short circuit or external heating. Thus, the electrical connection between the battery lid 14 and the wound electrode body 20 is cut off. When the temperature rises, the heat sensitive resistance element 16 limits the current by increasing the resistance value and prevents abnormal heat generation due to a large current. The gasket 17 is made of, for example, an insulating material, and asphalt is applied to the surface.

巻回電極体20の中心には例えばセンターピン24が挿入されている。巻回電極体20の正極21にはアルミニウム(Al)などよりなる正極リード25が接続されており、負極22にはニッケルなどよりなる負極リード26が接続されている。正極リード25は安全弁機構15に溶接されることにより電池蓋14と電気的に接続されており、負極リード26は電池缶11に溶接され電気的に接続されている。   For example, a center pin 24 is inserted in the center of the wound electrode body 20. A positive electrode lead 25 made of aluminum (Al) or the like is connected to the positive electrode 21 of the spirally wound electrode body 20, and a negative electrode lead 26 made of nickel or the like is connected to the negative electrode 22. The positive electrode lead 25 is electrically connected to the battery lid 14 by being welded to the safety valve mechanism 15, and the negative electrode lead 26 is welded to and electrically connected to the battery can 11.

図2は図1に示した巻回電極体20の一部を拡大して表すものである。正極21は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、正極集電体21Aの片面のみに正極活物質層21Bを設けるようにしてもよい。   FIG. 2 shows an enlarged part of the spirally wound electrode body 20 shown in FIG. The positive electrode 21 has, for example, a structure in which a positive electrode active material layer 21B is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 21A having a pair of opposed surfaces. Although not shown, the positive electrode active material layer 21B may be provided only on one surface of the positive electrode current collector 21A.

正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔およびステンレス箔などの金属箔により構成されている。   The positive electrode current collector 21A is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil, a nickel foil, or a stainless steel foil.

正極活物質層21Bは、下式(1)で表されるオリビン構造を持つリチウム金属リン酸化合物を用いている。なお、正極活物質層21Bは、更に他の1種または2種以上の正極活物質を含有していてもよい。   The positive electrode active material layer 21B uses a lithium metal phosphate compound having an olivine structure represented by the following formula (1). The positive electrode active material layer 21B may further contain one or more other positive electrode active materials.

LiFe1−yPO ・・・(1)
式中、Mはマンガン(Mn)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、およびバナジウム(V)の少なくとも一種の金属元素であり、0≦y≦0.8である。
LiFe 1-y M y PO 4 ··· (1)
In the formula, M is at least one metal selected from manganese (Mn), cobalt (Co), nickel (Ni), magnesium (Mg), zinc (Zn), chromium (Cr), titanium (Ti), and vanadium (V). Element, 0 ≦ y ≦ 0.8.

負極12は、例えば、一対の面を有する負極集電体12Aの両面に負極合剤層12Bが設けられた構造を有している。負極12は、図5に示すように、矩形状の電極部分と、その電極部分の一辺から延在された集電体露出部分12Cとを有する。この集電体露出部分12Cには負極合剤層12Bが設けられず、負極集電体12Aが露出した状態となっている。集電体露出部12は、負極リード4と電気的に接続される。なお、図示はしないが、負極集電体12Aの片面のみに負極合剤層12Bを設けるようにしてもよい。負極集電体12Aは、例えば、銅箔などの金属箔により構成されている。   The negative electrode 12 has, for example, a structure in which a negative electrode mixture layer 12B is provided on both surfaces of a negative electrode current collector 12A having a pair of surfaces. As shown in FIG. 5, the negative electrode 12 has a rectangular electrode portion and a current collector exposed portion 12C extending from one side of the electrode portion. This current collector exposed portion 12C is not provided with the negative electrode mixture layer 12B, and the negative electrode current collector 12A is exposed. The current collector exposed portion 12 is electrically connected to the negative electrode lead 4. Although not shown, the negative electrode mixture layer 12B may be provided only on one surface of the negative electrode current collector 12A. The negative electrode current collector 12A is made of, for example, a metal foil such as a copper foil.

負極合剤層12Bは、負極活物質として、リチウム(Li)を吸蔵および放出することが可能な負極活物質の1種または2種以上を含んでおり、必要に応じてグラファイトなどの導電助剤およびポリフッ化ビニリデンなどの高分子結着剤を含んで構成されている。   The negative electrode mixture layer 12B contains one or more negative electrode active materials capable of inserting and extracting lithium (Li) as a negative electrode active material, and a conductive aid such as graphite as necessary. And a polymer binder such as polyvinylidene fluoride.

なお、この非水電解質二次電池では、リチウム(Li)を吸蔵および放出することが可能な負極12の電気化学当量が、正極11の電気化学当量よりも大きくなっており、充電の途中において負極12にリチウム金属が析出しないようになっている。   In this nonaqueous electrolyte secondary battery, the electrochemical equivalent of the negative electrode 12 capable of occluding and releasing lithium (Li) is larger than the electrochemical equivalent of the positive electrode 11, and the negative electrode is charged during charging. No lithium metal is deposited on the substrate 12.

リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極活物質としては、例えば、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素、人造黒鉛、アモルファス合金−炭素複合系材料、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維あるいは活性炭などの炭素材料が挙げられ、中でも難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素、人造黒鉛、およびアモルファス合金−炭素複合系材料が好ましい。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスあるいは石油コークスなどがある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。また、高分子材料としてはポリアセチレンあるいはポリピロールなどがある。   Examples of the negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium include non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, artificial graphite, amorphous alloy-carbon composite materials, graphite, pyrolytic carbons, and cokes. , Glassy carbons, organic polymer compound fired bodies, carbon materials such as carbon fiber or activated carbon, among which non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, artificial graphite, and amorphous alloy-carbon composite materials. preferable. Among these, examples of coke include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. An organic polymer compound fired body refers to a carbonized material obtained by firing a polymer material such as phenol resin or furan resin at an appropriate temperature, and part of it is non-graphitizable carbon or graphitizable carbon. Some are classified as: Examples of the polymer material include polyacetylene and polypyrrole.

これら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるので好ましい。また、難黒鉛化性炭素は、優れた特性が得られるので好ましい。さらにまた、充放電電位が低いもの、具体的には充放電電位がリチウム金属に近いものが、電池の高エネルギー密度化を容易に実現することができるので好ましい。   These carbon materials are preferable because the change in the crystal structure that occurs during charge / discharge is very small, a high charge / discharge capacity can be obtained, and good cycle characteristics can be obtained. In particular, graphite is preferable because it has a high electrochemical equivalent and can provide a high energy density. Further, non-graphitizable carbon is preferable because excellent characteristics can be obtained. Furthermore, a battery having a low charge / discharge potential, specifically, a battery having a charge / discharge potential close to that of lithium metal is preferable because a high energy density of the battery can be easily realized.

負極活物質はさらに気相成長炭素繊維(以下、VGCFと言う。)を含有することが好ましい。VGCFの添加量は、負極活物質100重量部に対して0.1〜5重量部とすることが好ましく、0.5〜1重量部とすることがより好ましい。VGCFは内部に中空構造を有し、繊維径が2〜1000nm、且つアスペクト比が10〜15000であることが好ましい。このような構造をとるVGCFを用いることにより、負極活物質間の導電性を高め、充放電容量の増大とLi析出抑制によるサイクル特性の向上を得ることができるからである。また、添加量が少なすぎると、導電性の向上の効果が十分に得られず、逆に添加量を増やしすぎると、分散状態が悪くなったり、初回充放電に伴う不可逆容量が多くなったりする。また、繊維径が小さすぎると、塗料性状の悪化を招き、繊維径が大きすぎると、負極活物質間のコンタクトを妨げてしまう。よって、上記の添加量と繊維径の範囲が好ましい。ここで、「アスペクト比」とは、2次元形状の物体の長短の比率である。   The negative electrode active material preferably further contains vapor grown carbon fiber (hereinafter referred to as VGCF). The amount of VGCF added is preferably 0.1 to 5 parts by weight and more preferably 0.5 to 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material. VGCF preferably has a hollow structure inside, a fiber diameter of 2 to 1000 nm, and an aspect ratio of 10 to 15000. This is because by using VGCF having such a structure, the conductivity between the negative electrode active materials can be increased, and the cycle characteristics can be improved by increasing the charge / discharge capacity and suppressing Li deposition. Also, if the addition amount is too small, the effect of improving the conductivity cannot be sufficiently obtained. Conversely, if the addition amount is excessively increased, the dispersion state is deteriorated or the irreversible capacity accompanying the first charge / discharge is increased. . If the fiber diameter is too small, paint properties are deteriorated. If the fiber diameter is too large, contact between the negative electrode active materials is hindered. Therefore, the above range of addition amount and fiber diameter is preferable. Here, the “aspect ratio” is the ratio of the length of a two-dimensional object.

リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極活物質としては、また、リチウム(Li)を吸蔵および放出することが可能であり、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素として含む材料も挙げられる。このような材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるからである。特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるのでより好ましい。この負極活物質は金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またこれらの1種または2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本発明において、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物あるいはそれらのうちの2種以上が共存するものがある。   The negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium can also store and release lithium (Li), and includes at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element Materials are also mentioned. This is because a high energy density can be obtained by using such a material. In particular, the use with a carbon material is more preferable because a high energy density can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained. This negative electrode active material may be a single element or an alloy or a compound of a metal element or a metalloid element, or may have one or more of these phases at least in part. In the present invention, alloys include those containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to those composed of two or more metal elements. Moreover, the nonmetallic element may be included. Some of the structures include a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of them.

この負極活物質を構成する金属元素あるいは半金属元素としては、例えば、マグネシウム(Mg)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)が挙げられる。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。   Examples of the metal element or metalloid element constituting the negative electrode active material include magnesium (Mg), boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), germanium ( Ge), tin (Sn), lead (Pb), bismuth (Bi), cadmium (Cd), silver (Ag), zinc (Zn), hafnium (Hf), zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium ( Pd) or platinum (Pt). These may be crystalline or amorphous.

中でも、この負極活物質としては、短周期型周期表における4B族の金属元素あるいは半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、特に好ましいのはケイ素(Si)およびスズ(Sn)の少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素(Si)およびスズ(Sn)は、リチウム(Li)を吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。   Among these, as the negative electrode active material, a material containing a 4B group metal element or a semimetal element in the short-period periodic table as a constituent element is preferable, and at least one of silicon (Si) and tin (Sn) is particularly preferable. It is included as a constituent element. This is because silicon (Si) and tin (Sn) have a large ability to occlude and release lithium (Li), and a high energy density can be obtained.

スズ(Sn)の合金としては、例えば、スズ(Sn)以外の第2の構成元素として、ケイ素(Si)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)、およびクロム(Cr)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。ケイ素(Si)の合金としては、例えば、ケイ素(Si)以外の第2の構成元素として、スズ(Sn)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)およびクロム(Cr)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。   As an alloy of tin (Sn), for example, as a second constituent element other than tin (Sn), silicon (Si), nickel (Ni), copper (Cu), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), zinc (Zn), indium (In), silver (Ag), titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb), and chromium (Cr) The thing containing at least 1 sort is mentioned. As an alloy of silicon (Si), for example, as a second constituent element other than silicon (Si), tin (Sn), nickel (Ni), copper (Cu), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), zinc (Zn), indium (In), silver (Ag), titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb), and chromium (Cr). The thing containing 1 type is mentioned.

スズ(Sn)の化合物あるいはケイ素(Si)の化合物としては、例えば、酸素(O)あるいは炭素(C)を含むものが挙げられ、スズ(Sn)またはケイ素(Si)に加えて、上述した第2の構成元素を含んでいてもよい。   Examples of the tin (Sn) compound or silicon (Si) compound include those containing oxygen (O) or carbon (C). In addition to tin (Sn) or silicon (Si), the above-described compounds are used. Two constituent elements may be included.

リチウム(Li)を吸蔵および放出することが可能な負極活物質としては、さらに、他の金属化合物あるいは高分子材料が挙げられる。他の金属化合物としては、MnO、V、V13などの酸化物、NiS、MoSなどの硫化物、あるいはLiNなどのリチウム窒化物が挙げられ、高分子材料としてはポリアセチレン、ポリアニリンあるいはポリピロールなどが挙げられる。 Examples of the negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium (Li) further include other metal compounds or polymer materials. Examples of other metal compounds include oxides such as MnO 2 , V 2 O 5 , and V 6 O 13 , sulfides such as NiS and MoS, and lithium nitrides such as LiN 3 , and polymer materials include polyacetylene. , Polyaniline or polypyrrole.

負極活物質は、無機酸化物ナノ粒子を含む。ここで、「ナノ粒子」とは、一般的に、粒子の直径が1〜100nm程度の超微粒粒子である。無機酸化物ナノ粒子のメジアン粒径は30nm以下とし、好ましくは15nm以下とする。無機酸化物ナノ粒子の粒径を30nm以下とすることで、リチウムイオンの拡散を阻害することなく、SEI被膜中に無機酸化物が存在することができるため、大幅な充放電容量の増大と負荷特性の向上を達成することができる。無機酸化物ナノ粒子のメジアン粒径を30nmより大きくすると、均一な分散が得られなかったり、SEI被膜を大きく超える粒径のために、絶縁体となってしまったりして導電性の低下を生じる恐れがある。無機酸化物粒子は、メジアン径が30nm以下だと、比表面積はほぼ30m/g以上であり、メジアン粒径が15nm以下だと、比表面積が100m/g以上である。 The negative electrode active material includes inorganic oxide nanoparticles. Here, the “nanoparticle” is generally an ultrafine particle having a particle diameter of about 1 to 100 nm. The median particle size of the inorganic oxide nanoparticles is 30 nm or less, preferably 15 nm or less. By setting the particle size of the inorganic oxide nanoparticles to 30 nm or less, the inorganic oxide can be present in the SEI film without inhibiting the diffusion of lithium ions. Improved properties can be achieved. When the median particle size of the inorganic oxide nanoparticles is larger than 30 nm, uniform dispersion cannot be obtained, or the particle size greatly exceeds the SEI coating, resulting in an insulator, resulting in a decrease in conductivity. There is a fear. The inorganic oxide particles have a specific surface area of approximately 30 m 2 / g or more when the median diameter is 30 nm or less, and a specific surface area of 100 m 2 / g or more when the median particle diameter is 15 nm or less.

ここで、「メジアン粒径」とは、粉体をある粒子径から2つに分けたとき、大きい側と小さい側が等量となる径である。また、「比表面積」とは、窒素ガスを使用するBET法による測定値である。   Here, the “median particle diameter” is a diameter in which when the powder is divided into two from a certain particle diameter, the larger side and the smaller side are equivalent. The “specific surface area” is a value measured by the BET method using nitrogen gas.

負極における無機酸化物ナノ粒子の含有量は、負極活物質100重量部に対して、0.1〜2重量部であることが好ましく、0.5〜1重量部であることがより好ましい。無機酸化物ナノ粒子の添加量が、負極活物質100重量部に対して、0.1重量部よりも少ない場合、活物質の表面を十分に被覆できず、十分に効果が発揮できない。一方、添加量が2重量部よりも多い場合、電極合剤中の電池容量に寄与する活物質の含有量が少なくなり、電池容量が低下してしまう。よって、無機酸化物ナノ粒子の添加量を、負極活物質100重量部に対して0.1〜2重量部の範囲とすることで、格段の電池特性の向上を得ることができる。   The content of the inorganic oxide nanoparticles in the negative electrode is preferably 0.1 to 2 parts by weight and more preferably 0.5 to 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material. When the addition amount of the inorganic oxide nanoparticles is less than 0.1 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material, the surface of the active material cannot be sufficiently covered and the effect cannot be sufficiently exerted. On the other hand, when the addition amount is more than 2 parts by weight, the content of the active material contributing to the battery capacity in the electrode mixture is reduced, and the battery capacity is reduced. Therefore, a marked improvement in battery characteristics can be obtained by setting the amount of the inorganic oxide nanoparticles to be in the range of 0.1 to 2 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material.

無機酸化物ナノ粒子としては、例えばAl、SiO、ZrOおよびTiOが好適に挙げられ、中でも充放電容量の増加と負荷特性の向上の効果が大きく、入手が容易でコストが安いことから、Al、SiOが好ましい。 As the inorganic oxide nanoparticles, for example, Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 and TiO 2 are preferably mentioned. Among them, the effect of increasing the charge / discharge capacity and improving the load characteristics is great, and it is easy to obtain and cost. Al 2 O 3 and SiO 2 are preferable because they are cheap.

セパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン,ポリプロピレンおよびポリエチレンなどの合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多孔質膜により構成されており、これら2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリオレフィン製の多孔質膜はショート防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるので好ましい。   The separator 23 is made of, for example, a porous film made of a synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene, or a porous film made of ceramic, and has a structure in which two or more porous films are laminated. May be. Among these, a porous film made of polyolefin is preferable because it is excellent in short-circuit preventing effect and can improve the safety of the battery due to the shutdown effect.

電解液は、例えば有機溶媒などの非水溶媒よりなる溶媒と、この溶媒に溶解された電解質塩とを含んでいる。非水溶媒としては、炭酸エチレンあるいは炭酸プロピレンなどの環状の炭酸エステルを用いることができ、炭酸エチレンおよび炭酸プロピレンのうちの一方、特に両方を混合して用いることが好ましい。サイクル特性を向上させることができるからである。   The electrolytic solution includes, for example, a solvent made of a nonaqueous solvent such as an organic solvent and an electrolyte salt dissolved in the solvent. As the non-aqueous solvent, cyclic carbonates such as ethylene carbonate or propylene carbonate can be used, and it is preferable to use one of ethylene carbonate and propylene carbonate, in particular, a mixture of both. This is because the cycle characteristics can be improved.

また、非水溶媒としては、これらの環状の炭酸エステルに加えて、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルあるいは炭酸メチルプロピルなどの鎖状の炭酸エステルを混合して用いることが好ましい。高いイオン伝導性を得ることができるからである。   Further, as the non-aqueous solvent, it is preferable to use a mixture of chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, or methyl propyl carbonate in addition to these cyclic carbonates. This is because high ionic conductivity can be obtained.

さらにまた、非水溶媒としては、2,4−ジフルオロアニソールあるいは炭酸ビニレンを含むこと好ましい。2,4−ジフルオロアニソールは放電容量を向上させることができ、また、炭酸ビニレンはサイクル特性を向上させることができるからである。よって、これらを混合して用いれば、放電容量およびサイクル特性を向上させることができるので好ましい。   Furthermore, the non-aqueous solvent preferably contains 2,4-difluoroanisole or vinylene carbonate. This is because 2,4-difluoroanisole can improve discharge capacity, and vinylene carbonate can improve cycle characteristics. Therefore, it is preferable to use a mixture of these because the discharge capacity and cycle characteristics can be improved.

これらの他にも、非水溶媒としては、炭酸ブチレン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラク 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、4−メチル−1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピロニトリル、N,N−ジメチルフォルムアミド、N−メチルピロリジノン、N−メチルオキサゾリジノン、N,N−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシドあるいはリン酸トリメチルなどが挙げられる。   In addition to these, non-aqueous solvents include butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1, 3-dioxolane, methyl acetate, methyl propionate, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropironitrile, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone, N, N -Dimethylimidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, dimethyl sulfoxide or trimethyl phosphate.

なお、これらの非水溶媒の少なくとも一部の水素をフッ素で置換した化合物は、組み合わせる電極の種類によっては、電極反応の可逆性を向上させることができる場合があるので、好ましい場合もある。   A compound obtained by substituting at least a part of hydrogen in these non-aqueous solvents with fluorine may be preferable because the reversibility of the electrode reaction may be improved depending on the type of electrode to be combined.

電解質塩としては、例えばリチウム塩が挙げられ、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。リチウム塩としては、LiPF、LiBF、LiAsF、LiClO、LiB(C、LiCHSO、LiCFSO、LiN(SOCF、LiC(SOCF、LiAlCl、LiSiF、LiCl、ジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、リチウムビスオキサレートボレート、あるいはLiBrなどが挙げられる。中でも、LiPFは高いイオン伝導性を得ることができると共に、サイクル特性を向上させることができるので好ましい。 As electrolyte salt, lithium salt is mentioned, for example, 1 type may be used independently, and 2 or more types may be mixed and used for it. Lithium salts include LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiAlCl 4 , LiSiF 6 , LiCl, difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate, lithium bisoxalate borate, or LiBr. Among them, LiPF 6 is preferable because it can obtain high ion conductivity and can improve cycle characteristics.

(1−2)非水電解質二次電池の製造方法
上述のように構成された非水電解質二次電池は、例えば以下のようにして製造することができる。
(1-2) Manufacturing Method of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery The nonaqueous electrolyte secondary battery configured as described above can be manufactured, for example, as follows.

まず、例えば、正極集電体21Aに正極活物質層21Bを形成し正極21を作製する。正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製したのち、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとし、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機などにより圧縮成型することにより形成する。   First, for example, the positive electrode active material layer 21B is formed on the positive electrode current collector 21A to produce the positive electrode 21. The positive electrode active material layer 21B is prepared, for example, by mixing a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder to prepare a positive electrode mixture, and then using the positive electrode mixture in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone. It is formed by dispersing to form a paste-like positive electrode mixture slurry, applying this positive electrode mixture slurry to the positive electrode current collector 21A, drying the solvent, and compression molding with a roll press or the like.

また、例えば、負極集電体22Aに負極活物質層22Bを形成し負極22を作製する。負極活物質層22Bは、例えば、気相法、液相法、焼成法、または塗布のいずれにより形成してもよく、それらの2以上を組み合わせてもよい。気相法、液相法または焼成法により形成する場合には、形成時に負極活物質層22Bと負極集電体22Aとが界面の少なくとも一部において合金化することがあるが、更に、真空雰囲気下または非酸化性雰囲気下で熱処理を行い、合金化するようにしてもよい。   Further, for example, the negative electrode active material layer 22B is formed on the negative electrode current collector 22A to produce the negative electrode 22. The negative electrode active material layer 22B may be formed by, for example, any one of a vapor phase method, a liquid phase method, a baking method, and coating, or a combination of two or more thereof. When formed by a vapor phase method, a liquid phase method, or a firing method, the negative electrode active material layer 22B and the negative electrode current collector 22A may be alloyed at least at a part of the interface at the time of formation. An alloy may be formed by heat treatment under a non-oxidizing atmosphere.

なお、気相法としては、例えば、物理堆積法あるいは化学堆積法を用いることができ、具体的には、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、熱CVD(Chemical Vapor Deposition;化学気相成長)法、およびプラズマCVD法等が利用可能である。液相法としては電解鍍金あるいは無電解鍍金等の公知の手法が利用可能である。焼成法に関しても公知の手法が利用可能であり、例えば、雰囲気焼成法、反応焼成法、およびホットプレス焼成法が利用可能である。塗布の場合には、正極21と同様にして形成することができる。   As the vapor phase method, for example, a physical deposition method or a chemical deposition method can be used. Specifically, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a laser ablation method, a thermal CVD (Chemical Vapor Deposition). A chemical vapor deposition method, a plasma CVD method, and the like can be used. As the liquid phase method, a known method such as electrolytic plating or electroless plating can be used. Known methods can also be used for the firing method. For example, an atmospheric firing method, a reactive firing method, and a hot press firing method can be used. In the case of application, it can be formed in the same manner as the positive electrode 21.

続いて、正極集電体21Aに正極リード25を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体22Aに負極リード26を溶接などにより取り付ける。そののち、正極21と負極22とをセパレータ23を介して巻回し、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接すると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接して、巻回した正極21および負極22を一対の絶縁板12、13で挟み電池缶11の内部に収納する。正極21および負極22を電池缶11の内部に収納したのち、電解液を電池缶11の内部に注入し、セパレータ23に含浸させる。そののち、電池缶11の開口端部に電池蓋14、安全弁機構15および熱感抵抗素子16をガスケット17を介してかしめることにより固定する。これにより、図1および2に示した二次電池が形成される。   Subsequently, the positive electrode lead 25 is attached to the positive electrode current collector 21A by welding or the like, and the negative electrode lead 26 is attached to the negative electrode current collector 22A by welding or the like. After that, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound through the separator 23, and the tip of the positive electrode lead 25 is welded to the safety valve mechanism 15, and the tip of the negative electrode lead 26 is welded to the battery can 11. The positive electrode 21 and the negative electrode 22 are sandwiched between a pair of insulating plates 12 and 13 and stored in the battery can 11. After the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are accommodated in the battery can 11, the electrolytic solution is injected into the battery can 11 and impregnated in the separator 23. After that, the battery lid 14, the safety valve mechanism 15, and the heat sensitive resistance element 16 are fixed to the opening end of the battery can 11 by caulking through the gasket 17. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 1 and 2 is formed.

この二次電池では、充電を行うと、正極活物質層21Bからリチウムイオンが放出され、電解液を介して、負極活物質層22Bに含まれるリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料に吸蔵される。次いで、放電を行うと、負極活物質層22B中のリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料に吸蔵されたリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極活物質層21Bに吸蔵される。   In this secondary battery, when charged, lithium ions are released from the positive electrode active material layer 21B, and the negative electrode material that can occlude and release lithium contained in the negative electrode active material layer 22B via the electrolytic solution. Occluded. Next, when discharging is performed, lithium ions stored in the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium in the negative electrode active material layer 22B are released, and are inserted into the positive electrode active material layer 21B through the electrolytic solution. .

(2)第2の実施形態
(2−1)非水電解質二次電池の構成
次に、図3〜8を参照しながら、本発明の第2の実施形態による二次電池の構成について説明する。
(2) Second Embodiment (2-1) Configuration of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery Next, the configuration of the secondary battery according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. .

図3は、本発明の第2の実施形態による二次電池の構成の一例を示す分解斜視図である。図3に示すように、この非水電解質二次電池は、正極リード33および負極リード34が取り付けられた電池素子31をフィルム状の外装部材32の内部に収容したものであり、小型化、軽量化および薄型化が可能となっている。   FIG. 3 is an exploded perspective view showing an example of the configuration of the secondary battery according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, this non-aqueous electrolyte secondary battery has a battery element 31 to which a positive electrode lead 33 and a negative electrode lead 34 are attached housed in a film-like exterior member 32, and is reduced in size and weight. Can be made thinner and thinner.

正極リード33および負極リード34はそれぞれ、外装部材32の内部から外部に向かい例えば同一方向に導出されている。正極リード33および負極リード34はそれぞれ、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)あるいはステンレスなどの金属材料により構成されており、薄板状または網目状とされている。   Each of the positive electrode lead 33 and the negative electrode lead 34 is led out from the inside of the exterior member 32 to the outside, for example, in the same direction. Each of the positive electrode lead 33 and the negative electrode lead 34 is made of a metal material such as aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), or stainless steel, and has a thin plate shape or a mesh shape.

外装部材32は、例えば、ナイロンフィルム、アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装部材32は、例えば、ポリエチレンフィルム側と電池素子31とが対向するように配設されており、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。また、図示を省略するが、外装部材32と正極リード33および負極リード34の間には、外気の侵入を防止するための密着フィルムが挿入されている。密着フィルムは、正極リード33および負極リード34に対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されている。なお、外装部材32は、上述したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム、ポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。   The exterior member 32 is made of, for example, a rectangular aluminum laminated film in which a nylon film, an aluminum foil, and a polyethylene film are bonded together in this order. The exterior member 32 is disposed, for example, so that the polyethylene film side and the battery element 31 face each other, and the outer edge portions are in close contact with each other by fusion or an adhesive. Although not shown, an adhesive film for preventing the entry of outside air is inserted between the exterior member 32 and the positive electrode lead 33 and the negative electrode lead 34. The adhesion film is made of a material having adhesion to the positive electrode lead 33 and the negative electrode lead 34, for example, a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene, or modified polypropylene. The exterior member 32 may be made of a laminated film having another structure, a polymer film such as polypropylene, or a metal film instead of the above-described aluminum laminated film.

図4は、電池素子31の外観の一例を示す斜視図である。図5は、電池素子31の構成の一例を示す断面図である。図4および図5に示すように、この電池素子31は、正極41と負極42とをセパレータ43を介して積層した積層電極体であり、セパレータ43には、液状の電解質である電解液が含浸されている。   FIG. 4 is a perspective view showing an example of the appearance of the battery element 31. FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the battery element 31. As shown in FIGS. 4 and 5, the battery element 31 is a laminated electrode body in which a positive electrode 41 and a negative electrode 42 are laminated via a separator 43, and the separator 43 is impregnated with an electrolytic solution that is a liquid electrolyte. Has been.

正極41は、例えば、一対の面を有する正極集電体41Aの両面に正極合剤層41Bが設けられた構造を有している。正極41は、図6に示すように、矩形状の電極部分と、その電極部分の一辺から延在された集電体露出部分41Cとを有する。この集電体露出部分41Cには正極合剤層41Bが設けられず、正極集電体41Aが露出した状態となっている。集電体露出部41は、正極リード3と電気的に接続される。なお、図示はしないが、正極集電体41Aの片面のみに正極合剤層41Bを設けるようにしてもよい。正極集電体41Aは、例えば、アルミニウム箔などの金属箔により構成されている。   The positive electrode 41 has, for example, a structure in which a positive electrode mixture layer 41B is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 41A having a pair of surfaces. As shown in FIG. 6, the positive electrode 41 includes a rectangular electrode portion and a current collector exposed portion 41 </ b> C extending from one side of the electrode portion. The positive electrode mixture layer 41B is not provided in the current collector exposed portion 41C, and the positive electrode current collector 41A is exposed. The current collector exposed portion 41 is electrically connected to the positive electrode lead 3. Although not shown, the positive electrode mixture layer 41B may be provided only on one surface of the positive electrode current collector 41A. The positive electrode current collector 41A is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil.

負極42は、例えば、一対の面を有する負極集電体42Aの両面に負極合剤層42Bが設けられた構造を有している。負極42は、図7に示すように、矩形状の電極部分と、その電極部分の一辺から延在された集電体露出部分42Cとを有する。この集電体露出部分42Cには負極合剤層42Bが設けられず、負極集電体42Aが露出した状態となっている。集電体露出部42は、負極リード34と電気的に接続される。なお、図示はしないが、負極集電体42Aの片面のみに負極合剤層42Bを設けるようにしてもよい。   The negative electrode 42 has, for example, a structure in which a negative electrode mixture layer 42B is provided on both surfaces of a negative electrode current collector 42A having a pair of surfaces. As shown in FIG. 7, the negative electrode 42 includes a rectangular electrode portion and a current collector exposed portion 42 </ b> C extending from one side of the electrode portion. The current collector exposed portion 42C is not provided with the negative electrode mixture layer 42B, and the negative electrode current collector 42A is exposed. The current collector exposed portion 42 is electrically connected to the negative electrode lead 34. Although not shown, the negative electrode mixture layer 42B may be provided only on one surface of the negative electrode current collector 42A.

セパレータ53は、図8に示すように、矩形状などの形状を有し、電気的に安定であると共に、正極活物質、負極活物質あるいは溶媒に対して化学的に安定であり、且つ電気伝導性を有していなければどのようなものを用いてもよい。例えば、高分子の不織布、多孔質フィルム、ガラスあるいはセラミックスの繊維を紙状にしたものを用いることができ、これらを複数積層して用いてもよい。特に、多孔質ポリオレフィンフィルムを用いることが好ましく、これをポリイミド、ガラスあるいはセラミックスの繊維などよりなる耐熱性の材料と複合させたものを用いてもよい。   As shown in FIG. 8, the separator 53 has a rectangular shape or the like, is electrically stable, is chemically stable to a positive electrode active material, a negative electrode active material, or a solvent, and is electrically conductive. Any material may be used as long as it does not have sex. For example, a polymer nonwoven fabric, a porous film, glass or ceramic fibers in a paper shape can be used, and a plurality of these may be laminated. In particular, a porous polyolefin film is preferably used, and a composite of this with a heat-resistant material made of polyimide, glass, ceramic fibers, or the like may be used.

(2−2)非水電解質二次電池の製造方法
上述のように構成された非水電解質二次電池は、例えば以下のようにして製造することができる。
(2-2) Manufacturing Method of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery The nonaqueous electrolyte secondary battery configured as described above can be manufactured, for example, as follows.

正極41は以下のようにして作製する。まず、例えば、正極活物質と、充放電に寄与しない無機酸化物と、結着剤と、導電助剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN−メチルピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤塗料を作製する。次に、これを正極集電体41Aの両面に塗布、乾燥後、プレスすることにより正極合剤層41Bを形成する。その後、これを図6に示す形状などに切断し、正極41を得る。   The positive electrode 41 is produced as follows. First, for example, a positive electrode active material, an inorganic oxide that does not contribute to charging / discharging, a binder, and a conductive additive are mixed to prepare a positive electrode mixture, and this positive electrode mixture is mixed with N-methylpyrrolidone or the like. A paste-like positive electrode mixture paint is prepared by dispersing in a solvent. Next, this is applied to both surfaces of the positive electrode current collector 41A, dried, and then pressed to form the positive electrode mixture layer 41B. Thereafter, this is cut into the shape shown in FIG.

負極42は以下のようにして作製する。まず、例えば、負極活物質と、結着剤と、導電助剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をN−メチルピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の負極合剤塗料を作製する。次に、これを負極集電体42Aの両面に塗布、乾燥後、プレスすることにより負極合剤層42Bを形成する。その後、これを図7に示す形状などに切断し、負極42を得る。   The negative electrode 42 is produced as follows. First, for example, a negative electrode active material, a binder, and a conductive additive are mixed to prepare a negative electrode mixture, and the negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methylpyrrolidone to obtain a paste-like negative electrode mixture. An agent paint is prepared. Next, this is applied to both surfaces of the negative electrode current collector 42A, dried, and then pressed to form the negative electrode mixture layer 42B. Thereafter, this is cut into the shape shown in FIG.

電池素子31は以下のようにして作製する。まず、ポリプロピレン製微多孔フィルムなどを図8に示す形状に切断し、セパレータ43を作製する。次に、上述のようにして得られた複数枚の負極42、正極41およびセパレータ43を、例えば、図4に示すように、負極42、セパレータ43、正極41、・・・、正極41、セパレータ43、負極42の順で積層して電池素子を作製する。   The battery element 31 is produced as follows. First, a polypropylene microporous film or the like is cut into the shape shown in FIG. Next, the plurality of negative electrodes 42, positive electrodes 41, and separators 43 obtained as described above are, for example, as shown in FIG. 4, negative electrodes 42, separators 43, positive electrodes 41,. 43 and the negative electrode 42 are laminated in this order to produce a battery element.

次に、正極41の集電体露出部41Cを正極リード33に溶接する。同様にして、負極42の集電体露出部42Cを負極リード34に溶接する。次に、電解液を電池素子31に含浸させた後、外装部材32の間に電池素子31を挟み込み、外装部材32の外縁部同士を熱溶着などにより密着させて封入する。その際、正負極リード33、負極リード34が熱融着部を介して外装部材32の外部に出るようにし、これらを正負極端子とする。以上により、目的とする容量が例えば1Ahの非水電解質二次電池が得られる。   Next, the current collector exposed portion 41 </ b> C of the positive electrode 41 is welded to the positive electrode lead 33. Similarly, the current collector exposed portion 42 </ b> C of the negative electrode 42 is welded to the negative electrode lead 34. Next, after the battery element 31 is impregnated with the electrolytic solution, the battery element 31 is sandwiched between the exterior members 32, and the outer edges of the exterior member 32 are brought into close contact with each other by thermal welding or the like. At that time, the positive and negative electrode leads 33 and the negative electrode lead 34 are made to come out of the exterior member 32 through the heat-sealed portion, and these are used as positive and negative electrode terminals. As described above, a nonaqueous electrolyte secondary battery having a target capacity of, for example, 1 Ah can be obtained.

本発明の第2の実施形態では、上述の第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。   In the second embodiment of the present invention, the same effect as in the first embodiment described above can be obtained.

(3)第3の実施形態
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。この第3の実施形態による非水電解質二次電池は、第2の実施形態の二次電池において、液状の電解質である電解液の代わりに、ゲル状の電解質層を用いるものである。なお、上述の第2の実施形態と同様の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
(3) Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the third embodiment uses a gel electrolyte layer in place of the electrolyte solution that is a liquid electrolyte in the secondary battery of the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to the above-mentioned 2nd Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.

(3−1)非水電解質二次電池の構成
図9は、第2の実施形態による非水電解質二次電池に用いられる電池素子の構成の一例を示す断面図である。電池素子41は、正極41と負極42とをセパレータ43および電解質層44を介して積層したものである。
(3-1) Configuration of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a battery element used in the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the second embodiment. The battery element 41 is formed by laminating a positive electrode 41 and a negative electrode 42 with a separator 43 and an electrolyte layer 44 interposed therebetween.

電解質層44は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の電解質層44は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。電解液(すなわち溶媒および電解質塩など)の構成は、第2の実施形態による非水電解質二次電池と同様である。   The electrolyte layer 44 includes an electrolytic solution and a polymer compound serving as a holding body that holds the electrolytic solution, and has a so-called gel shape. The gel electrolyte layer 44 is preferable because high ion conductivity can be obtained and battery leakage can be prevented. The configuration of the electrolytic solution (that is, the solvent and the electrolyte salt) is the same as that of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the second embodiment.

高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレンおよびポリカーボネートが挙げられる。特に電気化学的な安定性の点からはポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンおよびポリエチレンオキサイドが好ましい。   Examples of the polymer compound include polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, and polysiloxane. , Polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene and polycarbonate. In particular, from the viewpoint of electrochemical stability, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, and polyethylene oxide are preferable.

(3−2)非水電解質二次電池の製造方法
上述のように構成された非水電解質二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。
(3-2) Nonaqueous electrolyte secondary battery manufacturing method The nonaqueous electrolyte secondary battery configured as described above can be manufactured, for example, as follows.

まず、正極41および負極42のそれぞれに、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させて電解質層44を形成する。その後の工程は、電解質層14が形成された正極41および負極42を用いる以外のことは上述の第2の実施形態と同様にして、非水電解質二次電池を得ることができる。   First, a precursor solution containing a solvent, an electrolyte salt, a polymer compound, and a mixed solvent is applied to each of the positive electrode 41 and the negative electrode 42, and the mixed solvent is volatilized to form the electrolyte layer 44. In the subsequent steps, a nonaqueous electrolyte secondary battery can be obtained in the same manner as in the second embodiment except that the positive electrode 41 and the negative electrode 42 on which the electrolyte layer 14 is formed are used.

本発明の第3の実施形態では、上述の第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。   In the third embodiment of the present invention, the same effect as in the second embodiment described above can be obtained.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited only to these Examples.

以下の実施例および比較例において、負極活物質に添加した無機酸化物ナノ粒子の粒径は、次のような方法で測定した。
粒径:無機酸化物ナノ粒子の粒径は、静的光散乱法(HORIBA LA−910)によって測定した。
In the following examples and comparative examples, the particle size of the inorganic oxide nanoparticles added to the negative electrode active material was measured by the following method.
Particle size: The particle size of the inorganic oxide nanoparticles was measured by the static light scattering method (HORIBA LA-910).

1.コインセルによる評価
まず、はじめに負極の違いによる効果を確認するために、正極をLiFePOにして、コインセルを作製して、電池特性の評価を行った。電池の作製方法は、以下の手順で行った。
1. Evaluation by Coin Cell First, in order to confirm the effect of the difference in the negative electrode, a positive electrode was made of LiFePO 4 to produce a coin cell, and battery characteristics were evaluated. The battery was produced according to the following procedure.

<実施例1−1>
負極活物質として、メジアン粒径21.5μmの人造黒鉛100重量部と、メジアン粒径13nmのAlを0.1重量部とを混合した。その混合物95重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)5重量部と、分量に含まれないN−メチルピロリドンを混練し、ミキサーにより機械的に攪拌して、所定の粘度の負極合材塗料を得た。負極合材塗料を、12μmの銅(Cu)箔に塗布し、乾燥、プレスして、所定の厚さの負極合材層を形成した。打ち抜き機を用いて、所定の径に打ち抜き、コインセル用負極を得た。
<Example 1-1>
As a negative electrode active material, 100 parts by weight of artificial graphite having a median particle diameter of 21.5 μm and 0.1 part by weight of Al 2 O 3 having a median particle diameter of 13 nm were mixed. 95 parts by weight of the mixture, 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, and N-methylpyrrolidone not included in the amount are kneaded and mechanically stirred by a mixer to mix negative electrodes with a predetermined viscosity. A material paint was obtained. The negative electrode mixture paint was applied to a 12 μm copper (Cu) foil, dried and pressed to form a negative electrode mixture layer having a predetermined thickness. Using a punching machine, punching was performed to a predetermined diameter to obtain a coin cell negative electrode.

正極活物質LiFePOを含む正極合材塗料を15μmのアルミ箔に塗布したものを正極とした。なお、電解液の漏れを防ぐために、外側にガスケットを装着させた。銅製の負極缶に、負極合材層を担持させた負極集電体を置き、エチレンカーボネート(EC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)の混合溶媒にLiPFを1mol/dm溶解させた非水電解液を注入した。その上に厚さ25μmのポリプロピレン製のセパレータを乗せ、さらに電解液を注入後、対極をかぶせた。その後、機械的にプレスしてかしめて、密閉することで、コインセルを作製した。 A positive electrode was prepared by applying a positive electrode mixture paint containing a positive electrode active material LiFePO 4 to a 15 μm aluminum foil. In addition, in order to prevent leakage of the electrolyte, a gasket was attached to the outside. A negative electrode current collector carrying a negative electrode composite material layer is placed on a copper negative electrode can, and LiPF 6 is added at 1 mol / dm 3 in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC). A dissolved non-aqueous electrolyte was injected. A polypropylene separator having a thickness of 25 μm was placed thereon, and an electrolytic solution was further injected, followed by covering with a counter electrode. Then, the coin cell was produced by mechanically pressing and crimping and sealing.

<実施例1−2〜1−5>
メジアン粒径13nmのAl、並びにVGCF(繊維径:150nm、アスペクト比:60)を表1に示す重量比で負極活物質に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Examples 1-2 to 1-5>
Except that Al 2 O 3 having a median particle diameter of 13 nm and VGCF (fiber diameter: 150 nm, aspect ratio: 60) were added to the negative electrode active material at a weight ratio shown in Table 1, the same conditions as in Example 1-1 were used. A coin cell was produced.

<実施例1-6>
メジアン粒系28nmのAlを、表1に示す重量比で負極活物質に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Example 1-6>
A coin cell was produced under the same conditions as in Example 1-1 except that Al 2 O 3 having a median particle size of 28 nm was added to the negative electrode active material at a weight ratio shown in Table 1.

<比較例1−1>
負極活物質として、メジアン粒径21.5μmの人造黒鉛を95重量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)5重量部と、分量に含まれないN−メチルピロリドンを混練し、ミキサーにより機械的に攪拌して、所定の粘度の負極合材塗料を得た。それ以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Comparative Example 1-1>
95 parts by weight of artificial graphite having a median particle diameter of 21.5 μm as a negative electrode active material, 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, and N-methylpyrrolidone not included in the quantity are kneaded and machined by a mixer To obtain a negative electrode mixture paint having a predetermined viscosity. Other than that, the coin cell was produced on the same conditions as Example 1-1.

<比較例1−2〜1−3>
メジアン粒径13nmのAlを表1に示す重量比で負極活物質に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Comparative Examples 1-2 to 1-3>
A coin cell was manufactured under the same conditions as in Example 1-1 except that Al 2 O 3 having a median particle size of 13 nm was added to the negative electrode active material at a weight ratio shown in Table 1.

<比較例1−4>
メジアン粒径1μmのAlを表1に示す重量比で負極活物質に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Comparative Example 1-4>
A coin cell was produced under the same conditions as Example 1-1 except that Al 2 O 3 having a median particle diameter of 1 μm was added to the negative electrode active material at a weight ratio shown in Table 1.

<比較例1−5>
VGCF(繊維径:150nm、アスペクト比:60)を表1に示す重量比で負極活物質に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Comparative Example 1-5>
A coin cell was produced under the same conditions as in Example 1-1 except that VGCF (fiber diameter: 150 nm, aspect ratio: 60) was added to the negative electrode active material at a weight ratio shown in Table 1.

<比較例1−6>
メジアン粒径50nmのAlを表1に示す重量比で負極活物質に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Comparative Example 1-6>
A coin cell was produced under the same conditions as Example 1-1 except that Al 2 O 3 having a median particle diameter of 50 nm was added to the negative electrode active material at a weight ratio shown in Table 1.

<実施例2−1〜2−5>
負極活物質に添加する無機酸化物を、メジアン粒径21nmのTiOに変えて、TiOおよびVGCF(繊維径:150nm、アスペクト比:60)を表1に示す重量比で添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Examples 2-1 to 2-5>
The inorganic oxide added to the negative electrode active material was changed to TiO 2 having a median particle diameter of 21 nm, and TiO 2 and VGCF (fiber diameter: 150 nm, aspect ratio: 60) were added at a weight ratio shown in Table 1, A coin cell was manufactured under the same conditions as in Example 1-1.

<実施例2-6>
メジアン粒系30nmのTiOを、表1に示す重量比で負極活物質に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Example 2-6>
A coin cell was produced under the same conditions as in Example 1-1 except that TiO 2 having a median particle size of 30 nm was added to the negative electrode active material at a weight ratio shown in Table 1.

<比較例2−1〜2−3>
負極活物質に添加する無機酸化物を、メジアン粒径21nmのTiOに変えて、TiO添加量を表1に示す重量比で添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Comparative Examples 2-1 to 2-3>
The coin cell was changed under the same conditions as in Example 1-1, except that the inorganic oxide added to the negative electrode active material was changed to TiO 2 having a median particle diameter of 21 nm and the addition amount of TiO 2 was added at a weight ratio shown in Table 1. Was made.

<比較例2−4>
メジアン粒径1.5μmのTiOを表1に示す重量比で負極活物質に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Comparative Example 2-4>
A coin cell was produced under the same conditions as Example 1-1 except that TiO 2 having a median particle size of 1.5 μm was added to the negative electrode active material at a weight ratio shown in Table 1.

<比較例2−5>
VGCF(繊維径:150nm、アスペクト比:60)を表1に示す重量比で負極活物質に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Comparative Example 2-5>
A coin cell was produced under the same conditions as in Example 1-1 except that VGCF (fiber diameter: 150 nm, aspect ratio: 60) was added to the negative electrode active material at a weight ratio shown in Table 1.

<比較例1−6>
メジアン粒径53nmのTiOを表1に示す重量比で負極活物質に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Comparative Example 1-6>
A coin cell was produced under the same conditions as Example 1-1 except that TiO 2 having a median particle size of 53 nm was added to the negative electrode active material at a weight ratio shown in Table 1.

<実施例3−1〜3−5>
負極活物質に添加する無機酸化物を、メジアン粒径20nmのZrOに変えて、ZrO、およびVGCF(繊維径:150nm、アスペクト比:60)を表1に示す重量比で人造黒鉛に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Examples 3-1 to 3-5>
The inorganic oxide added to the negative electrode active material is changed to ZrO 2 having a median particle diameter of 20 nm, and ZrO 2 and VGCF (fiber diameter: 150 nm, aspect ratio: 60) are added to the artificial graphite at a weight ratio shown in Table 1. A coin cell was manufactured under the same conditions as in Example 1-1 except that.

<実施例3-6>
メジアン粒系30nmのZrO2を、表1に示す重量比で負極活物質に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Example 3-6>
A coin cell was produced under the same conditions as Example 1-1 except that ZrO 2 having a median particle size of 30 nm was added to the negative electrode active material at a weight ratio shown in Table 1.

<比較例3−1〜3−3>
負極活物質に添加する無機酸化物を、メジアン粒径20nmのZrOに変えて、ZrOを表1に示す重量比で負極活物質に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Comparative Examples 3-1 to 3-3>
The inorganic oxide to be added to the negative electrode active material, instead of the ZrO 2 having a median particle size of 20 nm, except that ZrO 2 was added to the negative electrode active material in a weight ratio shown in Table 1, the same conditions as in Example 1-1 A coin cell was produced.

<比較例3−4>
メジアン粒径1μmのZrOを表1に示す重量比で負極活物質に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Comparative Example 3-4>
A coin cell was produced under the same conditions as in Example 1-1 except that ZrO 2 having a median particle diameter of 1 μm was added to the negative electrode active material at a weight ratio shown in Table 1.

<比較例3−5>
VGCF(繊維径:150nm、アスペクト比:60)を表1に示す重量比で負極活物質に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Comparative Example 3-5>
A coin cell was produced under the same conditions as in Example 1-1 except that VGCF (fiber diameter: 150 nm, aspect ratio: 60) was added to the negative electrode active material at a weight ratio shown in Table 1.

<比較例3−6>
メジアン粒径54nmのZrOを表1に示す重量比で負極活物質に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Comparative Example 3-6>
A coin cell was produced under the same conditions as Example 1-1 except that ZrO 2 having a median particle size of 54 nm was added to the negative electrode active material at a weight ratio shown in Table 1.

<実施例4−1〜4−5>
負極活物質に添加する無機酸化物を、メジアン粒径7nmのSiOに変えて、SiOおよびVGCF(繊維径:150nm、アスペクト比:60)を表1に示す重量比で負極活物質に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Examples 4-1 to 4-5>
The inorganic oxide added to the negative electrode active material is changed to SiO 2 having a median particle diameter of 7 nm, and SiO 2 and VGCF (fiber diameter: 150 nm, aspect ratio: 60) are added to the negative electrode active material in the weight ratio shown in Table 1. A coin cell was manufactured under the same conditions as in Example 1-1 except that.

<実施例4-6>
メジアン粒系27nmのSiOを、表1に示す重量比で負極活物質に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Example 4-6>
A coin cell was produced under the same conditions as in Example 1-1 except that SiO 2 having a median particle size of 27 nm was added to the negative electrode active material at a weight ratio shown in Table 1.

<比較例4−1〜4−3>
負極活物質に添加する無機酸化物を、メジアン粒径7nmのSiOに変えて、SiOを表1に示す重量比で負極活物質に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Comparative Examples 4-1 to 4-3>
The inorganic oxide to be added to the negative electrode active material was changed to SiO 2 of median particle size 7 nm, except that SiO 2 was added to the negative electrode active material in a weight ratio shown in Table 1, the same conditions as in Example 1-1 A coin cell was produced.

<比較例4−4>
メジアン粒径1.3μmのSiOを表1に示す重量比で負極活物質に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Comparative Example 4-4>
A coin cell was produced under the same conditions as in Example 1-1 except that SiO 2 having a median particle size of 1.3 μm was added to the negative electrode active material at a weight ratio shown in Table 1.

<比較例4−5>
VGCF(繊維径:150nm、アスペクト比:60)を表1に示す重量比で負極活物質に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Comparative Example 4-5>
A coin cell was produced under the same conditions as in Example 1-1 except that VGCF (fiber diameter: 150 nm, aspect ratio: 60) was added to the negative electrode active material at a weight ratio shown in Table 1.

<比較例4−6>
メジアン粒径48nmのSiOを表1に示す重量比で負極活物質に添加した以外は、実施例1−1と同一の条件でコインセルを作製した。
<Comparative Example 4-6>
A coin cell was produced under the same conditions as Example 1-1 except that SiO 2 having a median particle size of 48 nm was added to the negative electrode active material at a weight ratio shown in Table 1.

(評価)
実施例1−1から4−5、および比較例1−1から4−6において作製したコインセルを、以下の条件により評価した。
充電:0.2Cの定電流で、電池電圧が3.6Vに達するまで充電した後、3.6Vの定電圧で、電流値0.04mA以下になったところで、充電を終止した。
放電:定電流を0.2Cから5Cへ変化させ、電圧2Vに達したところで、放電を終止した。
(Evaluation)
The coin cells produced in Examples 1-1 to 4-5 and Comparative Examples 1-1 to 4-6 were evaluated under the following conditions.
Charging: After charging at a constant current of 0.2 C until the battery voltage reached 3.6 V, charging was terminated when the current value was 0.04 mA or less at a constant voltage of 3.6 V.
Discharge: The constant current was changed from 0.2 C to 5 C, and when the voltage reached 2 V, the discharge was stopped.

上記の条件で測定した電池容量から、[式1]で0.2C放電容量に対する5C放電容量の維持率を算出した。その結果を表1に示す。
放電容量維持率={(5C放電容量/0.2C放電容量)×100}% [式1]
From the battery capacity measured under the above conditions, the maintenance ratio of the 5C discharge capacity with respect to the 0.2C discharge capacity was calculated by [Equation 1]. The results are shown in Table 1.
Discharge capacity retention ratio = {(5C discharge capacity / 0.2C discharge capacity) × 100}% [Formula 1]

Figure 2009054469
Figure 2009054469

表1から分かるように、負極活物質に0.1〜2wt%の無機酸化物ナノ粒子を添加した実施例1−1〜1−4と、添加しなかった比較例1−1を比較すると、負極活物質に無機酸化物ナノ粒子(Al)を添加することで、放電容量が大きく向上した。また、放電容量維持率も90%前後と劇的に向上し、良好な負荷特性を示した。これは、無機酸化物ナノ粒子を負極活物質に含有させたことによって、負極活物質表面でのリチウムイオンの拡散性が向上したためと考えられた。 As can be seen from Table 1, when Examples 1-1 to 1-4 in which 0.1 to 2 wt% of inorganic oxide nanoparticles were added to the negative electrode active material were compared with Comparative Example 1-1 in which the inorganic oxide nanoparticles were not added, The discharge capacity was greatly improved by adding inorganic oxide nanoparticles (Al 2 O 3 ) to the negative electrode active material. In addition, the discharge capacity retention rate was dramatically improved to around 90%, and good load characteristics were exhibited. This is considered to be because the diffusibility of lithium ions on the surface of the negative electrode active material was improved by including the inorganic oxide nanoparticles in the negative electrode active material.

また、比較例1−2は、負極活物質への無機酸化物ナノ粒子の添加量が0.05wt%と少ないため、効果が不十分であった。逆に、比較例1−3のように、無機酸化物ナノ粒子の添加量が3wt%と多すぎると、効果が低減することが分かった。これは、絶縁体である無機酸化物が負極活物質の表面を覆い過ぎることにより抵抗が大きくなったり、ナノレベルの無機酸化物粒子によって結着剤が多く取り込まれることにより電極の接着性や結着強度が劣り、導電性の低下を招いたりするためと考えられた。また、これらのことから、無機酸化物ナノ粒子の負極活物質における含有量を負極活物質100重量部に対して0.1〜2重量部の範囲とすることにより、劇的な放電容量の増大、負荷特性向上の効果が発揮されることが分かった。   In Comparative Example 1-2, the effect was insufficient because the amount of inorganic oxide nanoparticles added to the negative electrode active material was as small as 0.05 wt%. On the contrary, it turned out that an effect will reduce when the addition amount of an inorganic oxide nanoparticle is too much with 3 wt% like Comparative Example 1-3. This is because the inorganic oxide, which is an insulator, covers the surface of the negative electrode active material too much, and the resistance increases. It was thought that the adhesion strength was inferior and the conductivity decreased. In addition, from these facts, when the content of the inorganic oxide nanoparticles in the negative electrode active material is in the range of 0.1 to 2 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material, the discharge capacity is dramatically increased. It has been found that the effect of improving the load characteristics is exhibited.

比較例1−4から、粒径が1μmと大きな無機酸化物ナノ粒子を負極活物質に添加すると、放電容量および放電容量維持率がともに低下することが分かった。また、比較例1−6から、粒径が50nmでは、放電容量の増加が小さいことが分かった。さらに、実施例1−5から、無機酸化物ナノ粒子とVGCFを負極活物質に添加することで、より放電容量維持率を向上させることができた。これは、無機酸化物ナノ粒子によって、負極活物質表面のリチウムイオン拡散を早くし、VGCFによって活物質粒子間の導電性を向上させるという相乗効果が働くためと考えられた。また、無機酸化物ナノ粒子を負極活物質に添加せずにVGCFのみを添加した比較例1−5から、VGCFを負極活物質に添加しただけでは、放電容量維持率の向上の効果が不十分であることが分かった。   From Comparative Example 1-4, it was found that when inorganic oxide nanoparticles having a large particle size of 1 μm were added to the negative electrode active material, both the discharge capacity and the discharge capacity retention rate were reduced. Moreover, from Comparative Example 1-6, it was found that the increase in discharge capacity was small when the particle size was 50 nm. Furthermore, from Example 1-5, the discharge capacity retention rate could be further improved by adding inorganic oxide nanoparticles and VGCF to the negative electrode active material. This was thought to be due to the synergistic effect of accelerating lithium ion diffusion on the surface of the negative electrode active material by the inorganic oxide nanoparticles and improving the conductivity between the active material particles by VGCF. Further, from Comparative Example 1-5 in which only VGCF was added without adding inorganic oxide nanoparticles to the negative electrode active material, the effect of improving the discharge capacity retention rate was insufficient only by adding VGCF to the negative electrode active material. It turns out that.

実施例2−1〜4−5および比較例2−1〜4−6から、TiO、ZrO、SiOらの他の無機酸化物ナノ粒子を負極活物質に添加した場合についても、Alと上記と同様の効果を有することが分かった。また、実施例1−5、2−5、3−5、4−5および5−5並びに比較例1−4、2−4、3−4および4−4から、負極活物質に添加する無機酸化物ナノ粒子の粒径を30nm以下とすることにより良好な結果が得られることが分かった。 From Examples 2-1 to 4-5 and Comparative Examples 2-1 to 4-6, when adding other inorganic oxide nanoparticles such as TiO 2 , ZrO 2 , and SiO 2 to the negative electrode active material, Al It was found that 2 O 3 had the same effect as described above. Further, from Examples 1-5, 2-5, 3-5, 4-5 and 5-5 and Comparative Examples 1-4, 2-4, 3-4 and 4-4, inorganic added to the negative electrode active material It turned out that a favorable result is obtained by making the particle size of an oxide nanoparticle into 30 nm or less.

2.円筒型電池による評価
次に、オリビン系の正極活物質を用いた正極と、無機酸化物のナノ粒子を添加した負極を用いて円筒型の非水電解質二次電池を作製し、電池特性の評価を行った。以下に円筒型電池の作製法を示す。ただし、本発明は以下に記す作製法の形態に限定されるものではない。
2. Evaluation by Cylindrical Battery Next, a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery was fabricated using a positive electrode using an olivine-based positive electrode active material and a negative electrode to which inorganic oxide nanoparticles were added, and battery characteristics were obtained. Was evaluated. A method for manufacturing a cylindrical battery will be described below. However, the present invention is not limited to the form of the manufacturing method described below.

<実施例5−1>
まず、正極活物質として、あらかじめ微量の微粒子炭素を添加してある、メジアン粒径1μmのLiFePOを90重量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)5重量部、導電助剤(カーボンブラック)5重量部と、分量に含まれないN−メチルピロリドンをミキサーで混錬し、正極塗料を調製した。この正極塗料を厚み15μmの帯状アルミニウム箔よりなる正極集電体21Aの両面に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して正極活物質層21Bを形成し正極21を作製した。そののち、正極集電体21Aの一端にアルミニウム製の正極リード25を取り付けた。
<Example 5-1>
First, 90 parts by weight of LiFePO 4 having a median particle size of 1 μm, to which a minute amount of fine particle carbon has been added in advance as a positive electrode active material, 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, a conductive assistant (carbon black) ) 5 parts by weight and N-methylpyrrolidone not included in the amount were kneaded with a mixer to prepare a positive electrode paint. This positive electrode paint was uniformly applied to both surfaces of a positive electrode current collector 21A made of a strip-shaped aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and compression-molded with a roll press to form the positive electrode active material layer 21B, thereby producing the positive electrode 21. After that, an aluminum positive electrode lead 25 was attached to one end of the positive electrode current collector 21A.

また、負極活物質として、メジアン粒径21.5μmの人造黒鉛100重量部と、Alを0.5重量部とを混合した。その混合物95重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)5重量部、分量に含まれないN−メチルピロリドンとを混錬した。さらに、所定の粘度になるようにN−メチルピロリドンを適量追加し分散させ、ミキサーで機械的に混連して、負極合剤塗料を得た。これを厚み12μmの帯状銅箔よりなる負極集電体22Aの両面に均一に塗布し、加熱プレス成型して負極活物質層22Bを形成し負極22を作製した。そののち、負極集電体22Aの一端にニッケル製の負極リード26を取り付けた。なお、負極22の容量がリチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるように、正極21と負極22との電気化学当量比を設計した。 Further, as a negative electrode active material, 100 parts by weight of artificial graphite having a median particle diameter of 21.5 μm and 0.5 part by weight of Al 2 O 3 were mixed. 95 parts by weight of the mixture, 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, and N-methylpyrrolidone not included in the amount were kneaded. Further, an appropriate amount of N-methylpyrrolidone was added and dispersed so as to obtain a predetermined viscosity, and mechanically mixed with a mixer to obtain a negative electrode mixture paint. This was uniformly applied to both surfaces of a negative electrode current collector 22A made of a strip-shaped copper foil having a thickness of 12 μm, and heated and press-molded to form a negative electrode active material layer 22B to produce a negative electrode 22. After that, a nickel negative electrode lead 26 was attached to one end of the negative electrode current collector 22A. In addition, the electrochemical equivalent ratio of the positive electrode 21 and the negative electrode 22 was designed so that the capacity | capacitance of the negative electrode 22 was represented by the capacity | capacitance component by occlusion and discharge | release of lithium.

正極21および負極22をそれぞれ作製したのち、微多孔性セパレータ23を用意し、負極22、セパレータ23、正極21、セパレータ23の順に積層してこの積層体を渦巻状に多数回巻回し、ジェリーロール型の巻回電極体20を作製した。   After each of the positive electrode 21 and the negative electrode 22 was prepared, a microporous separator 23 was prepared, and the negative electrode 22, the separator 23, the positive electrode 21, and the separator 23 were laminated in this order, and this laminate was wound many times in a spiral shape to form a jelly roll A spirally wound electrode body 20 was produced.

巻回電極体20を作製したのち、巻回電極体20を一対の絶縁板12,13で挟み、負極リード26を電池缶11に溶接すると共に、正極リード25を安全弁機構15に溶接して、巻回電極体20をニッケルめっきした鉄製の電池缶11の内部に収納した。そののち、エチレンカーボネート(EC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)の混合溶媒にLiPFを1mol/dm溶解させた非水電解液を電池缶11の内部に注入したのち、ガスケット17を介して電池缶11をかしめることにより、安全弁機構15、熱感抵抗素子16および電池蓋14を固定し、外径18mm、高さ65mmの円筒型二次電池を得た。 After producing the wound electrode body 20, the wound electrode body 20 is sandwiched between the pair of insulating plates 12 and 13, the negative electrode lead 26 is welded to the battery can 11, and the positive electrode lead 25 is welded to the safety valve mechanism 15. The wound electrode body 20 was housed inside a nickel-plated iron battery can 11. After that, after injecting into the battery can 11 a non-aqueous electrolyte solution in which 1 mol / dm 3 of LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC), The battery can 11 was caulked through the gasket 17 to fix the safety valve mechanism 15, the heat sensitive resistance element 16, and the battery lid 14 to obtain a cylindrical secondary battery having an outer diameter of 18 mm and a height of 65 mm.

<実施例5−2〜5−3>
正極のリチウム金属リン酸化合物、または、負極活物質へ添加した無機酸化物の種類および添加量を、表2に示すように変えた以外は、実施例5−1と同一の条件で円筒型電池を作製した。
<Examples 5-2 to 5-3>
A cylindrical battery under the same conditions as in Example 5-1, except that the type and amount of inorganic oxide added to the positive electrode lithium metal phosphate compound or negative electrode active material were changed as shown in Table 2. Was made.

<比較例5−1>
負極活物質として、メジアン粒径21.5μmの人造黒鉛を95重量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)5重量部と、分量に含まれないN−メチルピロリドンを混練し、ミキサーにより機械的に攪拌して、所定の粘度の負極合材塗料を得た。それ以外は、実施例5−1と同一の条件で円筒型電池を作製した。
<Comparative Example 5-1>
95 parts by weight of artificial graphite having a median particle size of 21.5 μm as a negative electrode active material, 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, and N-methylpyrrolidone not included in the amount were kneaded and mixed with a mixer. To obtain a negative electrode mixture paint having a predetermined viscosity. Otherwise, a cylindrical battery was produced under the same conditions as in Example 5-1.

<比較例5−2〜5−3>
正極のリチウム金属リン酸化合物、または、負極活物質へ添加した無機酸化物の種類および添加量を、表2に示すように変えた以外は、実施例5−1と同一の条件で円筒型電池を作製した。
<Comparative Examples 5-2 to 5-3>
A cylindrical battery under the same conditions as in Example 5-1, except that the type and amount of inorganic oxide added to the positive electrode lithium metal phosphate compound or negative electrode active material were changed as shown in Table 2. Was made.

<比較例5−4〜5−7>
正極にオリビン型結晶構造を持たない正極活物質を用いて、負極へ添加した無機酸化物の種類および添加量を、表2に示すように変えた以外は、実施例5−1と同一の条件で円筒型電池を作製した。
<Comparative Examples 5-4 to 5-7>
The same conditions as in Example 5-1 except that the positive electrode active material having no olivine type crystal structure was used for the positive electrode, and the type and amount of the inorganic oxide added to the negative electrode were changed as shown in Table 2. A cylindrical battery was produced.

(評価)
実施例5−1から5−3、および比較例5−1から5−7において作製した円筒型電池を、以下の条件で充放電試験を行った。
充電:0.2Cの定電流で、電池電圧が4.2Vに達するまで充電した後、4.2Vの定電圧で、電流値0.036mA以下になったところで、充電を終止した。
放電:定電流を0.2Cから10Cへ変化させ、電圧2.7Vに達したところで、放電を終止した。
(Evaluation)
The cylindrical batteries produced in Examples 5-1 to 5-3 and Comparative Examples 5-1 to 5-7 were subjected to a charge / discharge test under the following conditions.
Charging: After charging at a constant current of 0.2 C until the battery voltage reached 4.2 V, charging was terminated when the current value became 0.036 mA or less at a constant voltage of 4.2 V.
Discharge: The constant current was changed from 0.2 C to 10 C, and when the voltage reached 2.7 V, the discharge was stopped.

上記の条件で測定した電池容量から、[式2]で0.2C放電容量に対する10C放電容量の維持率を算出した。その結果を表2に示す。
放電容量維持率=(10C放電容量/0.2C放電容量)×100}% [式2]
From the battery capacity measured under the above conditions, the maintenance ratio of 10 C discharge capacity with respect to 0.2 C discharge capacity was calculated by [Equation 2]. The results are shown in Table 2.
Discharge capacity retention ratio = (10 C discharge capacity / 0.2 C discharge capacity) × 100}% [Formula 2]

Figure 2009054469
Figure 2009054469

表2から分かるように、極めて大容量の10Cという放電レートにおいても、無機酸化物ナノ粒子を添加することで、放電容量が90%以上維持された。   As can be seen from Table 2, the discharge capacity was maintained at 90% or more by adding inorganic oxide nanoparticles even at a discharge rate of 10 C with a very large capacity.

また、実施例5−1から5−3から、正極のリチウムリン酸化合物の金属元素の種類を変えたり、2種のリチウム金属化合物を混合したりしても、負極活物質への無機酸化物の添加による負荷特性の向上の効果が見られた。   Further, from Examples 5-1 to 5-3, the inorganic oxide into the negative electrode active material can be changed even if the type of the metal element of the lithium phosphate compound of the positive electrode is changed or the two lithium metal compounds are mixed. The effect of improving the load characteristics by the addition of was observed.

さらに、オリビン型結晶構造を持たない正極活物質を用いた比較例5−4〜5−7では、実施例5−1および5−2と比較して、負極活物質への無機酸化物の添加による負荷特性の向上の効果が不十分であることが分かった。これは、オリビン型結晶構造を持つ正極活物質に比べて熱的安定性が劣るためと考えられた。   Furthermore, in Comparative Examples 5-4 to 5-7 using a positive electrode active material having no olivine type crystal structure, the addition of an inorganic oxide to the negative electrode active material was compared with Examples 5-1 and 5-2. It was found that the effect of improving the load characteristics due to is insufficient. This is thought to be because the thermal stability is inferior to the positive electrode active material having an olivine type crystal structure.

3.積層型電池
次に、オリビン系の正極活物質を用いた正極と、無機酸化物のナノ粒子を添加した負極、から成る、積層型の非水電解質二次電池を作製して、電池特性の評価を行った。以下に積層型電池の作製法を示す。
3. Multilayer Battery Next, a multilayer nonaqueous electrolyte secondary battery composed of a positive electrode using an olivine-based positive electrode active material and a negative electrode to which inorganic oxide nanoparticles were added was fabricated, and battery characteristics were obtained. Was evaluated. A method for manufacturing a stacked battery will be described below.

<実施例6−1>
(積層型電池の作製)
まず、正極を作製した。正極活物質として、あらかじめ微量の微粒子炭素を添加してある、メジアン粒径1μmのLiFePOを90重量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)5重量部、導電助剤(カーボンブラック)5重量部と、分量に含まれないN−メチルピロリドンをミキサーで混錬した。さらに、所定の粘度になるようにN−メチルピロリドンを適量追加し分散させ、ミキサーで機械的に混連して、正極合剤塗料を得た。これを厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥してN−メチルピロリドンを揮発させた後、プレスすることにより正極合剤層を形成した。これを図3に示す形状に切断し、正極を得た。
<Example 6-1>
(Production of stacked battery)
First, a positive electrode was produced. 90 parts by weight of LiFePO 4 having a median particle size of 1 μm, to which a minute amount of fine particle carbon has been added in advance as a positive electrode active material, 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, and a conductive additive (carbon black) 5 Part by weight and N-methylpyrrolidone not included in the amount were kneaded with a mixer. Further, an appropriate amount of N-methylpyrrolidone was added and dispersed so as to obtain a predetermined viscosity, and mechanically mixed with a mixer to obtain a positive electrode mixture paint. This was applied to both sides of a 15 μm thick aluminum foil, dried to volatilize N-methylpyrrolidone, and then pressed to form a positive electrode mixture layer. This was cut into the shape shown in FIG. 3 to obtain a positive electrode.

次に、負極を作成した。負極活物質として、メジアン粒径21.5μmの人造黒鉛100重量部と、Alを0.5重量部とを混合した。その混合物95重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)5重量部と、分量に含まれないN−メチルピロリドンを混練し、ミキサーにより機械的に攪拌して、所定の粘度の負極合材塗料を得た。これを厚さ12μmの銅箔の両面に塗布、乾燥後、プレスすることにより負極合剤層を形成した。これを図4に示す形状に切断し、負極を得た。厚さ25μmのポリプロピレン製の微多孔フィルムを図5に示す形状に切断し、これをセパレータとした。 Next, a negative electrode was prepared. As a negative electrode active material, 100 parts by weight of artificial graphite having a median particle diameter of 21.5 μm and 0.5 parts by weight of Al 2 O 3 were mixed. 95 parts by weight of the mixture, 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, and N-methylpyrrolidone not included in the amount are kneaded and mechanically stirred by a mixer to obtain a negative electrode composition having a predetermined viscosity. A material paint was obtained. This was applied to both sides of a 12 μm thick copper foil, dried and then pressed to form a negative electrode mixture layer. This was cut into the shape shown in FIG. 4 to obtain a negative electrode. A polypropylene microporous film having a thickness of 25 μm was cut into the shape shown in FIG. 5 and used as a separator.

上記の操作で得られた負極9枚、正極8枚、セパレータ16枚を、図6の断面図に示すように、上から見て、両面塗布負極、セパレータ、両面塗布正極、セパレータ、両面塗布負極、セパレータ、両面塗布正極、セパレータ、両面塗布負極、セパレータ、両面塗布正極、セパレータ、両面塗布負極、の順となるように積層した。このようにして、〔正極合剤層、セパレータ、負極合剤層〕の基本積層単位を6層分含む電池素子を作製した。なお、両端の負極合材層は、孤立しており、電池としての作用はない。容量は、約1050mAhとなるように設計した。   As shown in the cross-sectional view of FIG. 6, nine negative electrodes, eight positive electrodes, and 16 separators obtained by the above operation are viewed from above, as shown in the double-sided negative electrode, separator, double-sided positive electrode, separator, double-sided negative electrode. And a separator, a double-sided coated positive electrode, a separator, a double-sided coated negative electrode, a separator, a double-sided coated positive electrode, a separator, and a double-sided coated negative electrode. In this way, a battery element including six basic laminated units of [positive electrode mixture layer, separator, negative electrode mixture layer] was produced. Note that the negative electrode mixture layers on both ends are isolated and do not function as a battery. The capacity was designed to be about 1050 mAh.

図7に示すように正極の集電体露出部3枚を同時にアルミニウム製の集電タブに超音波溶接した。同様にして、負極の集電体露出部4枚を同時にニッケル製の集電タブに超音波溶接した。エチレンカーボネート(EC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)の混合溶媒(混合比率 EC/EMC/DMC/=35/5/60)にLiPFを1mol/dm溶解させた非水電解液を注液して、電池素子に含浸させた。 As shown in FIG. 7, three current collector exposed portions of the positive electrode were simultaneously ultrasonically welded to an aluminum current collecting tab. Similarly, four negative electrode collector exposed portions were simultaneously ultrasonically welded to a nickel current collector tab. Non-water in which 1 mol / dm 3 of LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) (mixing ratio EC / EMC / DMC / = 35/5/60) An electrolytic solution was injected to impregnate the battery element.

樹脂層、アルミニウム層、樹脂層からなるアルミニウムラミネートフィルムからなる外装材を用い、減圧下で開口部を熱融着することにより電池素子を封止した。その際、正負極リードが熱融着部を介して外装材の外部に出るようにし、これらを正負極端子とした。図7に積層型電池の外観の概略図を示す。   The battery element was sealed by heat-sealing the opening under reduced pressure using an exterior material made of an aluminum laminate film made of a resin layer, an aluminum layer, and a resin layer. At that time, the positive and negative electrode leads were exposed to the outside of the exterior material through the heat fusion part, and these were used as the positive and negative electrode terminals. FIG. 7 shows a schematic view of the appearance of the stacked battery.

<実施例6−2〜6−3>
正極のリチウム金属リン酸化合物、または、負極活物質へ添加した無機酸化物の種類および添加量を、表3に示すように変化させた以外は、実施例6−1と同一の条件で積層型電池を作製した。
<比較例6−1>
負極活物質として、メジアン粒径21.5μmの人造黒鉛を95重量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)5重量部と、分量に含まれないN−メチルピロリドンを混練し、ミキサ−により機械的に攪拌して、所定の粘度の負極合材塗料を得た。それ以外は、実施例6−1と同一の条件で積層型電池を作製した。
<Examples 6-2 to 6-3>
A laminated type under the same conditions as in Example 6-1 except that the type and amount of inorganic oxide added to the positive electrode lithium metal phosphate compound or negative electrode active material were changed as shown in Table 3. A battery was produced.
<Comparative Example 6-1>
95 parts by weight of artificial graphite having a median particle diameter of 21.5 μm as a negative electrode active material, 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, and N-methylpyrrolidone not included in the amount were kneaded and mixed by a mixer. The mixture was mechanically stirred to obtain a negative electrode mixture paint having a predetermined viscosity. Otherwise, a stacked battery was produced under the same conditions as in Example 6-1.

<比較例6−2〜6−3>
正極のリチウム金属リン酸化合物、または、負極活物質へ添加した無機酸化物の種類および添加量を、表3に示すように変化させた以外は、実施例6−1と同一の条件で積層型電池を作製した。
<Comparative Examples 6-2 to 6-3>
A laminated type under the same conditions as in Example 6-1 except that the type and amount of inorganic oxide added to the positive electrode lithium metal phosphate compound or negative electrode active material were changed as shown in Table 3. A battery was produced.

<比較例6−4〜6−7>
正極に、オリビン型結晶構造を持たない正極活物質を用いて、負極活物質へ添加した無機酸化物の種類および添加量を表3に示すように変化させた以外は、実施例6−1と同一の条件で積層型電池を作製した。
<Comparative Examples 6-4 to 6-7>
Example 6-1 except that the positive electrode active material having no olivine type crystal structure was used as the positive electrode, and the type and amount of the inorganic oxide added to the negative electrode active material were changed as shown in Table 3. A laminated battery was produced under the same conditions.

実施例6−1から6−3、および比較例6−1から6−7において作製した積層型電池を、以下の条件で充放電試験を行った。
充電:0.2Cの定電流で、電池電圧が4.2Vに達するまで充電した後、4.2Vの定電圧で、電流値0.036mA以下になったところで、充電を終止した。
放電:定電流を0.2Cから10Cへ変化させ、電圧2.7Vに達したところで、放電を終止した。
The charge / discharge test was performed on the stacked batteries produced in Examples 6-1 to 6-3 and Comparative Examples 6-1 to 6-7 under the following conditions.
Charging: After charging at a constant current of 0.2 C until the battery voltage reached 4.2 V, charging was terminated when the current value became 0.036 mA or less at a constant voltage of 4.2 V.
Discharge: The constant current was changed from 0.2 C to 10 C, and when the voltage reached 2.7 V, the discharge was stopped.

上記の条件で測定した電池容量から、[式3]で0.2C放電容量に対する10C放電容量の維持率を算出した。その結果を表3に示す。
放電容量維持率=(10C放電容量/0.2C放電容量)×100}% [式3]
From the battery capacity measured under the above conditions, the maintenance ratio of 10 C discharge capacity with respect to 0.2 C discharge capacity was calculated by [Equation 3]. The results are shown in Table 3.
Discharge capacity retention ratio = (10 C discharge capacity / 0.2 C discharge capacity) × 100}% [Formula 3]

Figure 2009054469
Figure 2009054469

表3から分かるように、円筒型電池と同様に積層型電池においても、負極活物質に無機酸化物ナノ粒子を添加することで、極めて大容量の10Cという放電レートであっても、90%以上の放電容量が維持された。   As can be seen from Table 3, even in a stacked battery as well as a cylindrical battery, by adding inorganic oxide nanoparticles to the negative electrode active material, even at a discharge rate of 10 C with a very large capacity, 90% or more The discharge capacity was maintained.

また、実施例6−1〜6−3から、正極のリチウムリン酸化合物の金属元素の種類を変えたり、2種のリチウム金属化合物を混合したりしても、無機酸化物ナノ粒子の添加による負荷特性の向上の効果が見られることが分かった。   Further, from Examples 6-1 to 6-3, even if the type of the metal element of the lithium phosphate compound of the positive electrode is changed or two types of lithium metal compounds are mixed, the addition of inorganic oxide nanoparticles It was found that the load characteristics were improved.

さらに、オリビン型結晶構造を持たない正極活物質を用いた比較例6−4から6−7では、実施例6−1および6−2と比較して、負極活物質への無機酸化物ナノ粒子の添加による負荷特性の向上の効果が不十分であった。   Further, in Comparative Examples 6-4 to 6-7 using a positive electrode active material having no olivine type crystal structure, compared with Examples 6-1 and 6-2, inorganic oxide nanoparticles to the negative electrode active material The effect of improving load characteristics due to the addition of was insufficient.

以上の結果から、コインセル、円筒型電池、積層型電池のいずれの形態においても、オリビン型結晶構造を有するリチウムリン酸化合物を含む正極と、無機酸化物ナノ粒子を添加した負極とを組み合わせることによって、放電容量は大きく向上し、高レートにおける放電容量維持率も90%以上と劇的に高くなり、非常に負荷特性の良い、大容量、高効率、長寿命の非水二次電池を提供することができることが分かった。   From the above results, in any form of a coin cell, a cylindrical battery, and a stacked battery, by combining a positive electrode containing a lithium phosphate compound having an olivine crystal structure with a negative electrode to which inorganic oxide nanoparticles are added. The discharge capacity is greatly improved, the discharge capacity maintenance rate at a high rate is dramatically increased to 90% or more, and a large capacity, high efficiency, long life non-aqueous secondary battery with very good load characteristics is provided. I found out that I could do it.

本発明の第1の実施形態に係る非水電解質二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1に示した二次電池における巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。It is sectional drawing which expands and represents a part of winding electrode body in the secondary battery shown in FIG. 本発明の第2の実施形態による非水電解質二次電池の構成の一例を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows an example of a structure of the nonaqueous electrolyte secondary battery by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態による非水電解質二次電池に用いる電池素子の外観の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the external appearance of the battery element used for the nonaqueous electrolyte secondary battery by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態による非水電解質二次電池に用いる電池素子の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the battery element used for the nonaqueous electrolyte secondary battery by the 2nd Embodiment of this invention. 正極の形状の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the shape of a positive electrode. 負極の形状の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the shape of a negative electrode. セパレータの形状の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the shape of a separator. 本発明の第3の実施形態による非水電解質二次電池の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the nonaqueous electrolyte secondary battery by the 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11・・・電池缶
12,13・・・絶縁板
14・・・電池蓋
15・・・安全弁機構
15A・・・ディスク板
16・・・熱感抵抗素子
17・・・ガスケット
20・・・巻回電極体
21,41・・・正極
21A,41A・・・正極集電体
21B・・・正極活物質層
22,42・・・負極
22A,42A・・・負極集電体
22B・・・負極活物質層
23,43・・・セパレータ
24・・・センターピン
25,33・・・正極リード
26,34・・・負極リード
31,35・・・電池素子
32・・・外装部材
41B・・・正極合剤層
42B・・・負極合剤層
41C,42・・・集電体露出部
44・・・電解質層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery cans 12, 13 ... Insulating plate 14 ... Battery cover 15 ... Safety valve mechanism 15A ... Disk board 16 ... Heat sensitive resistance element 17 ... Gasket 20 ... Winding Rotating electrode body 21, 41 ... Positive electrode 21A, 41A ... Positive electrode current collector 21B ... Positive electrode active material layer 22, 42 ... Negative electrode 22A, 42A ... Negative electrode current collector 22B ... Negative electrode Active material layer 23, 43 ... Separator 24 ... Center pin 25, 33 ... Positive electrode lead 26, 34 ... Negative electrode lead
31, 35 ... Battery element 32 ... Exterior member 41B ... Positive electrode mixture layer 42B ... Negative electrode mixture layer 41C, 42 ... Current collector exposed portion 44 ... Electrolyte layer

Claims (6)

正極と、リチウムをドープ・脱ドープ可能な負極活物質を用いた負極と、非水電解質とを備えた非水電解質電池であって、
前記正極は、少なくとも下式(1)で表されるオリビン型結晶構造を持つリチウム金属リン酸化合物を含み、
前記負極活物質は、無機酸化物ナノ粒子を含み、
前記無機酸化物ナノ粒子のメジアン粒径が30nm以下であることを特徴とする非水電解質電池。
LiFe1−yPO ・・・(1)
(式中、MはMn、Co、Ni、Mg、Zn、Cr、Ti、Vから選ばれる少なくとも一種の金属元素であり、0≦y≦0.8である。)
A nonaqueous electrolyte battery comprising a positive electrode, a negative electrode using a negative electrode active material capable of doping and dedoping lithium, and a nonaqueous electrolyte,
The positive electrode includes at least a lithium metal phosphate compound having an olivine type crystal structure represented by the following formula (1):
The negative electrode active material includes inorganic oxide nanoparticles,
A non-aqueous electrolyte battery, wherein the inorganic oxide nanoparticles have a median particle size of 30 nm or less.
LiFe 1-y M y PO 4 ··· (1)
(In the formula, M is at least one metal element selected from Mn, Co, Ni, Mg, Zn, Cr, Ti, and V, and 0 ≦ y ≦ 0.8.)
前記負極における上記無機酸化物ナノ粒子の含有量が、前記負極活物質100重量部に対して0.1〜2重量部であることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質電池。   2. The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the content of the inorganic oxide nanoparticles in the negative electrode is 0.1 to 2 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material. 前記無機酸化物ナノ粒子は、Al、SiO、ZrOおよびTiOの少なくとも1種である、請求項1に記載の非水電解質電池。 The non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the inorganic oxide nanoparticles are at least one of Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 and TiO 2 . 前記負極活物質は、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、人造黒鉛、およびアモルファス合金−炭素複合系材料の少なくとも一種であることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質電池。   2. The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material is at least one of non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, artificial graphite, and amorphous alloy-carbon composite material. 前記負極活物質は、さらに、気相成長炭素繊維(VGCF)を含有することを特徴とする請求項1に記載の非水電解質電池。   The non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material further contains vapor grown carbon fiber (VGCF). 前記VGCFは、内部に中空構造を有し、繊維径が2〜1000nm、且つアスペクト比が10〜15000であることを特徴とする請求項5に記載の非水電解質電池。   The non-aqueous electrolyte battery according to claim 5, wherein the VGCF has a hollow structure therein, a fiber diameter of 2 to 1000 nm, and an aspect ratio of 10 to 15000.
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