JP2010086658A - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
Non-aqueous electrolyte secondary battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010086658A JP2010086658A JP2008250992A JP2008250992A JP2010086658A JP 2010086658 A JP2010086658 A JP 2010086658A JP 2008250992 A JP2008250992 A JP 2008250992A JP 2008250992 A JP2008250992 A JP 2008250992A JP 2010086658 A JP2010086658 A JP 2010086658A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- positive electrode
- secondary battery
- lithium
- aqueous electrolyte
- ion secondary
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
【課題】大電流で充放電した際にも充放電容量の減少による劣化を抑制できる非水電解液二次電池を提供する。
【解決手段】負極と、リチウム含有化合物を備えた正極とが非水電解液に浸漬されてなる非水電解液二次電池において、前記正極のリチウム含有化合物は、LiFexM1yM2zPO4であって、M1がV、Cr、Cu、Zn、In、Sn、Mo、TiおよびMnの中から選択される一種以上の元素であるとともに、M2がBi、Zr、Cd、Pd、NbおよびAgの中から選択される一種以上の元素であり、かつ0.01≦x,y,z≦1.00のオリビン型構造のリチウム鉄リン酸化合物からなる非水電解液二次電池。
【選択図】図1Disclosed is a non-aqueous electrolyte secondary battery capable of suppressing deterioration due to a decrease in charge / discharge capacity even when charged / discharged with a large current.
A negative electrode, the nonaqueous electrolyte secondary battery in which a cathode having a lithium-containing compound is immersed in the non-aqueous electrolyte, a lithium-containing compound of the positive electrode, LiFe x M1 y M2 z PO 4 M1 is one or more elements selected from V, Cr, Cu, Zn, In, Sn, Mo, Ti and Mn, and M2 is Bi, Zr, Cd, Pd, Nb and Ag. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising one or more elements selected from the group consisting of lithium iron phosphate compounds having an olivine structure of 0.01 ≦ x, y, z ≦ 1.00.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、特に、リチウムイオン二次電池などの非水電解液二次電池における新規正極材料として注目されているオリビン型構造のリチウム鉄リン酸化合物の性能改良に関するものである。 In particular, the present invention relates to an improvement in the performance of a lithium iron phosphate compound having an olivine structure that is attracting attention as a novel positive electrode material in a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery.
上記リチウムイオン二次電池の正極材料としてLiCoO2やLiNiO2が普及しているものの、これらLiCoO2やLiNiO2は、その結晶構造が層状構造を有して不安定であって、過充電による劣化が生じ、あるいは繰り返しの充放電サイクルにより著しく充電容量が減少するなどの欠点がある。 Although LiCoO 2 and LiNiO 2 are widely used as the positive electrode material of the lithium ion secondary battery, these LiCoO 2 and LiNiO 2 are unstable because their crystal structure has a layered structure, and are deteriorated by overcharge. Or the charge capacity is significantly reduced by repeated charge / discharge cycles.
そこで、近年、特許文献1〜3に示すように、新規正極材料である結晶構造の安定なオリビン型構造のリチウム鉄リン酸化合物が新たな次世代自動車や定置用大型電池などの正極活物質としても注目されている。
このリチウム鉄リン酸化合物は、上述のように結晶構造が安定であるため、過充電による劣化や繰り返しの充放電サイクルによる充放電容量の減少を防ぐことができる。
Therefore, in recent years, as shown in
Since this lithium iron phosphate compound has a stable crystal structure as described above, it is possible to prevent deterioration due to overcharge and reduction in charge / discharge capacity due to repeated charge / discharge cycles.
さらに、このリチウム鉄リン酸化合物は、LiCoO2やLiNiO2と比較して、CoやNiなどの昨今急激な価格の高騰が生じているレアメタルの使用量を減少させることができ、さらには、レアメタルを使用せずに安価なリチウムイオン二次電池の製作も可能になる。 Furthermore, this lithium iron phosphate compound can reduce the amount of rare metals used in recent years, such as Co and Ni, which have experienced rapid price increases, compared to LiCoO 2 and LiNiO 2. This makes it possible to manufacture an inexpensive lithium ion secondary battery without using the battery.
ところが、上述の正極活物質として用いられるオリビン型構造のリチウム鉄リン酸化合物は、黒鉛からなる負極とともに、エチレンカーボネートおよびジエチルカーボネートの混合溶媒にLiPF6 を溶解させた電解液に浸漬したリチウムイオン二次電池として、60℃前後の高温条件で繰り返しの充放電サイクル試験を行った場合に、鉄が溶出して、リチウムイオン二次電池の充放電容量を減少させてしまうという問題がある。このことは、このリチウム鉄リン酸化合物を正極活物質として大型電池や高出力電池を構成した場合に、大電流で電池を充放電すると電池温度の上昇が引き起こされるため、充放電容量を減少させて、リチウムイオン二次電池の劣化を引き起こしてしまうことを意味している。 However, the lithium iron phosphate compound having an olivine structure used as the positive electrode active material described above is composed of a negative electrode made of graphite and a lithium ion dilute in an electrolyte solution in which LiPF 6 is dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate. As a secondary battery, when a repeated charge / discharge cycle test is performed under a high temperature condition of around 60 ° C., there is a problem that iron is eluted and the charge / discharge capacity of the lithium ion secondary battery is reduced. This means that when a large battery or high-power battery is constructed using this lithium iron phosphate compound as the positive electrode active material, charging / discharging the battery with a large current causes an increase in battery temperature, thus reducing the charge / discharge capacity. This means that the lithium ion secondary battery is deteriorated.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、大電流で充放電した際にも充放電容量の減少による劣化を抑制できる非水電解液二次電池の提供を課題とするものである。 This invention is made | formed in view of this situation, and makes it a subject to provide the nonaqueous electrolyte secondary battery which can suppress degradation by the reduction | decrease in charging / discharging capacity | capacitance, even when it charges / discharges with a large current.
すなわち、請求項1に記載の発明に係る非水電解液二次電池は、負極と、リチウム含有化合物を備えた正極とが非水電解液に浸漬されてなる非水電解液二次電池において、前記正極のリチウム含有化合物は、LiFexM1yM2zPO4であって、M1がV、Cr、Cu、Zn、In、Sn、Mo、TiおよびMnの中から選択される一種以上の元素であるとともに、M2がBi、Zr、Cd、Pd、NbおよびAgの中から選択される一種以上の元素であり、かつ0.01≦x,y,z≦1.00のオリビン型構造のリチウム鉄リン酸化合物からなることを特徴としている。
That is, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the invention of
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の非水電解液二次電池において、前記正極のリチウム含有化合物は、その平均粒子径が0.9μm以上4μm以下であることを特徴としている。
The invention described in
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の非水電解液二次電池において、前記正極のリチウム含有化合物は、そのBET比表面積が17m2 /g以上49m2 /g以下であることを特徴としている。
The invention according to
請求項1〜3に記載の非水電解液二次電池によれば、LiFexM1yM2zPO4のM1をV、Cr、Cu、Zn、In、Sn、Mo、TiおよびMnの中から選択される一種以上の元素とするとともに、M2をBi、Zr、Cd、Pd、NbおよびAgの中から選択される一種以上の元素とし、かつ0.01≦x、y、z≦1.00とすることによって、粒子内のイオン伝導性を著しく向上させることができ、その結果、後述の実施例にて実験的にも確認されたように大電流で充放電した際にも充放電容量の減少による劣化を抑制できる。
このようにイオン伝導性が向上するのは、上記M1によってリチウム含有化合物の粒子の結晶構造に歪みを生じ、さらに、上記M2によって歪み形成が促進されるためであると推測される。
According to the non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 to 3, the M1 of LiFe x M1 y M2 z PO 4 V, Cr, Cu, Zn, In, Sn, Mo, from among Ti and Mn And at least one element selected, and M2 is at least one element selected from Bi, Zr, Cd, Pd, Nb and Ag, and 0.01 ≦ x, y, z ≦ 1.00 As a result, the ionic conductivity in the particles can be remarkably improved, and as a result, the charge / discharge capacity can be reduced even when charged / discharged with a large current as confirmed experimentally in Examples described later. Deterioration due to decrease can be suppressed.
The reason why the ionic conductivity is improved in this way is presumed to be that the crystal structure of the lithium-containing compound particles is distorted by the M1, and the strain formation is further promoted by the M2.
特に、請求項2に記載の非水電解液二次電池によれば、リチウム含有化合物の平均粒子径を4μm以下とすることによって、粒子間の電子伝導性を向上させることができるとともに、平均粒子径を0.9μm以上とすることによって、正極を作製する際に凝集の発生を抑制して、安定したスラリー調製を行うことができる。
これに加えて、請求項2に記載の非水電解液二次電池によれば、リチウム含有化合物のBET比表面積が17m2/g以上49m2/g以下であることによって、一段とイオン伝導性を向上させることができ、より確実に充放電容量の減少による劣化を抑制できる。
In particular, according to the non-aqueous electrolyte secondary battery according to
In addition to this, according to the non-aqueous electrolyte secondary battery according to
以下、本発明に係るリチウムイオン二次電池について、図1を用いて説明する。
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、図1に示すように、正極合剤層11が矩形薄板状の正極集電体10の表裏面に形成された正極1と、負極合剤層21が矩形薄板状の負極集電体20の表裏面に形成された負極2とが、それぞれ板面を対向させて互いの間にセパレータ3を介在させて交互に複数(本実施形態においては4枚ずつ)積層されている。
Hereinafter, a lithium ion secondary battery according to the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery of this embodiment includes a
そして、これらの正極1と負極2とが非水電解液に浸漬されて密閉容器4に収容されており、非水電解液には、正極1および負極2に対して不活性な有機溶媒中にLiBF4、LiPF6などのリチウム塩を溶解したものが用いられている。
The
また、正極1の正極合剤層11は、正極活物質を含有しており、この正極活物質は、その組成式がLiFexM1yM2zPO4であって、M1がV、Cr、Cu、Zn、In、Sn、Mo、TiおよびMnの中から選択される一種以上の元素であるとともに、M2がBi、Zr、Cd、Pd、NbおよびAgの中から選択される一種以上の元素であり、かつ0≦x、y、z≦0.99のオリビン型構造のリチウム鉄リン酸化合物からなる。また、この正極活物質は、その平均粒子径が0.9μm以上4μm以下であって、BET比表面積が17m2/g以上49m2/g以下となるように調製されている。
Also, the positive
このような正極活物質は、LiFexM1yM2zPO4のLi源となる化合物、Fe源となる化合物、M1源となる化合物、M2源となる化合物およびPO4源となる化合物を混合して焼成することにより得られる。
そして、この正極活物質を導電剤およびバインダーなどと混合してスラリー状にした正極合剤層11を、正極集電体10としての金属箔上に塗布し、さらに、この正極集電体10にタブ12を取り付けることにより正極1は得られる。
Such a positive electrode active material is a mixture of LiFe x M1 y M2 z PO 4 Li source compound, Fe source compound, M1 source compound, M2 source compound and PO 4 source compound. Obtained by firing.
Then, the positive
また、負極2は、その負極合剤層21の負極活物質にリチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素、好ましくは黒鉛が用いられており、この負極括物質にバインダーなどを加えてスラリー状にした負極合剤層21を負極集電体20としての金属箔に塗布し、さらに、この負極集電体20にタブ22を取り付けることにより得られる。
In the
そして、上述の複数枚の正極1と負極2とを、正極1のタブ12と負極2のタブ22とが対向辺の一辺側と他端側とに交互に配置されるように交互に積層して、アルミラミネートフィルムからなる袋状の外装体に挿入するとともに、この外装体に非水電解液を注入した後に、この外装体の開口部を封止することによって密閉容器4が形成されて、正極1と負極2とが非水電解液に浸漬されて密閉容器4内に収容されたリチウムイオン二次電池が組み立てられる。
Then, the plurality of
以上のように構成されるリチウムイオン二次電池は、その正極活物質であるLiFexM1yM2zPO4のM1をV、Cr、Cu、Zn、In、Sn、Mo、TiおよびMnの中から選択される一種以上の元素とするとともに、M2をBi、Zr、Cd、Pd、NbおよびAgの中から選択される一種以上の元素とし、かつ0.01≦x、y、z≦1.00とすることによって、粒子内のイオン伝導性を著しく向上させることができ、その結果、実験的にも確認されたように大電流で充放電した際にも充放電容量の減少による劣化を抑制できる。 Lithium-ion secondary battery configured as described above, in the positive electrode active material is LiFe x M1 y M2 z PO 4 of M1 of V, Cr, Cu, Zn, In, Sn, Mo, Ti and Mn And at least one element selected from Bi, Zr, Cd, Pd, Nb, and Ag, and 0.01 ≦ x, y, z ≦ 1. By setting it to 00, the ionic conductivity in the particles can be remarkably improved. As a result, even when charged / discharged with a large current as experimentally confirmed, deterioration due to a decrease in charge / discharge capacity is suppressed. it can.
これに加えて、リチウム鉄リン酸化合物の平均粒子径を4μm以下とすることによって、粒子間の電子伝導性を向上させることができるとともに、平均粒子径を0.9μm以上とすることによって、正極1を作製する際に凝集の発生を抑制して、安定したスラリー調製を行うことができる。さらには、リチウム含有化合物のBET比表面積を17m2/g以上49m2/g以下とすることによって、一段とイオン伝導性を向上させることができ、より確実に充放電容量の減少による劣化を抑制できる。
In addition to this, by making the average particle diameter of the lithium
なお、本発明は、上述の実施形態に何ら限定されるものでなく、リチウムイオン二次電池以外、すなわち、正極1にLiFexM1yM2zPO4のリチウム鉄リン酸化合物を備えることによって大電流で充放電した際にも充放電容量の減少抑制効果が期待されるその他の非水電解液二次電池にも適用可能である。
The present invention is not in any way limited to the embodiments described above, other than the lithium-ion secondary battery, i.e., large by providing the LiFe x M1 y M2 z lithium iron phosphate compound of PO 4 in the
正極活物質であるLiFexM1yM2zPO4のM1やM2の元素によるリチウムイオン二次電池の性能変化、M1やM2の割合によるリチウムイオン二次電池の性能変化、正極活物質の平均粒径によるリチウムイオン二次電池の性能変化、BET比表面積によるリチウムイオン二次電池の性能変化をそれぞれ以下のように実験的に確認した。 LiFe x M1 y M2 z PO 4 of M1 and performance change of the lithium ion secondary battery according element M2 as a cathode active material, M1 and performance change of the lithium ion secondary battery according to the ratio of M2, the average particle of the positive electrode active material The performance change of the lithium ion secondary battery due to the diameter and the performance change of the lithium ion secondary battery due to the BET specific surface area were experimentally confirmed as follows.
<リチウムイオン二次電池の作製>
まず、上述の性能変化を確認するための実施例1〜84のリチウムイオン二次電池を、それぞれ以下のようにして作製した。
<Production of lithium ion secondary battery>
First, the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 84 for confirming the above-described performance change were manufactured as follows.
(正極活物質の調製)
正極活物質のLiFexM1yM2zPO4 の鉄源としてシュウ酸鉄二水和物(FeC2O4・2H2O)、M1源として金属シュウ酸水和物(M1C2O4H2O)、M2源として金属シュウ酸水和物(M2C2O4H2O)、リン酸源としてリン酸二水素アンモニウム(NH4 H2PO4)およびリチウム源として炭酸リチウム(Li2CO3)を、それぞれ表1〜4に示すM1、M2およびx、y、zを有するLiFexM1yM2zPO4を合成するための所定のモル比に計量し、これにショ糖を混合した。
(Preparation of positive electrode active material)
LiFe x M1 y M2 z iron source iron oxalate dihydrate (FeC 2 O 4 · 2H 2 O) as a PO 4, metal oxalate hydrate as M1 source (M1C 2 O 4 H 2 O of the positive electrode active material ), Metal oxalate hydrate (M2C 2 O 4 H 2 O) as the M2 source, ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) as the phosphate source and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) as the lithium source the respective tables 1 to 4 show M1, M2 and x, weighed in a predetermined molar ratio to synthesize LiFe x M1 y M2 z PO 4 having y, and z, allowed to mix for sucrose.
次いで、この混合物に2−プロパノールを溶媒として加えたものを、ボールミルで10時間粉砕混合した後に真空乾燥させて2−プロパノールを除去することにより、実施例1〜84の正極活物質の前駆体を得た。
これら実施例1〜84の各の前駆体を、それぞれアルミ製の香鉢に入れ、焼成炉にて0.5L/分のアルゴン流通下で300℃、5時間の仮焼成後に、そのまま温度のみを昇温させて650℃で20時間焼成することにより、表面に炭素がコーティングされたLiFexM1yM2zPO4の粉末からなる実施例1〜84の正極活物質を合成した。次いで、これら実施例1〜84の各正極活物質の平均粒径(μm)およびBET比表面積(cm2/g)を計測してそれぞれ表1〜4に示した。
Next, a mixture obtained by adding 2-propanol as a solvent to this mixture was pulverized and mixed with a ball mill for 10 hours, and then vacuum-dried to remove 2-propanol, whereby the positive electrode active material precursors of Examples 1 to 84 were obtained. Obtained.
Each of the precursors of Examples 1 to 84 was put in an aluminum incense bowl, and after calcining at 300 ° C. for 5 hours under an argon flow of 0.5 L / min in a firing furnace, the temperature was kept as it was. The cathode active material of Examples 1 to 84 made of LiFe x M1 y M2 z PO 4 powder coated with carbon on the surface was synthesized by raising the temperature and firing at 650 ° C. for 20 hours. Next, the average particle diameter (μm) and the BET specific surface area (cm 2 / g) of each positive electrode active material of Examples 1 to 84 were measured and shown in Tables 1 to 4, respectively.
(正極1の作製)
次に、上記実施例1〜84の各正極活物質に、それぞれ導電剤としてのアセチレンブラックおよびバインダーとしてのポリフッ化ビニリデンを混合し、さらに、この混合物にNメチルピロリドンを加えてスラリー状にして実施例1〜84の正極スラリーを合成した。その際、正極活物質と導電剤とバインダーとが質量比で90:5:5となるように調製した。
(Preparation of positive electrode 1)
Next, acetylene black as a conductive agent and polyvinylidene fluoride as a binder were mixed with each of the positive electrode active materials in Examples 1 to 84, and N-methylpyrrolidone was added to the mixture to form a slurry. The positive electrode slurries of Examples 1 to 84 were synthesized. At that time, the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder were prepared in a mass ratio of 90: 5: 5.
次いで、これら実施例1〜84の各正極スラリーを、それぞれ正極集電体10としてのアルミニウム箔上に塗布して乾燥させた後に圧延ローラを用いて圧延して、さらに、上記アルミニウム箔にタブ12を取り付けることにより、正極合剤層11が形成された実施例1〜84の正極1を作製した。
Next, each of the positive electrode slurries of Examples 1 to 84 was applied onto an aluminum foil as the positive electrode
(負極2の作製)
負極活物質としての黒鉛と、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデンとを混合して、さらに、これらの混合物に増粘剤としてのNメチルピロリドンを加えることにより、負極スラリーを合成した。その際、負極活物質とバインダーと増粘剤とが質量比で95:3:2となるように調製した。
(Preparation of negative electrode 2)
A negative electrode slurry was synthesized by mixing graphite as a negative electrode active material and polyvinylidene fluoride as a binder, and further adding N-methylpyrrolidone as a thickener to these mixtures. At that time, the negative electrode active material, the binder, and the thickener were prepared so as to have a mass ratio of 95: 3: 2.
次いで、この負極スラリーを、負極集電体20としての銅箔上に塗布して乾燥させた後に圧延ローラを用いて圧延して、さらに、上記銅箔にタブ22を取り付けることにより、負極合剤層21が形成された負極2を作製した。
Next, the negative electrode slurry is applied on a copper foil as the negative electrode
(電解液の調製)
エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比3:7で混合した溶媒に、1モル/LのLiPF6を溶解させ、さらに、ビニレンカーボネートを加えて電解液を調製した。
(Preparation of electrolyte)
1 mol / L LiPF 6 was dissolved in a solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3: 7, and vinylene carbonate was further added to prepare an electrolytic solution.
(電池の組み立て)
まず、正極1と負極2とを、上述の最良の実施形態と同様に板面が対向して互いの間にセパレータ3が介在するように交互に積層して電極体を構成した。なお、実施例1〜84について、各電極体は正極1と負極2とが同一枚数となるように構成されている。
次いで、この電極体を、真空中にて105℃で20時間乾燥させた後にアルゴン雰囲気下のグローブボックス内にて、厚み0.11mmのアルミニウムラミネートフィルムを袋状に形成した外装体に挿入し、その後、この外装体内に上記電解液を注入して、外装体の開口を封止して実施例1〜84のリチウムイオン二次電池を組み立てた。
従って、これらの実施例1〜84のリチウムイオン二次電池は、正極活物質以外は同一の構成を有している。
(Battery assembly)
First, the
Next, after this electrode body was dried at 105 ° C. for 20 hours in a vacuum, it was inserted into a package body in which an aluminum laminate film having a thickness of 0.11 mm was formed in a bag shape in a glove box under an argon atmosphere, Then, the said electrolyte solution was inject | poured in this exterior body, the opening of the exterior body was sealed, and the lithium ion secondary battery of Examples 1-84 was assembled.
Therefore, the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 84 have the same configuration except for the positive electrode active material.
(比較例・従来例/リチウムイオン二次電池の作製)
次いで、上述の実施例において正極活物質の調製の際に、M1源として金属シュウ酸水和物(M1C2O4H2O)やM2源として金属シュウ酸水和物(M2C2O4H2O)を所定のモル比に計量せず、あるいは加えなかった他は実施例と同様にして正極活物質を調製することにより作製した正極1と、実施例と同一の負極2および電解液とを用いて、表1〜2に示す比較例1〜8および従来例1のリチウムイオン二次電池を組み立てた。
(Comparative example / conventional example / production of lithium ion secondary battery)
Next, in the preparation of the positive electrode active material in the above-described Examples, metal oxalic acid hydrate (M1C 2 O 4 H 2 O) is used as the M1 source, and metal oxalic acid hydrate (M2C 2 O 4 H is used as the M2 source. The
<性能試験>
次いで、上述の実施例1〜84および比較例1〜8ならびに従来例1のリチウムイオン二次電池について、それぞれ出力特性および温度特性を以下のようにして計測した。
<Performance test>
Next, the output characteristics and temperature characteristics of the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 84, Comparative Examples 1 to 8, and Conventional Example 1 were measured as follows.
(出力特性)
全てのリチウムイオン二次電池について、正極1の単位面積あたりの電流密度0.5mA/cm2にて25℃の温度条件の下、3〜4Vの作動電圧範囲で充放電試験を行って初期放電容量を測定した後に、そのまま正極1の単位面積あたりの電流密度を5mA/cm2に上昇させて同様に放電容量を測定し、この電流密度5mA/cm2で測定した放電容量の上記初期放電容量を100とした場合の比率を求めた。次いで、従来例1のリチウムイオン二次電池の放電容量の比率を100とした場合の各リチウムイオン二次電池の放電容量の比率を求めて、それぞれ表1〜4に示した。
(Output characteristics)
All lithium ion secondary batteries were subjected to a charge / discharge test in an operating voltage range of 3 to 4 V under a temperature condition of 25 ° C. at a current density of 0.5 mA / cm 2 per unit area of the
(温度特性)
全てのリチウムイオン二次電池を、60℃に加熱した状態で600mAの低電流で電池電圧が4.0Vになるまで充電し、60℃に加熱した状態で600mAで電池電圧が2.5Vになるまで放電する充放電を繰り返し50サイクル行った後の充放電時に充放電容量を計測することにより、この充放電容量の上記初期放電容量を100とした場合の比率、すなわち充放電容量の維持率を算出した。さらに、従来例1の充放電容量の維持率を100とした場合の各リチウムイオン二次電池の充放電容量の維持率を求めて、それぞれ表1に示した。
(Temperature characteristics)
All the lithium ion secondary batteries are charged at a low current of 600 mA when heated to 60 ° C. until the battery voltage reaches 4.0 V, and the battery voltage becomes 2.5 V at 600 mA when heated to 60 ° C. By measuring the charge / discharge capacity at the time of charge / discharge after 50 cycles of repeated charge / discharge, the ratio of the charge / discharge capacity when the initial discharge capacity is 100, that is, the charge / discharge capacity maintenance rate is Calculated. Furthermore, the charge / discharge capacity maintenance ratio of each lithium ion secondary battery when the charge / discharge capacity maintenance ratio of Conventional Example 1 was set to 100 was obtained and shown in Table 1.
表1に示す正極活物質であるLiFexM1yM2zPO4のM1やM2の構成元素によるリチウムイオン二次電池の性能変化から判るように、正極活物質としてLiFePO4を用いた従来例と比較しても、さらには、LiFeMoを用いた比較例1やLiFeMnを用いた比較例2と比較しても、正極活物質のLiFexM1yM2zPO4におけるM1にV、Cr、Cu、Zn、In、Sn、Mo、TiおよびMnの中から選択される一種以上の元素やM2にBi、Zr、Cd、Pd、NbおよびAgの中から選択される一種以上の元素を選択した実施例1〜54のリチウムイオン二次電池は、格段に出力特性および温度特性が向上している。
As can be seen the positive electrode active material shown in Table 1 by LiFe x M1 y M2 constituent elements of z PO 4 of M1 and M2 from the performance change of the lithium ion secondary battery, the conventional example using the LiFePO 4 as the positive electrode active material even compared, and further, even when compared with Comparative example 2 using Comparative example 1 and LiFeMn using LiFeMo, V to M1 in LiFe x M1 y M2 z PO 4 of the positive electrode active material, Cr, Cu, Example in which one or more elements selected from Zn, In, Sn, Mo, Ti and Mn and one or more elements selected from Bi, Zr, Cd, Pd, Nb and Ag are selected as M2 The lithium ion
表2に示すM1やM2の割合によるリチウムイオン二次電池の性能変化から判るように、正極活物質のLiFexM1yM2zPO4におけるM1にV、Cr、Cu、Zn、In、Sn、Mo、TiおよびMnの中から選択される一種以上の元素やM2にBi、Zr、Cd、Pd、NbおよびAgの中から選択される一種以上の元素を選択しても、その割合であるyおよびzが0.01≦y、z≦1.00の範囲外である比較例3〜8のリチウムイオン二次電池は、出力特性および温度特性が低下している。これに対して、0.01≦x、y、z≦1.00の範囲内である実施例55〜60のリチウムイオン二次電池は、出力特性および温度特性ともに優れている。 As can be seen from the performance change of the lithium ion secondary battery according to the percentage of M1 and M2 shown in Table 2, V to M1 in LiFe x M1 y M2 z PO 4 of the positive electrode active material, Cr, Cu, Zn, In , Sn, Even if one or more elements selected from Mo, Ti, and Mn and one or more elements selected from Bi, Zr, Cd, Pd, Nb, and Ag are selected for M2, the ratio is y. In the lithium ion secondary batteries of Comparative Examples 3 to 8 where z and z are out of the range of 0.01 ≦ y and z ≦ 1.00, the output characteristics and the temperature characteristics are degraded. On the other hand, the lithium ion secondary batteries of Examples 55 to 60 in the range of 0.01 ≦ x, y, z ≦ 1.00 are excellent in both output characteristics and temperature characteristics.
表3に示す正極活物質の平均粒径によるリチウムイオン二次電池の性能変化から判るように、正極活物質としてLiFexM1yM2zPO4であって0.01≦x、y、z≦1.00の範囲内のものを用いているため、実施例61〜72のリチウムイオン二次電池は、いずれも出力特性および温度特性ともに優れている。ところが、詳細に検討すると、実施例63、64、67、68、71および72のリチウムイオン二次電池は、正極活物質の平均粒子径が0.9μm未満あるいは4μmを超える大きさであることから、出力特性および温度特性が低下傾向にある。これに対して、正極活物質の平均粒子径が0.9μm以上4μm以下の実施例61、62、65、66、69および70のリチウムイオン二次電池は、出力特性および温度特性が低下することなく、性能特性に優れている。 As can be seen from the performance change of the lithium ion secondary battery according to the average particle diameter of the positive electrode active material shown in Table 3, LiFe x M1 y M2 z PO A 4 0.01 ≦ x as a positive electrode active material, y, z ≦ Since the batteries in the range of 1.00 are used, all of the lithium ion secondary batteries of Examples 61 to 72 are excellent in both output characteristics and temperature characteristics. However, when examined in detail, the lithium ion secondary batteries of Examples 63, 64, 67, 68, 71, and 72 have an average particle diameter of the positive electrode active material of less than 0.9 μm or more than 4 μm. The output characteristics and temperature characteristics tend to decrease. On the other hand, the lithium ion secondary batteries of Examples 61, 62, 65, 66, 69, and 70 in which the average particle diameter of the positive electrode active material is 0.9 μm or more and 4 μm or less have lower output characteristics and temperature characteristics. And excellent performance characteristics.
表4に示すBET比表面積によるリチウムイオン二次電池の性能変化から判るように、正極活物質としてLiFexM1yM2zPO4であって0.01≦x、y、z≦1.00の範囲内のものを用いているため、実施例73〜84のリチウムイオン二次電池は、いずれも出力特性および温度特性ともに優れている。ところが、詳細に検討すると、実施例75、76、79、80、83および84のリチウムイオン二次電池は、正極活物質のBET比表面積が17m2/g未満あるいは49m2/gを超える大きさであることから、出力特性および温度特性が低下傾向にある。これに対して、BET比表面積17m2 /g以上49m2/g以下の実施例73、74、77、78、81および82のリチウムイオン二次電池は、出力特性および温度特性が低下することなく、性能特性に優れている。 As can be seen from the performance change of the lithium ion secondary battery according to a BET specific surface area shown in Table 4, as a positive electrode active material LiFe x M1 y M2 z PO A 4 0.01 ≦ x, y, a z ≦ 1.00 Since the batteries within the range are used, the lithium ion secondary batteries of Examples 73 to 84 are both excellent in output characteristics and temperature characteristics. However, when examined in detail, in the lithium ion secondary batteries of Examples 75, 76, 79, 80, 83, and 84, the positive electrode active material had a BET specific surface area of less than 17 m 2 / g or more than 49 m 2 / g. Therefore, the output characteristics and temperature characteristics tend to decrease. On the other hand, the lithium ion secondary batteries of Examples 73, 74, 77, 78, 81, and 82 having a BET specific surface area of 17 m 2 / g or more and 49 m 2 / g or less are not deteriorated in output characteristics and temperature characteristics. Excellent performance characteristics.
従って、LiFexM1yM2zPO4のM1をV、Cr、Cu、Zn、In、Sn、Mo、TiおよびMnの中から選択される一種以上の元素とするとともに、M2をBi、Zr、Cd、Pd、NbおよびAgの中から選択される一種以上の元素とし、かつ0.01≦x、y、z≦1.00となる正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池は、60℃に加熱された状態で充放電を繰り返しても充放電容量の減少が限定的であることから、大電流で電流を充放電しても温度上昇による充放電容量の減少を防止できる。 Therefore, LiFe x M1 y M2 z the M1 of PO 4 V, Cr, Cu, Zn, In, Sn, Mo, as well as with one or more elements selected from among Ti and Mn, the M2 Bi, Zr, A lithium ion secondary battery using one or more elements selected from Cd, Pd, Nb, and Ag and using a positive electrode active material satisfying 0.01 ≦ x, y, z ≦ 1.00 is 60 ° C. Even if charging / discharging is repeated in a heated state, the decrease in charge / discharge capacity is limited, and therefore, even if the current is charged / discharged with a large current, the decrease in charge / discharge capacity due to temperature rise can be prevented.
1 正極
2 負極
3 セパレータ
4 密閉容器
10 正極集電体
11 正極合剤層
12 正極のタブ
20 負極集電体
21 負極合剤層
22 負極のタブ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記正極のリチウム含有化合物は、LiFexM1yM2zPO4であって、M1がV、Cr、Cu、Zn、In、Sn、Mo、TiおよびMnの中から選択される一種以上の元素であるとともに、M2がBi、Zr、Cd、Pd、NbおよびAgの中から選択される一種以上の元素であり、かつ0.01≦x,y,z≦1.00のオリビン型構造のリチウム鉄リン酸化合物からなることを特徴とする非水電解液二次電池。 In a non-aqueous electrolyte secondary battery in which a negative electrode and a positive electrode provided with a lithium-containing compound are immersed in a non-aqueous electrolyte,
The lithium-containing compound of the positive electrode, a LiFe x M1 y M2 z PO 4 , M1 is V, Cr, Cu, Zn, In, Sn, Mo, one or more elements selected from among Ti and Mn In addition, M2 is one or more elements selected from Bi, Zr, Cd, Pd, Nb, and Ag, and lithium iron having an olivine structure of 0.01 ≦ x, y, z ≦ 1.00 A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a phosphoric acid compound.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008250992A JP2010086658A (en) | 2008-09-29 | 2008-09-29 | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008250992A JP2010086658A (en) | 2008-09-29 | 2008-09-29 | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010086658A true JP2010086658A (en) | 2010-04-15 |
Family
ID=42250438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008250992A Pending JP2010086658A (en) | 2008-09-29 | 2008-09-29 | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2010086658A (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102683701A (en) * | 2012-05-25 | 2012-09-19 | 厦门大学 | Rechargeable lithium battery anode material phosphoric acid copper silver and preparation method thereof |
| JP2013247109A (en) * | 2012-05-23 | 2013-12-09 | Samsung Sdi Co Ltd | Positive electrode active material and lithium secondary battery |
| US20140246619A1 (en) * | 2013-01-11 | 2014-09-04 | Massachusetts Institute Of Technology | Design of multi-electron li-ion phosphate cathodes by mixing transition metals |
| CN106505196A (en) * | 2015-09-08 | 2017-03-15 | 中国科学院大连化学物理研究所 | Application of a bismuth-doped lithium vanadium phosphate cathode material in lithium-ion batteries |
| CN108878846A (en) * | 2018-07-03 | 2018-11-23 | 广东工业大学 | A kind of anode material for lithium-ion batteries, preparation method and lithium ion battery |
| JP2019186218A (en) * | 2010-04-28 | 2019-10-24 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Method for producing positive electrode for secondary battery |
| CN113839033A (en) * | 2021-09-18 | 2021-12-24 | 河北零点新能源科技有限公司 | High-performance lithium iron phosphate battery slurry and preparation method thereof |
| CN114314548A (en) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 湖北万润新能源科技股份有限公司 | Titanium and zirconium co-doped carbon-coated lithium iron phosphate material and preparation method and application thereof |
| WO2022215582A1 (en) * | 2021-04-07 | 2022-10-13 | 株式会社豊田自動織機 | Positive electrode active material, positive electrode and lithium ion secondary battery |
-
2008
- 2008-09-29 JP JP2008250992A patent/JP2010086658A/en active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019186218A (en) * | 2010-04-28 | 2019-10-24 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Method for producing positive electrode for secondary battery |
| US10916774B2 (en) | 2010-04-28 | 2021-02-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Positive electrode active material of power storage device, power storage device, electrically propelled vehicle, and method for manufacturing power storage |
| US12027702B2 (en) | 2010-04-28 | 2024-07-02 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Positive electrode active material of power storage device, power storage device, electrically propelled vehicle, and method for manufacturing power storage |
| JP2013247109A (en) * | 2012-05-23 | 2013-12-09 | Samsung Sdi Co Ltd | Positive electrode active material and lithium secondary battery |
| US9979023B2 (en) | 2012-05-23 | 2018-05-22 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Positive active material and rechargeable lithium battery including same |
| CN102683701A (en) * | 2012-05-25 | 2012-09-19 | 厦门大学 | Rechargeable lithium battery anode material phosphoric acid copper silver and preparation method thereof |
| US20140246619A1 (en) * | 2013-01-11 | 2014-09-04 | Massachusetts Institute Of Technology | Design of multi-electron li-ion phosphate cathodes by mixing transition metals |
| CN106505196A (en) * | 2015-09-08 | 2017-03-15 | 中国科学院大连化学物理研究所 | Application of a bismuth-doped lithium vanadium phosphate cathode material in lithium-ion batteries |
| CN108878846A (en) * | 2018-07-03 | 2018-11-23 | 广东工业大学 | A kind of anode material for lithium-ion batteries, preparation method and lithium ion battery |
| WO2022215582A1 (en) * | 2021-04-07 | 2022-10-13 | 株式会社豊田自動織機 | Positive electrode active material, positive electrode and lithium ion secondary battery |
| CN113839033A (en) * | 2021-09-18 | 2021-12-24 | 河北零点新能源科技有限公司 | High-performance lithium iron phosphate battery slurry and preparation method thereof |
| KR20230109731A (en) * | 2021-12-29 | 2023-07-20 | 후베이 완런 뉴 에너지 테크놀로지 코.,엘티디. | Titanium-zirconium co-doped carbon-coated lithium iron phosphate materials and methods and uses thereof |
| JP2024510061A (en) * | 2021-12-29 | 2024-03-06 | 湖北万潤新能源科技股▲フン▼有限公司 | Carbon-coated lithium iron phosphate material co-doped with titanium and zirconium, its manufacturing method and application |
| CN114314548A (en) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 湖北万润新能源科技股份有限公司 | Titanium and zirconium co-doped carbon-coated lithium iron phosphate material and preparation method and application thereof |
| JP7600510B2 (en) | 2021-12-29 | 2024-12-17 | 湖北万潤新能源科技股▲フン▼有限公司 | Titanium and zirconium co-doped carbon-coated lithium iron phosphate material and its preparation method and application |
| KR102823648B1 (en) * | 2021-12-29 | 2025-06-23 | 후베이 완런 뉴 에너지 테크놀로지 코.,엘티디. | Titanium-zirconium co-doped carbon-coated lithium iron phosphate material and its preparation method and use |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5079461B2 (en) | Positive electrode for lithium ion secondary battery, method for producing the same, and lithium ion secondary battery | |
| US8585935B2 (en) | Composite for Li-ion cells and the preparation process thereof | |
| KR101255249B1 (en) | Positive active material composition, positive electrode prepared by using the same and lithium battery comprising the same | |
| CN113994512B (en) | Lithium secondary battery and preparation method thereof | |
| KR101319376B1 (en) | Positive active material for rechargeable lithium battery, and positive electrode and rechargeable lithium battery including the same | |
| CN108075113B (en) | Positive electrode active material for battery and battery using same | |
| JP2010086658A (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery | |
| JP2017507472A (en) | Battery negative electrode with pre-filled metal | |
| JP2007234565A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
| EP2490287B1 (en) | Nonaqueous electrolyte lithium ion secondary battery | |
| US10840508B2 (en) | Lithium ion secondary battery | |
| JP2009176583A (en) | Lithium secondary battery | |
| KR101909840B1 (en) | Positive electrode active material for lithium secondary battery, positive electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery | |
| KR20150050403A (en) | Lithium battery | |
| US20220013774A1 (en) | Cathode active material for lithium secondary battery | |
| JP2010086657A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
| JP2012221681A (en) | Lithium secondary battery and manufacturing method thereof | |
| US11870068B2 (en) | Lithium ion secondary battery | |
| JP2023506559A (en) | Lithium ion battery and method for manufacturing lithium ion battery | |
| KR102249563B1 (en) | Cathode Active Material for Lithium Secondary Battery | |
| JP2004158348A (en) | Anode active substance for non-aqueous electrolyte rechargeable battery | |
| KR101668929B1 (en) | Secondary battery and method for producing same | |
| US12381205B2 (en) | Positive electrode active material for lithium secondary battery | |
| JP2015056222A (en) | Positive electrode active material for nonaqueous secondary batteries, method for manufacturing positive electrode active material for nonaqueous secondary batteries, positive electrode for nonaqueous secondary batteries and nonaqueous secondary battery | |
| EP4269360A1 (en) | Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, and nonaqueous electrolyte secondary battery |