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JP3663763B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents
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JP3663763B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充放電サイクル特性に優れた高容量非水電解質二次電池に関するものであり、負極材料が主として非晶質カルコゲン化合物及び、または非晶質酸化物である放電容量の大きな非水電解質二次電池の充放電サイクル寿命等の充放電特性の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
非水電解質二次電池用負極材料としては、リチウム金属やリチウム合金が代表的であるが、それらを用いると充放電中にリチウム金属が樹枝状に成長したいわゆるデンドライトが発生し、内部ショートの原因あるいはデンドライト自体の持つ高い活性のため、発火などの危険をはらんでいた。
【0003】
これに対し、リチウムを可逆的に挿入・放出可能な焼成炭素質材料が実用化されるようになってきた。この炭素質材料の欠点は、それ自体が導電性を持つので、過充電や急速充電の際に炭素質材料の上にリチウム金属が析出する事があり、結局デンドライトを析出させてしまうことになる。
【0004】
これを避けるために、充電器を工夫したり、正極活物質を少なくして過充電を防止する方法を採用したりしているが、後者の方法では、活物質あたりの量が限定されるのでそのため放電容量も限定されてしまう。また炭素質材料は密度が比較的小さいため、体積当たりの容量が低いという二重の意味で放電容量が制限されてしまうことになる。
【0005】
炭素材料にリチウム箔を圧着もしくは積層して用いることが、特開昭61−54165号、特開平2−82447号、同2−215062号、同3−122974号、同3−272571号、同5−144471号、同5−144472号、同5−144473号、同5−151995号に開示されているが、負極活物質として炭素材料を使用しているものであり、上記の問題を本質的に解決するものではなかった。
【0006】
一方、リチウム金属、リチウム合金、炭素質材料以外の負極材料としては、リチウムイオンを吸蔵・放出する事ができるTiS2 、LiTiS2 (米国特許第983476号)、WO2 、FeO3 のリチウム化合物(特開平3−112070号)、Nb25 (特公昭62−59412号、特開平2−82447号)、酸化鉄(FeO、Fe23 、Fe34 )、酸化コバルト(CoO、Co23 、Co34 )(特開平3−291862号)が知られている。これらの化合物はいづれも酸化還元電位が低く、3V級の高放電電位を持つ非水電解質二次電池を実現することができていない。また放電容量についても満足するものができていない。
【0007】
上記欠点を改良する目的で平均放電電圧が3〜3.6V級の高放電電位を持つ非水電解質二次電池を達成するものとして、負極材料にSn、V、Si、B、Zrなどの酸化物、及び、それらの複合酸化物を用いることが提案されている(特開平5−174818号、同6−60867号、同6−275267号、同6−325765号、同6−338324号、EP−615296号)。これらSn、V、Si、B、Zrなどの酸化物、及び、それらの複合酸化物は、ある種のリチウムを含む遷移金属化合物の正極と組み合わせることにより、平均放電電圧が3〜3.6V級で放電容量が大きく、又、実用領域でのデンドライト発生がほとんどなく極めて安全性が高い非水電解質二次電池を与えるが、充放電サイクル特性が充分でないという問題があった。
【0008】
また、サイクル性改良のため、フェナントロリンスルホン酸Naなどを電池内に存在させること(特開平7−065863号)が提案されているが、これらの添加剤は溶解性が低いため、電解液に添加する方法は難しく、作成した電極にさらに添加剤だけを塗布し直すなどの必要があること、また、電池内に均一に分布させることが難しいため特性にバラツキが生じやすいことなどの問題があった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、放電容量の大きな非水電解質二次電池の充放電サイクル特性を向上させることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、リチウムを可逆的に吸蔵放出可能な材料を含む正極、周期表1,2,13,14,15族原子から選ばれる三種以上の原子を含むものであり、主として非晶質カルコゲン化合物及び/または非晶質酸化物からなる負極、リチウム塩を含む非水電解質、及びセパレーターを有する非水電解質二次電池は、該非水電解質が露点−80℃から−30℃である空気を用いて空気吹き込み処理されていることを特徴とする。
【0011】
また、本発明の他の観点によれば、リチウムを可逆的に吸蔵放出可能な材料を含む正極、周期表1,2,13,14,15族原子から選ばれる三種以上の原子を含むものであり、主として非晶質カルコゲン化合物及び/または非晶質酸化物からなる負極、リチウム塩を含む非水電解質、及びセパレーターを有する非水電解質二次電池の製造方法は、該非水電解質を電池内に注入する前に、該非水電解質に露点−80℃から−30℃である空気を用いて空気吹き込み処理を行なうことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい態様を以下に掲げるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0013】
(1).リチウムを可逆的に吸蔵放出可能な材料を含む正極、周期表1,2,13,14,15族原子から選ばれる三種以上の原子を含むものであり、主として非晶質カルコゲン化合物及び/または非晶質酸化物からなる負極、リチウム塩を含む非水電解質、及びセパレーターを有する非水電解質二次電池に於いて、該非水電解質が空気吹き込み処理されていることを特徴とする非水電解質二次電池。
【0014】
(2).該負極材料の少なくとも一種が、一般式(1)で示されることを特徴とする項1に記載の非水電解質二次電池。
【0015】
12p4q6r 一般式(1)
(式中、M1 、M2 は相異なりSi、Ge、Sn、Pb、P、B、Al、Sbから選ばれる少なくとも一種、M4 はLi、K、Na、Cs、Mg、Ca、Sr、Baから選ばれる少なくとも一種、M6 はO、S、Teから選ばれる少なくとも一種、p 、q は各々0.001〜10、r は1.00〜50の数字を表す。)
【0016】
(3).リチウムを可逆的に吸蔵放出可能な材料を含む正極、周期表1,2,13,14,15族原子から選ばれる三種以上の原子を含むものであり、主として非晶質カルコゲン化合物及び/または非晶質酸化物からなる負極、リチウム塩を含む非水電解質、及びセパレーターを有する非水電解質二次電池の製造方法であって、該非水電解質を電池内に注入する前に、該非水電解質に空気吹き込み処理を行なうことを特徴とする非水電解質二次電池の製造方法。
【0017】
(4).前記空気吹き込み処理が、空気と非水電解質を容器に入れ、該非水電解質が十分空気と接触するようにシェイキングして実施されている、項3記載の非水電解質二次電池の製造方法。
【0018】
(5).前記空気吹き込み処理が、非水電解質の液面上に風速0.1メートルから10メートルの空気風を0.1時間から6時間吹かせて実施されている、項3記載の非水電解質二次電池の製造方法。
【0019】
(6).前記空気吹き込み処理が、非水電解質中にノズルにより空気を泡状に吹き込んで実施される、項3記載の非水電解質二次電池の製造方法。
【0020】
(7).前記空気が露点−80℃から−30℃である、項3〜6のいずれか1項に記載の非水二次電池の製造方法。
【0021】
(8).前記空気吹き込み処理が、温度−10℃から20℃で実施される、項3〜7のいずれか1項に記載の非水二次電池の製造方法。
【0022】
(9).前記空気吹き込み処理が、該非水電解質を電池内に注入する前1時間以内に実施されている、項3〜8のいずれか1項に記載の非水二次電池の製造方法。
【0023】
(10).該負極材料の少なくとも一種が、一般式(2)で示されることを特徴とする項2に記載の非水電解質二次電池。
【0024】
SnM3p5q7r 一般式(2)
(式中、M3 はSi、Ge、Pb、P、B、Alから選ばれる少なくとも一種、M5 は、Li、K、Na、Cs、Mg、Ca、Sr、Baから選ばれる少なくとも一種、M7 はO、Sから選ばれる少なくとも一種、p 、q は各々0.001〜10、r は1.00〜50の数字を表す。)
【0025】
(11).該正極材料の少なくとも1種が、Lix CoO2 、Lix NiO2 、Lix MnO2 、Lix Coa Ni(1−a) O2 、Lix Cob V(1−b) Oz 、Lix Cob Fe(1−b) O2 、Lix Mn24 、Lix Mnc Co(2−c) O4 、Lix Mnc Ni(2−c) O4 、Lix Mnc V(2−c) O4 、Lix Mnc Fe(2−c) O4 (式中、x=0.2〜1.2、a=0.1〜0.9、b=0.8〜0.98、c=1.6〜1.96、z=2.01から2.3)であることを特徴とする項1、2、10のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
【0026】
本発明においては、非水電解質が空気吹き込み処理されていることにより非水電解質二次電池の高容量を損なうことなく充放電サイクル特性を向上させることができる。
【0027】
本発明における空気吹き込み処理とは、アルゴンガスや窒素ガスといった不活性ガス雰囲気で調合または輸送または保存された非水電解質に空気を含ませる処理である。
【0028】
該空気吹き込み処理は、空気と非水電解質を容器に入れ、非水電解質全体が十分空気と接触するようにシェイキングして実施される。該容器は好ましくは容積0.2リットルから10リットルであり、また好ましくは容積の0.1倍から0.5倍の非水電解質を満たし残りの容積を空気で満たす。
【0029】
該容器は好ましくは振幅0.5センチメートルから20センチメートル、周波数0.5ヘルツから10ヘルツでシェイキングされる。また、容器を揺らすかわりに攪拌羽等を用いて非水電解質を直接揺らしてもよい。該攪拌羽は好ましくは長さ1センチメートルから15センチメートルであり、好ましくは回転数20rpmから1000rpmであり、容器の中心よりずらす、または容器内部に邪魔板を設置する等して非水電解質に十分空気を巻き込ませる事が好ましい。
【0030】
該シェイキング処理は、一定の時間処理後、処理を中止して容器内部の非水電解質を取り出して使用しても良いし、処理しながら容器の一方から徐々に容器内部に未処理の非水電解質と空気を注入し、容器の他方から徐々に処理済みの非水電解質と空気を抜き取って電池への注入に使用してもよい。
【0031】
一定時間処理する場合の処理時間は、好ましくは10秒から600秒、より好ましくは20秒から300秒、最も好ましくは30秒から180秒である。処理しながら徐々に非水電解質を注入・抜き取りする場合、1分間に注入・抜き取りされる非水電解質量の好ましくは2倍から30倍、より好ましくは3倍から20倍、最も好ましくは5倍から15倍の非水電解質が容器内部に常時存在すると良い。
【0032】
また、本発明の空気吹き込み処理は、非水電解質の液面上に風速0.1メートルから10メートルの空気風を0.1時間から6時間吹かせて実施することができる。蓋が開いた容器に非水電解質を満たし、空気風下に所定の時間放置して処理してもよいし、また、非水電解質の満たされた容器内部に空気風を導入し該非水電解質の液面上を通過後該容器より排出しても良い。また、水平に保たれた非水電解質の流路上に該空気風を吹かせて処理しても良い。
【0033】
また、本発明の空気吹き込み処理は、空気を非水電解質中にノズルにより泡状に吹き込んで実施することができる。該ノズルは好ましくは孔を小さくして泡の発生を促進する。より好ましくは該ノズル先端に微細孔を多数配置し、発生する泡を微細化する(例えば鑑賞魚用水槽に用いられる空気ノズル;商品名「ストーン」、また例えば実験室で気体の洗浄に用いられるガス洗浄瓶に組み込まれているボールフィルター;1μmから100μmの孔が多数あいている)。最も好ましくは微細孔を多数配置したノズルを非水電解質中に複数配置する。
【0034】
本発明の空気吹き込み処理に用いられる空気の露点は、好ましくは−80℃から−30℃、より好ましくは−80℃から−40℃、最も好ましくは−80℃から−50℃である。
【0035】
本発明の空気吹き込み処理の実施される温度は、好ましくは−10℃から20℃、より好ましくは−5℃から15℃、最も好ましくは0℃から10℃である。該処理は、好ましくは空気を所定温度にして実施してもよいし、より好ましくは非水電解質を所定の温度にして実施してもよいし、最も好ましくは空気および非水電解質を所定の温度にして実施するとよい。
【0036】
前記空気吹き込み処理は、該非水電解質を電池内に注入開始する前の、好ましくは2時間以内、より好ましくは1時間以内、最も好ましくは0.5時間以内に終えているとよい。
【0037】
電解質は、一般に、溶媒と、その溶媒に溶解する支持塩から構成され、支持塩としてはリチウム塩(アニオンとリチウムカチオン)が好ましい。
【0038】
本発明で使用できる電解質の溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、ギ酸メチル、酢酸メチル、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、ジメチルスルホキシド、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、ジオキサン、アセトニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エチルエーテル、1,3−プロパンサルトンなどの非プロトン性有機溶媒を挙げることができ、これらの一種または二種以上を混合して使用する。中では、カーボネート系の溶媒が好ましく、環状カーボネート及び/または非環状カーボネートを含ませたものが好ましい。環状カーボネートとしてはエチレンカーボネート、プロピレンカーボネートが好ましい。また、非環状カーボネートとしては、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネートを含ませることが好ましい。
【0039】
本発明で使用出来るこれらの溶媒に溶解する支持塩としては、例えば、LiClO4 、LiBF4 、LiPF6 、LiCF3 SO3 、LiCF3 CO2 、LiAsF6 、LiSbF6 、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiAlCl4 、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランリチウム、四フェニルホウ酸リチウムなどのLi塩を上げることが出来、これらの一種または二種以上を混合して使用することができる。なかでもLiBF4 及び/あるいはLiPF6 を溶解したものが好ましい。
【0040】
支持塩の濃度は、特に限定されないが、電解質溶液1リットル当たり0.2モル〜3モルが好ましい。
【0041】
本発明で使用できる電解質の組合せとしては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、ジメチルカーボネートあるいはジエチルカーボネートを適宜混合した電解液にLiCF3 SO3 、LiClO4 、LiBF4 および/あるいはLiPF6 を含む電解質が好ましい。特にプロピレンカーボネートあるいはエチレンカーボネートと1,2−ジメトキシエタン及び/あるいはジエチルカーボネートとの混合溶媒にLiCF3 SO3 、LiClO4 、LiBF4 および/あるいはLiPF6 を含む電解質が好ましく、特に、少なくともエチレンカーボネートとLiPF6 を含むものが好ましい。
【0042】
これら電解質を電池内に添加する量は、特に限定されないが、正極活物質や負極材料の量や電池のサイズによって必要量用いることができる。
【0043】
以下、本発明の非水電解質二次電池を作るための他の材料と製造方法について詳述する。本発明の非水電解質二次電池に用いられる正・負極は、正極合剤あるいは負極合剤を集電体上に塗設して作ることが出来る。正極あるいは負極合剤には、それぞれ正極活物質あるいは負極材料のほか、それぞれに導電剤、結着剤、分散剤、フィラー、イオン導電剤、圧力増強剤や各種添加剤を含むことができる。
【0044】
本発明で用いられる負極材料は、電池組み込み時に主として非晶質であることが好ましい。ここで言う主として非晶質とはCuKα線を用いたX線回折法で2θ値で20°から40°に頂点を有するブロードな散乱帯を有する物であり、結晶性の回折線を有してもよい。
【0045】
好ましくは2θ値で40°以上70°以下に見られる結晶性の回折線の内最も強い強度が、2θ値で20°以上40°以下に見られるブロードな散乱帯の頂点の回折線強度の500倍以下であることが好ましく、さらに好ましくは100倍以下であり、特に好ましくは5倍以下であり、最も好ましくは 結晶性の回折線を有さないことである。
【0046】
本発明で用いられる負極材料は下記一般式(1)で表されることが好ましい。
【0047】
12p4q6r 一般式(1)
式中、M1 、M2 は相異なりSi、Ge、Sn、Pb、P、B、Al、Sbから選ばれる少なくとも一種であり、好ましくはSi、Ge、Sn、P、B、Alであり、特に好ましくはSi、Sn、P、B、Alである。M4 はLi、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Baから選ばれる少なくとも一種であり、好ましくはK、Cs、Mg、Caで、特に好ましくはCs、Mgである。M6 はO、S、Teから選ばれる少なくとも一種であり、好ましくはO、Sであり、特に好ましくはOである。p 、q は各々0.001〜10であり、好ましくは0.01〜5であり、特に好ましくは0.01〜2である。r は1.00〜50であり、好ましくは1.00〜26であり、特に好ましくは1.02〜6である。M1 、M2 の価数は特に限定されることはなく、単独価数であっても、各価数の混合物であっても良い。またM1 、M2 、M4 の比は、M2 およびM4 がM1 に対して0.001〜10モル当量の範囲において連続的に変化させることができ、それに応じM6 の量(一般式(1)において、r の値)も連続的に変化する。
【0048】
上記に挙げた化合物の中でも、本発明においてはM1 がSnである場合が好ましく、一般式(2)で表される。
【0049】
SnM3p5q7r 一般式(2)
式中、M3 はSi 、Ge 、Pb 、P、B、Alから選ばれる少なくとも一種であり、好ましくはSi 、Ge 、P、B、Alであり、特に好ましくはSi 、P、B、Alである。M5 はLi、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Baから選ばれる少なくとも一種であり、好ましくはCs、Mgで、特に好ましくはMgである。M7 はO、Sから選ばれる少なくとも一種であり、好ましくはOである。p 、q は各々0.001〜10であり、好ましくは0.01〜5であり、さらに好ましくは0.01〜1.5であり、特に好ましくは0.7〜1.5である。rは1.00〜50であり、好ましくは1.00〜26であり、特に好ましくは1.02〜6である。
【0050】
本発明の負極材料の例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
SnAl0.4 0.5 0.5 0.1 3.65
SnAl0.4 0.5 0.5 Na0.2 3.7
SnAl0.4 0.3 0.5 Rb0.2 3.4
SnAl0.4 0.5 0.5 Cs0.1 3.65
SnAl0.4 0.5 0.5 0.1 Ge0.053.85
SnAl0.4 0.5 0.5 0.1 Mg0.1 Ge0.023.83
SnAl0.4 0.4 0.4 3.2
SnAl0.3 0.5 0.2 2.7
SnAl0.3 0.5 0.2 2.7
SnAl0.4 0.5 0.3 Ba0.08Mg0.083.26
SnAl0.4 0.4 0.4 Ba0.083.28
SnAl0.4 0.5 0.5 3.6
SnAl0.4 0.5 0.5 Mg0.1 3.7
SnAl0.5 0.4 0.5 Mg0.1 0.2 3.65
SnB0.5 0.5 Li0.1 Mg0.1 0.2 3.05
SnB0.5 0.5 0.1 Mg0.1 0.2 3.05
SnB0.5 0.5 0.05Mg0.050.1 3.03
SnB0.5 0.5 0.05Mg0.1 0.2 3.03
SnAl0.4 0.5 0.5 Cs0.1 Mg0.1 0.2 3.65
SnB0.5 0.5 Cs0.05Mg0.050.1 3.03
SnB0.5 0.5 Mg0.1 0.1 3.05
SnB0.5 0.5 Mg0.1 0.2 3
SnB0.5 0.5 Mg0.1 0.063.07
SnB0.5 0.5 Mg0.1 0.143.03
SnPBa0.083.58
SnPK0.1 3.55
SnPK0.05Mg0.053.58
SnPCs0.1 3.55
SnPBa0.080.083.54
SnPK0.1 Mg0.1 0.2 3.55
SnPK0.05Mg0.050.1 3.53
SnPCs0.1 Mg0.1 0.2 3.55
SnPCs0.05Mg0.050.1 3.53
Sn1.1 Al0.4 0.2 0.6 Ba0.080.083.54
Sn1.1 Al0.4 0.2 0.6 Li0.1 0.1 Ba0.1 0.1 3.65
Sn1.1 Al0.4 0.4 0.4 Ba0.083.34
Sn1.1 Al0.4 PCs0.054.23
Sn1.1 Al0.4 PK0.044.23
Sn1.2 Al0.5 0.3 0.4 Cs0.2 3.5
Sn1.2 Al0.4.0.2 0.6 Ba0.083.68
Sn1.2 Al0.4 0.2 0.6 Ba0.080.083.64
Sn1.2 Al0.4 0.2 0.6 Mg0.04Ba0.043.68
Sn1.2 Al0.4 0.3 0.5 Ba0.083.58
Sn1.3 Al0.3 0.3 0.4 Na0.2 3.3
Sn1.3 Al0.2 0.4 0.4 Ca0.2 3.4
Sn1.3 Al0.4 0.4 0.4 Ba0.2 3.6
Sn1.4 Al0.4 PK0.2 4.6
Sn1.4 Al0.2 Ba0.1 PK0.2 4.45
Sn1.4 Al0.2 Ba0.2 PK0.2 4.6
Sn1.4 Al0.4 Ba0.2 PK0.2 Ba0.1 0.2 4.9
Sn1.4 Al0.4 PK0.3 4.65
Sn1.5 Al0.2 PK0.2 4.4
Sn1.5 Al0.4 PK0.1 4.65
Sn1.5 Al0.4 PCs0.054.63
Sn1.5 Al0.4 PCs0.05Mg0.1 0.2 4.63
SnSi0.5 Al0.1 0.20.1 Ca0.4 3.1
SnSi0.4 Al0.2 0.4 2.7
SnSi0.5 Al0.2 0.1 0.1 Mg0.1 2.8
SnSi0.6 Al0.2 0.2 2.8
SnSi0.5 Al0.3 0.4 0.2 3.55
SnSi0.5 Al0.3 0.4 0.5 4.30
SnSi0.6 Al0.1 0.1 0.3 3.25
SnSi0.6 Al0.1 0.1 0.1 Ba0.2 2.95
SnSi0.6 Al0.1 0.1 0.1 Ca0.2 2.95
SnSi0.6 Al0.4 0.2 Mg0.1 3.2
SnSi0.6 Al0.1 0.3 0.1 3.05
SnSi0.6 Al0.2 Mg0.2 2.7
SnSi0.6 Al0.2 Ca0.2 2.7
SnSi0.6 Al0.2 0.2 3
SnSi0.6 0.2 0.2 3
SnSi0.8 Al0.2 2.9
SnSi0.8 Al0.3 0.2 0.2 3.85
SnSi0.8 0.2 2.9
SnSi0.8 Ba0.2 2.8
SnSi0.8 Mg0.2 2.8
SnSi0.8 Ca0.2 2.8
SnSi0.8 0.2 3.1
Sn0.9 Mn0.3 0.4 0.4 Ca0.1 Rb0.1 2.95
Sn0.9 Fe0.3 0.4 0.4 Ca0.1 Rb0.1 2.95
Sn0.8 Pb0.2 Ca0.1 0.9 3.35
Sn0.3 Ge0.7 Ba0.1 0.9 3.35
Sn0.9 Mn0.1 Mg0.1 0.9 3.35
Sn0.2 Mn0.8 Mg0.1 0.9 3.35
Sn0.7 Pb0.3 Ca0.1 0.9 3.35
Sn0.2 Ge0.8 Ba0.1 0.9 3.35
【0051】
負極材料は、たとえば焼成されて得られる。得られた化合物の化学式は、測定方法として誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法、簡便法として、焼成前後の粉体の重量差から算出できる。
【0052】
本発明の負極材料への軽金属挿入量は、その軽金属の析出電位に近似するまででよいが、例えば、負極材料当たり50〜700モル%が好ましいが、特に、100〜600モル%が好ましい。その放出量は挿入量に対して多いほど好ましい。軽金属の挿入方法は、電気化学的、化学的、熱的方法が好ましい。電気化学的方法は、正極活物質に含まれる軽金属を電気化学的に挿入する方法や軽金属あるいはその合金から直接電気化学的に挿入する方法が好ましい。化学的方法は、軽金属との混合、接触あるいは、有機金属、例えば、ブチルリチウム等と反応させる方法がある。電気化学的方法、化学的方法が好ましい。該軽金属はリチウムあるいはリチウムイオンが特に好ましい。
【0053】
本発明においては、以上示したような一般式(1)、(2)で示される化合物を主として負極材料として用いることにより、より充放電サイクル特性の優れた、かつ高い放電電圧、高容量で安全性が高く、高電流特性が優れた非水電解質二次電池を得ることができる。本発明において、特に優れた効果を得ることができるのはSnを含有し且つSnの価数が2価で存在する化合物を負極材料として用いる場合である。Snの価数は化学滴定操作によって求めることができる。例えばPhysics and Chemistry of Glasses Vol.8 No.4 (1967)の165頁に記載の方法で分析することができる。また、Snの固体核磁気共鳴(NMR)測定によるナイトシフトから決定することも可能である。例えば、幅広測定において金属Sn(0価のSn)はSn(CH34 に対して7000ppm付近と極端に低磁場にピークが出現するのに対し、SnO(=2価)では100ppm付近、SnO2 (=4価)では−600ppm付近に出現する。このように同じ配位子を有する場合ナイトシフトが中心金属であるSnの価数に大きく依存するので、119Sn−NMR測定で求められたピーク位置で価数の決定が可能となる。
【0054】
本発明の負極材料に各種化合物を含ませることができる。例えば、遷移金属(Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、ランタノイド系金属、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg)や周期表17族元素(F、Cl)を含ませることができる。また電子伝導性を上げる各種化合物(例えば、Sb、In、Nbの化合物)のドーパントを含んでもよい。添加する化合物の量は0〜20モル%が好ましい。
【0055】
本発明における一般式(1)(2)で示される酸化物を主体とする複合酸化物の合成法は焼成法、溶液法いずれの方法も採用することができる。
【0056】
例えば焼成法について詳細に説明すると、M1 化合物、M2 化合物とM4 化合物(M1 、M2 は相異なりSi、Ge、Sn、Pb、P、B、Al、Sb、M4 はMg、Ca、Sr、Ba)を混合し、焼成せしめればよい。Sn化合物としてはたとえばSnO、SnO2 、Sn23 、Sn34 、Sn713・H2 O、Sn815、水酸化第一錫、オキシ水酸化第二錫、亜錫酸、蓚酸第一錫、燐酸第一錫、オルト錫酸、メタ錫酸、パラ錫酸、弗化第一錫、弗化第二錫、塩化第一錫、塩化第二錫、ピロリン酸第一錫、リン化錫、硫化第一錫、硫化第二錫、等を挙げることができる。
【0057】
Si化合物としてはたとえばSiO2 、SiO、テトラメチルシラン、テトラエチルシラン等の有機珪素化合物、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等のアルコキシシラン化合物、トリクロロハイドロシラン等のハイドロシラン化合物を挙げることができる。
【0058】
Ge化合物としてはたとえばGeO2 、GeO、ゲルマニウムテトラメトキシド、ゲルマニウムテトラエトキシド等のアルコキシゲルマニウム化合物等を挙げることができる。
【0059】
Pb化合物としてはたとえばPbO2 、PbO、Pb23 、Pb34 、硝酸鉛、炭酸鉛、蟻酸鉛、酢酸鉛、四酢酸鉛、酒石酸鉛、鉛ジエトキシド、鉛ジイソプロポキシド等を挙げることができる。
【0060】
P化合物としてはたとえば五酸化リン、オキシ塩化リン、五塩化リン、三塩化リン、三臭化リン、トリメチルリン酸、トリエチルリン酸、トリプロピルリン酸、ピロリン酸第一錫、リン酸ホウ素等を挙げることができる。
【0061】
B化合物としてはたとえば三二酸化ホウ素、三塩化ホウ素、三臭化ホウ素、炭化ホウ素、ほう酸、ほう酸トリメチル、ほう酸トリエチル、ほう酸トリプロピル、ほう酸トリブチル、リン化ホウ素、リン酸ホウ素等を挙げることができる。
【0062】
Al化合物としてはたとえば酸化アルミニウム(α−アルミナ、β−アルミナ)、ケイ酸アルミニウム、アルミニウムトリ−iso−プロポキシド、亜テルル酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ホウ化アルミニウム、リン化アルミニウム、リン酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、ほう酸アルミニウム、硫化アルミニウム、硫酸アルミニウム、ホウ化アルミニウム等を挙げることができる。
【0063】
Sb化合物としてはたとえば三酸化二アンチモン、トリフェニルアンチモン等を挙げることができる。
【0064】
Mg、Ca、Sr、Ba化合物としては、各々の酸化塩、水酸化塩、炭酸塩、リン酸塩、硫酸塩、硝酸塩、アルミニウム化合物等を挙げることができる。
【0065】
焼成条件としては、昇温速度として昇温速度毎分4℃以上2000℃以下であることが好ましく、さらに好ましくは6℃以上2000℃以下である。特に好ましくは10℃以上2000℃以下であり、かつ焼成温度としては250℃以上1500℃以下であることが好ましく、さらに好ましくは350℃以上1500℃以下であり、特に好ましくは500℃以上1500℃以下であり、かつ焼成時間としては0.01時間以上100時間以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.5時間以上70時間以下であり、特に好ましくは1時間以上20時間以下であり、かつ降温速度としては毎分2℃以上107 ℃以下であることが好ましく、さらに好ましくは4℃以上107 ℃以下であり、特に好ましくは6℃以上107 ℃以下であり、特に好ましくは10℃以上107 ℃以下である。
【0066】
本発明における昇温速度とは「焼成温度(℃表示)の50%」から「焼成温度(℃表示)の80%」に達するまでの温度上昇の平均速度であり、本発明における降温速度とは「焼成温度(℃表示)の80%」から「焼成温度(℃表示)の50%」に達するまでの温度降下の平均速度である。
【0067】
降温は焼成炉中で冷却してもよくまた焼成炉外に取り出して、例えば水中に投入して冷却してもよい。またセラミックスプロセッシング(技報堂出版 1987)217頁記載のgun法・Hammer−Anvil法・slap法・ガスアトマイズ法・プラズマスプレー法・遠心急冷法・melt drag法などの超急冷法を用いることもできる。またニューガラスハンドブック(丸善 1991)172頁記載の単ローラー法、双ローラ法を用いて冷却してもよい。焼成中に溶融する材料の場合には、焼成中に原料を供給しつつ焼成物を連続的に取り出してもよい。焼成中に溶融する材料の場合には融液を攪拌することが好ましい。
【0068】
焼成ガス雰囲気は好ましくは酸素含有率が5体積%以下の雰囲気であり、さらに好ましくは不活性ガス雰囲気である。不活性ガスとしては例えば窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノン等が挙げられる。
【0069】
本発明で用いられる一般式(1)(2)で示される化合物の平均粒子サイズは0.1〜60μm が好ましく、1.0〜30μmが特に好ましく、2.0〜20μmがさらに好ましい。所定の粒子サイズにするには、良く知られた粉砕機や分級機が用いられる。例えば、乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、衛星ボールミル、遊星ボールミル、旋回気流型ジェットミルや篩などが用いられる。粉砕時には水、あるいはメタノール等の有機溶媒を共存させた湿式粉砕も必要に応じて行なうことが出来る。所望の粒径とするためには分級を行なうことが好ましい。分級方法としては特に限定はなく、篩、風力分級機などを必要に応じて用いることができる。分級は乾式、湿式ともに用いることができる。
【0070】
本発明で用いられるより好ましいリチウム含有遷移金属酸化物正極材料としては、リチウム化合物/遷移金属化合物(ここで遷移金属とは、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Mo、Wから選ばれる少なくとも1種)の合計のモル比が0.3〜2.2になるように混合して合成することが好ましい。本発明で用いられる特に好ましいリチウム含有遷移金属酸化物正極材料としては、リチウム化合物/遷移金属化合物(ここで遷移金属とは、V、Cr、Mn、Fe、Co、Niから選ばれる少なくとも1種)の合計のモル比が0.3〜2.2になるように混合して合成することが好ましい。
【0071】
本発明で用いられる特に好ましいリチウム含有遷移金属酸化物正極材料とは、Lix QOy (ここでQは主として、その少なくとも一種がCo、Mn、Ni、V、Feを含む遷移金属)、x=0.2〜1.2、y=1.4〜3)であることが好ましい。Qとしては遷移金属以外にAl、Ga、In、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Si、P、Bなどを混合してもよい。混合量は遷移金属に対して0〜30モル%が好ましい。
【0072】
本発明で用いられるさらに好ましいリチウム含有金属酸化物正極材料としては、Lix CoO2 、Lix NiO2 、Lix MnO2 、Lix Coa Ni1-a 2 、Lix Cob 1-b z 、Lix Cob Fe1-b 2 、Lix Mn24 、Lix Mnc Co2-c 4 、Lix Mnc Ni2-c 4 、Lix Mnc 2-c 4 、Lix Mnc Fe2-c 4 (ここでx=0.02〜1.2、a=0.1〜0.9、b=0.8〜0.98、c=1.6〜1.96、z=2.01〜2.3)が挙げられる。
【0073】
本発明で用いられる最も好ましいリチウム含有遷移金属酸化物正極材料としては、Lix CoO2 、Lix NiO2 、Lix MnO2 、Lix Coa Ni1-a 2 、Lix Mn24 、Lix Cob 1-b z (ここでx=0.02〜1.2、a=0.1〜0.9、b=0.9〜0.98、z=2.01〜2.3)が挙げられる。
【0074】
ここで、上記のx値は、充放電開始前の値であり、充放電により増減する。
本発明で使用出来る導電性の炭素化合物としては、構成された電池において、化学変化を起こさない電子伝導性材料であれば何でもよい。具体例としては、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛等の天然黒鉛、石油コークス、石炭コークス、セルロース類、糖類、メソフェーズピッチ等の高温焼成体、気相成長黒鉛等の人工黒鉛等のグラファイト類、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類、アスファルトピッチ、コールタール、活性炭、メソフューズピッチ、ポリアセン等を挙げることが出来る。これらの中では、グラファイトやカーボンブラックが好ましい。
【0075】
炭素系以外の導電剤として、金属繊維等の導電性繊維類、銅、ニッケル、アルミニウム、銀等の金属粉類、酸化亜鉛、チタン酸カリウム等の導電性ウィスカー類、酸化チタン等の導電性金属酸化物等を単独またはこれらの混合物を必要に応じて含ませることが出来る。
【0076】
導電剤の合剤層への添加量は、負極材料または正極材料に対し6〜50重量%であることが好ましく、特に6〜30重量%であることが好ましい。カーボンや黒鉛では、6〜20重量%であることがが特に好ましい。
【0077】
本発明で用いる電極合剤を保持するための結着剤としては、多糖類、熱可塑性樹脂及びゴム弾性を有するポリマーを一種またはこれらの混合物を用いることが出来る。好ましい結着剤としては、でんぷん、カルボキシメチルセルロース、セルロース、ジアセチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、アルギン酸Na、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸Na、ポリビニルフェノール、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリヒドロキシ(メタ)アクリレート、スチレン−マレイン酸共重合体等の水溶性ポリマー、ポリビニルクロリド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、テトラフロロエチレン−ヘキサフロロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライド−テトラフロロエチレン−ヘキサフロロプロピレン共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、ポリビニルアセタール樹脂、メチルメタアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート等の(メタ)アクリル酸エステルを含有する(メタ)アクリル酸エステル共重合体、(メタ)アクリル酸エステル−アクリロニトリル共重合体、ビニルアセテート等のビニルエステルを含有するポリビニルエステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、ポリブタジエン、ネオプレンゴム、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシド、ポリエステルポリウレタン樹脂、ポリエーテルポリウレタン樹脂、ポリカーボネートポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等のエマルジョン(ラテックス)あるいはサスペンジョンを挙げることが出来る。特にポリアクリル酸エステル系のラテックス、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンが好ましい。
【0078】
これらの結着剤は単独または混合して用いることが出来る。その結着剤の添加量は、少ないと電極合剤の保持力・凝集力が弱くまたサイクル性が悪く、多すぎると電極体積が増加し電極単位体積あるいは単位重量あたりの容量が減少し、さらに導電性が低下し、容量は減少する。結着剤の添加量は、特に限定されないが、1〜30重量%が好ましく、特に2〜10重量%が好ましい。
【0079】
本発明の負極合剤または正極合剤ペーストの調整は、水系で行なうことが好ましい。
【0080】
合剤ペーストの調整は、まず活物質および導電剤を混合し、結着剤(樹脂粉体のサスペンジョンまたはエマルジョン(ラテックス)状のもの)および水を加えて混練混合し、引続いて、ミキサー、ホモジナイザー、ディゾルバー、プラネタリミキサー、ペイントシェイカー、サンドミル等の攪拌混合機、分散機で分散して行なうことが出来る。
【0081】
調整された正極活物質や負極活物質の合剤ペーストは、集電体の上に主に塗布(コート)、乾燥、圧縮されて用いられる。塗布は種々の方法で行なうことが出来るが、例えば、リバースロール法、ダイレクトロール法、ブレード法、ナイフ法、エクストルージョン法、カーテン法、グラビア法、バー法、ディップ法及びスクイーズ法を挙げることが出来る。ブレード法、ナイフ法及びエクストルージョン法が好ましい。塗布は、0.1〜100m/分の速度で実施されることが好ましい。この際、合剤ペーストの液物性、乾燥性に合わせて、上記塗布方法を選定することにより、良好な塗布層の表面状態を得ることが出来る。その塗布層の厚み、長さや巾は、電池の大きさにより決められるが、塗布層の厚みは、乾燥後圧縮された状態で、1〜2000μmが特に好ましい。
【0082】
ペレットやシートの水分除去のための乾燥又は脱水方法としては、一般に採用されている方法を利用することができ、熱風、真空、赤外線、遠赤外線、電子線及び低湿風を単独あるいは組み合わせて用いることが出来る。温度は80〜350℃の範囲が好ましく、特に100〜250℃の範囲が好ましい。含水量は、電池全体で2000ppm以下が好ましく、正極合剤、負極合剤や電解質ではそれぞれ500ppm以下にすることが充放電サイクル性の点で好ましい。
【0083】
シート状の電極合剤の圧縮は、一般に採用されているプレス方法を用いることが出来るが、特に金型プレス法やカレンダープレス法が好ましい。プレス圧は、特に限定されないが、10kg/cm2 〜3t/cm2 が好ましい。カレンダープレス法のプレス速度は、0.1〜50m/分が好ましい。プレス温度は、室温〜200℃が好ましい。
【0084】
本発明で使用できる正極及び負極の支持体即ち集電体は、材質として、正極にはアルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、またはこれらの合金であり、負極には銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、またはこれらの合金であり、形態としては、箔、エキスパンドメタル、パンチングメタル、金網である。特に、正極にはアルミニウム箔、負極には銅箔が好ましい。
【0085】
本発明で使用できるセパレータは、イオン透過度が大きく、所定の機械的強度を持ち、絶縁性の薄膜であれば良く、材質として、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ナイロン、ガラス繊維、アルミナ繊維が用いられ、形態として、不織布、織布、微孔性フィルムが用いられる。特に、材質として、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリプロピレンとポリエチレンの混合体、ポリプロピレンとテフロンの混合体、ポリエチレンとテフロンの混合体が好ましく、形態として微孔性フィルムであるものが好ましい。特に、孔径が0.01〜1μm、厚みが5〜50μmの微孔性フィルムが好ましい。
【0086】
図1は、円筒型電池の断面を示す。電池の形状はボタン、コイン、シート、シリンダー、角などのいずれにも適用できる。電池は、ペレット、シート状あるいはセパレーター3と共に巻回した電極シート4、5を電池缶2に挿入し、缶と電極を電気的に接続し、電解液6を注入し封口して形成する。リング11を備えた内部フタ体10がポリプロピレン製ガスケット1を介して電池缶2の上部口に嵌合し、正極端子を兼ねる正極キャップ8を上部に露出させる。この時、安全弁7(防爆弁体)を封口板として用いることができる。更に電池の安全性を保証するためにPTC素子9を用いるのが好ましい。
【0087】
本発明で使用できる有底電池外装缶は材質としてニッケルメッキを施した鉄鋼板、ステンレス鋼板(SUS304、SUS304L、SUS304N、SUS316、SUS316L、SUS430、SUS444等)、ニッケルメッキを施したステンレス鋼板(同上)、アルミニウムまたはその合金、ニッケル、チタン、銅であり、形状として、真円形筒状、楕円形筒状、正方形筒状、長方形筒状である。特に、外装缶が負極端子を兼ねる場合は、ステンレス鋼板、ニッケルメッキを施した鉄鋼板が好ましく、外装缶が正極端子を兼ねる場合は、ステンレス鋼板、アルミニウムまたはその合金が好ましい。
【0088】
該シート状の合剤電極は、巻いたり、折ったりして缶に挿入し、缶とシートを電気的に接続し、電解質を注入し、封口板を用いて電池缶を形成する。このとき、安全弁を封口板として用いることが出来る。安全弁の他、従来から知られている種々の安全素子を備えつけても良い。例えば、過電流防止素子として、ヒューズ、バイメタル、PTC素子等が用いられる。また、安全弁のほかに電池缶の内圧上昇の対策として、電池缶に切込を入れる方法、ガスケット亀裂方法あるいは封口板亀裂方法を利用することが出来る。また、充電機に過充電や過放電対策を組み込んだ回路を具備させても良い。
【0089】
電解質は、全量を1回で注入してもよいが、2段階以上に分けて行なうことが好ましい。2段階以上に分けて注入する場合、それぞれの液は同じ組成でも、違う組成(例えば、非水溶媒あるいは非水溶媒にリチウム塩を溶解した溶液を注入した後、前記溶媒より粘度の高い非水溶媒あるいは非水溶媒にリチウム塩を溶解した溶液を注入)でも良い。また、電解質の注入時間の短縮等のために、電池缶を減圧(好ましくは500〜1torr、より好ましくは400〜10torr)したり、電池缶に遠心力や超音波をかけることを行なってもよい。
【0090】
缶やリード板は、電気伝導性をもつ金属や合金を用いることが出来る。例えば、鉄、ニッケル、チタン、クロム、モリブデン、銅、アルミニウム等の金属あるいはそれらの合金が用いられる。キャップ、缶、シート、リード板の溶接法は、公知の方法(例、直流又は交流の電気溶接、レーザー溶接、超音波溶接)を用いることが出来る。封口用シール剤は、アスファルト等の従来から知られている化合物や混合物を用いることが出来る。
【0091】
本発明で使用できるガスケットは、材質として、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ポリアミドであり、耐有機溶媒性及び低水分透過性から、オレフィン系ポリマーが好ましく、特にプロピレン主体のポリマーが好ましい。さらに、プロピレンとエチレンのブロック共重合ポリマーであることが好ましい。
【0092】
本発明の電池は必要に応じて外装材で被覆される。外装材としては、熱収縮チューブ、粘着テープ、金属フィルム、紙、布、塗料、プラスチックケース等がある。また、外装の少なくとも一部に熱で変色する部分を設け、使用中の熱履歴がわかるようにしても良い。
【0093】
本発明の電池は必要に応じて複数本を直列及び/または並列に組み電池パックに収納される。電池パックには正温度係数抵抗体、温度ヒューズ、ヒューズ及び/または電流遮断素子等の安全素子の他、安全回路(各電池及び/または組電池全体の電圧、温度、電流等をモニターし、必要なら電流を遮断する機能を有す回路)を設けても良い。また電池パックには、組電池全体の正極及び負極端子以外に、各電池の正極及び負極端子、組電池全体及び各電池の温度検出端子、組電池全体の電流検出端子等を外部端子として設けることもできる。また電池パックには、電圧変換回路(DC−DCコンバータ等)を内蔵しても良い。また各電池の接続は、リード板を溶接することで固定しても良いし、ソケット等で容易に着脱できるように固定しても良い。さらには、電池パックに電池残存容量、充電の有無、使用回数等の表示機能を設けても良い。
【0094】
本発明の電池は様々な機器に使用される。特に、ビデオムービー、モニター内蔵携帯型ビデオデッキ、モニター内蔵ムービーカメラ、コンパクトカメラ、一眼レフカメラ、レンズ付きフィルム、ノート型パソコン、ノート型ワープロ、電子手帳、携帯電話、コードレス電話、ヒゲソリ、電動工具、電動ミキサー、自動車等に使用されることが好ましい。
【0095】
【実施例】
以下に具体例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明するが、発明の主旨を越えない限り、本発明は実施例に限定されるものではない。
【0096】
〔正極合剤ペーストの作成例;実施例、比較例〕
正極活物質;LiCoO2 を次のようにして作った。炭酸リチウムと四酸化三コバルトとを3:2のモル比で混合したものをアルミナるつぼにいれ、空気中、毎分2℃で750℃に昇温し4時間仮焼した後、さらに毎分2℃の速度で900℃に昇温しその温度で8時間焼成し、その後粉砕してLiCoO2 の粒子粉末を作成した。作成したLiCoO2 粒子は、中心粒子サイズが5μm、洗浄品50gを100mlの水に分散した時の分散液の電導度は0.6mS/m、pHは10.1、窒素吸着法による比表面積は0.42m2 /gであった。このLiCoO2 粒子200gとアセチレンブラック10gとを、ホモジナイザーで混合し、続いて結着剤として2−エチルヘキシルアクリレートとアクリル酸とアクリロニトリルの共重合体の水分散物(固形分濃度50重量%)8gと、濃度2重量%のカルボキシメチルセルロース水溶液60gを加え混練混合し、さらに水50gを加え、ホモジナイザーで攪拌混合し、正極合剤ペーストを作成した。
【0097】
〔負極合剤ペーストの作成例〕
負極活物質;SnGe0.1 0.5 0.58Mg0.1 0.1 3.35(一酸化錫6.7g、ピロリン酸錫10.3g、三酸化二硼素1.7g、炭酸カリウム0.7g、酸化マグネシウム0.4g、二酸化ゲルマニウム1.0gを乾式混合し、アルミナ製るつぼに入れ、アルゴン雰囲気下15℃/分で1000℃まで昇温し、1100℃で12時間焼成した後、10℃/分で室温にまで降温し焼成炉より取り出したものを集め、ジェットミルで粉砕したもの、(平均粒径4.5μm 、CuKα線を用いたX線回折法において2θ値で28°付近に頂点を有するブロードなピークを有する物であり、2θ値で40°以上70°以下には結晶性の回折線は見られなかった)200gと、導電剤(人造黒鉛)30gとをホモジナイザーで混合し、さらに結着剤として濃度2重量%のカルボキシメチルセルロース水溶液50g、ポリフッ化ビニリデン10gとを加え混合したものと、さらに水を30g加え混練混合し、負極合剤ペーストを作成した。
【0098】
〔正極および負極電極シートの作成〕
上記で作成した正極合剤ペーストをブレードコーターで厚さ30μmのアルミニウム箔集電体の両面に、塗布量400g/m2 、圧縮後のシートの厚みが280μmになるように塗布し、乾燥した後、ローラープレス機で圧縮成型し所定の大きさに裁断し、帯状の正極シートを作成した。さらにドライボックス(露点;−50℃以下の乾燥空気)中で遠赤外線ヒーターにて充分脱水乾燥し、正極シートを作成した。
【0099】
同様に、負極合剤ペーストを20μmの銅箔集電体に塗布し、上記正極シート作成と同様の方法で、塗布量70g/m2 、圧縮後のシートの厚みが90μmである負極シートを作成した。
【0100】
〔電解質生成例〕
アルゴン雰囲気で、200ccの細口のポリプロピレン容器に65.3gの炭酸ジエチルを入れ、これに液温が30℃を越えないように注意しながら、22.2gの炭酸エチレンを少量ずつ溶解した。次に、0.4gのLiBF4 、12.1gのLiPF6 を液温が30℃を越えないように注意しながら、それぞれ順番に、上記ポリプロピレン容器に少量ずつ溶解した。
【0101】
得られた電解質は比重1.135で無色透明の液体であった。水分は18ppm(京都電子製 商品名MKC−210型カールフィシャー水分測定装置で測定)、遊離酸分は24ppm(ブロムチモールブルーを指示薬とし、0.1規定NaOH水溶液を用いて中和滴定して測定)であった。
【0102】
〔シリンダー電池の作成例〕
図1に示すように、正極シート5、微孔性ポリプロピレンフィルム製セパレーター、負極シート4およびセパレーター3の順に積層し、これを渦巻き状に巻回した。この巻回体を、負極端子を兼ねるニッケルメッキを施した鉄製の有底円筒型電池缶2に収納した。さらに電解質6を電池缶2内に注入した。正極端子を有する電池蓋8、PCT素子9、防爆弁体7等を重ね、ガスケット1を介してかしめて円筒型電池を作成した。
【0103】
(実施例1)
容積0.5リットルのステンレス容器に0.2リットルの非水電解質を満たし残りの容積を露点−55℃温度20℃の空気で満たした。該容器を振幅5センチメートル周波数5ヘルツで180秒シェイキングし、5分後に電池に注入した。
【0104】
(実施例2)
容積1リットルのステンレス容器に0.5リットルの非水電解質を満たし残りの容積を露点−53℃の空気で満たした。該容器内部中央に長さ5センチメートルの攪拌羽を、容器壁面に幅3センチメートルの邪魔板を設置し、該攪拌羽を300rpmで60秒回転させ電解質をシェイキングし、5分後に電池に注入した。
【0105】
(実施例3)
容積0.5リットルのステンレス容器に0.3リットルの非水電解質を満たし、上部蓋を開放し、ここから風速3メートル露点−57℃の空気風を1時間吹き込み、10分後に電池に注入した。
【0106】
(実施例4)
容積0.5リットルのPFA製ガス洗浄瓶(内部に直径25mmのボールフィルターを有し、ボールフィルター孔径10μm)に0.4リットルの非水電解質を入れ、ボールフィルターに露点−50℃温度20℃の空気を2リットル/分の割合で3分送り込んでバブリング処理し、5分後に電池に注入した。
【0107】
(実施例5)
空気の露点が−30℃である事以外は実施例4と同様に電池を作成した。
【0108】
(実施例6)
空気の露点が−40℃である事以外は実施例4と同様に電池を作成した。
【0109】
(実施例7)
非水電解質及び空気の温度を5℃に冷却した以外は実施例4と同様に電池を作成した。
【0110】
(実施例8)
非水電解質を空気吹き込み処理から2時間後に電池に注入した以外は実施例4と同様に電池を作成した。
【0111】
(比較例1)
空気吹き込み処理をしない非水電解質を用い、電池を作成した。
【0112】
(比較例2)
空気の露点が−20℃である事以外は実施例4と同様に電池を作成した。
【0113】
上記の方法で作成した電池について、電流密度5mA/cm2 、充電終止電圧4.1V、放電終止電圧2.8Vの条件で充放電し、サイクル寿命を求めた。
【0114】
それぞれの電池のサイクル性(充放電1回目に対する300回目容量の割合)を表1に示す。
【0115】
【表1】
実施例1 85%
実施例2 84%
実施例3 83%
実施例4 85%
実施例5 78%
実施例6 80%
実施例7 87%
実施例8 80%
比較例1 70%
比較例2 65%
【0116】
比較例1と比較したこれらの実施例から明らかなように、空気吹き込み処理をした電解質を用いれば、放電容量の大きな非水電解質二次電池の充放電サイクル特性を向上させることができる。
【0117】
空気の露点が−30℃である実施例5の結果(78%)と空気の露点を−20℃とした比較例2の結果(65%)から空気の露点は−30℃以下であることが好ましい。但し、露点を−80℃未満に下げる必要は少ないであろう。露点を−80℃よりも低くすることは、製造コスト上困難である。また、水分量が数ppmになるので、露点を−80℃より低くしても実質的な差はほとんどなくなる。
【0118】
また、空気吹き込み処理後5分で電池に注入した実施例4の結果(85%)と処理後2時間で電池に注入した実施例8の結果(80%)から空気吹き込み処理後1時間以内に非水電解質を電池に注入することが好ましい。
【0119】
空気の温度は実施例4の20℃よりも実施例7の5℃の場合に良好な結果が得られている。空気の温度は−10℃から20℃が好ましいであろう。
【0120】
実施例3では風速3mの空気風を1時間吹き込んだが、風速0.1mから10mの空気風を6時間から0.1時間吹かせても良好な結果が得られてるであろう。
【0121】
【発明の効果】
本発明のように、空気吹き込み処理をした電解質を用いることにより、充放電繰り返しによる放電容量の少ない非水電解質二次電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は実施例に使用したシリンダー型電池の断面図を示す。
【符号の説明】
1 ポリプロピレン製ガスケット
2 負極端子を兼ねる負極缶(電池缶)
3 セパレーター
4 負極シート
5 正極シート
6 非水電解液
7 防爆弁体
8 正極端子を兼ねる正極キャップ
9 PTC素子
10 内部フタ体
11 リング
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-capacity non-aqueous electrolyte secondary battery excellent in charge / discharge cycle characteristics, and a non-aqueous electrolyte having a large discharge capacity in which a negative electrode material is mainly an amorphous chalcogen compound and / or an amorphous oxide. The present invention relates to improvement of charge / discharge characteristics such as charge / discharge cycle life of a secondary battery.
[0002]
[Prior art]
Typical negative electrode materials for non-aqueous electrolyte secondary batteries are lithium metal and lithium alloy, but when they are used, so-called dendrites in which lithium metal grows in a dendritic shape during charge / discharge are generated, causing internal short circuit. Or because of the high activity of the dendrite itself, there was a risk of fire.
[0003]
In contrast, calcined carbonaceous materials capable of reversibly inserting and releasing lithium have come into practical use. The disadvantage of this carbonaceous material is that it has electrical conductivity, so that lithium metal may be deposited on the carbonaceous material during overcharge or rapid charge, resulting in the deposition of dendrites. .
[0004]
In order to avoid this, the charger is devised or a method of preventing overcharging by reducing the positive electrode active material is adopted, but the latter method limits the amount per active material. Therefore, the discharge capacity is also limited. Further, since the carbonaceous material has a relatively low density, the discharge capacity is limited in a double sense that the capacity per volume is low.
[0005]
It is possible to use a lithium foil on a carbon material by press-bonding or laminating it, as disclosed in JP-A-61-54165, JP-A-2-82447, JP-A-2-21562, JP-A-3-122974, JP-A-3-272571, -144471, 5-144472, 5-144473, and 5-151995, the carbon material is used as the negative electrode active material, and the above problems are essentially eliminated. It was not a solution.
[0006]
On the other hand, as negative electrode materials other than lithium metal, lithium alloy, and carbonaceous material, TiS which can occlude and release lithium ions 2 LiTiS 2 (US Pat. No. 983476), WO 2 , FeO Three Lithium compounds (Japanese Patent Laid-Open No. 3-11270), Nb 2 O Five (Japanese Patent Publication No. 62-59412, Japanese Patent Laid-Open No. 2-82447), iron oxide (FeO, Fe 2 O Three , Fe Three O Four ), Cobalt oxide (CoO, Co 2 O Three , Co Three O Four ) (Japanese Patent Laid-Open No. 3-291862) is known. None of these compounds has a low oxidation-reduction potential, and a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high discharge potential of 3 V cannot be realized. Also, the discharge capacity is not satisfactory.
[0007]
In order to improve the above-mentioned drawbacks, as a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high discharge potential with an average discharge voltage of 3 to 3.6 V, oxidation of Sn, V, Si, B, Zr, etc. to the negative electrode material And composite oxides thereof have been proposed (JP-A-5-174818, JP-A-6-60867, JP-A-6-275267, JP-A-6-325765, JP-A-6-338324, EP -615296). These oxides such as Sn, V, Si, B, and Zr, and composite oxides thereof, are combined with a positive electrode of a transition metal compound containing a certain kind of lithium, so that the average discharge voltage is 3 to 3.6 V class. However, there is a problem in that the charge / discharge cycle characteristics are not sufficient, although a non-aqueous electrolyte secondary battery having a large discharge capacity and almost no dendrite generation in a practical range and extremely high safety is provided.
[0008]
In order to improve cycleability, it has been proposed that phenanthrolinesulfonic acid Na or the like be present in the battery (Japanese Patent Laid-Open No. 7-065863). This method is difficult, and it is necessary to re-apply only the additive to the prepared electrode, and it is difficult to distribute it uniformly in the battery. .
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to improve the charge / discharge cycle characteristics of a nonaqueous electrolyte secondary battery having a large discharge capacity.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a positive electrode including a material capable of reversibly occluding and releasing lithium, including three or more atoms selected from Group 1, 2, 13, 14, and 15 atoms of the periodic table, A nonaqueous electrolyte secondary battery having a negative electrode composed of an amorphous chalcogen compound and / or an amorphous oxide, a nonaqueous electrolyte containing a lithium salt, and a separator has a dew point of −80 ° C. to −30 ° C. An air blowing process is performed using a certain air.
[0011]
According to another aspect of the present invention, the cathode includes a material capable of reversibly occluding and releasing lithium, and includes three or more kinds of atoms selected from periodic table 1, 2, 13, 14, and 15 atoms. A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery having a negative electrode mainly composed of an amorphous chalcogen compound and / or an amorphous oxide, a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and a separator is provided in the battery. Before the injection, the nonaqueous electrolyte is subjected to an air blowing process using air having a dew point of −80 ° C. to −30 ° C.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Although the preferable aspect of this invention is hung up below, this invention is not limited to this.
[0013]
(1). A positive electrode containing a material capable of reversibly occluding and releasing lithium, and containing three or more kinds of atoms selected from periodic table 1, 2, 13, 14, 15 atoms, mainly amorphous chalcogen compounds and / or non A nonaqueous electrolyte secondary battery having a negative electrode made of a crystalline oxide, a nonaqueous electrolyte containing a lithium salt, and a separator, wherein the nonaqueous electrolyte is subjected to air blowing treatment, battery.
[0014]
(2). The nonaqueous electrolyte secondary battery according to Item 1, wherein at least one of the negative electrode materials is represented by the general formula (1).
[0015]
M 1 M 2p M 4q M 6r General formula (1)
(Where M 1 , M 2 Is different from at least one selected from Si, Ge, Sn, Pb, P, B, Al, Sb, M Four Is at least one selected from Li, K, Na, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, M 6 Is at least one selected from O, S and Te, p and q are each 0.001 to 10, and r is a number from 1.00 to 50. )
[0016]
(3). A positive electrode containing a material capable of reversibly occluding and releasing lithium, and containing three or more kinds of atoms selected from periodic table 1, 2, 13, 14, 15 atoms, mainly amorphous chalcogen compounds and / or non A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery having a negative electrode made of a crystalline oxide, a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and a separator, wherein air is introduced into the non-aqueous electrolyte before the non-aqueous electrolyte is injected into the battery. A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery, characterized by performing a blowing process.
[0017]
(4). Item 4. The method for producing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to Item 3, wherein the air blowing treatment is performed by placing air and a nonaqueous electrolyte in a container and shaking the nonaqueous electrolyte in sufficient contact with air.
[0018]
(5). The non-aqueous electrolyte secondary according to Item 3, wherein the air blowing treatment is performed by blowing air at a wind speed of 0.1 to 10 meters on the liquid surface of the non-aqueous electrolyte for 0.1 to 6 hours. Battery manufacturing method.
[0019]
(6). Item 4. The method for producing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to Item 3, wherein the air blowing treatment is performed by blowing air into the nonaqueous electrolyte with a nozzle.
[0020]
(7). Item 7. The method for producing a non-aqueous secondary battery according to any one of Items 3 to 6, wherein the air has a dew point of −80 ° C. to −30 ° C.
[0021]
(8). Item 8. The method for producing a nonaqueous secondary battery according to any one of Items 3 to 7, wherein the air blowing treatment is performed at a temperature of -10 ° C to 20 ° C.
[0022]
(9). Item 9. The method for producing a nonaqueous secondary battery according to any one of Items 3 to 8, wherein the air blowing treatment is performed within 1 hour before the nonaqueous electrolyte is injected into the battery.
[0023]
(Ten). The nonaqueous electrolyte secondary battery according to item 2, wherein at least one of the negative electrode materials is represented by the general formula (2).
[0024]
SnM 3p M 5q M 7r General formula (2)
(Where M Three Is at least one selected from Si, Ge, Pb, P, B, Al, M Five Is at least one selected from Li, K, Na, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, M 7 Is at least one selected from O and S, p and q are each 0.001 to 10, and r is a number from 1.00 to 50. )
[0025]
(11). At least one of the positive electrode materials is Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x MnO 2 , Li x Co a Ni ( 1 -A) O 2 , Li x Co b V ( 1 -B) O z , Li x Co b Fe ( 1 -B) O 2 , Li x Mn 2 O Four , Li x Mn c Co ( 2 -C) O Four , Li x Mn c Ni ( 2 -C) O Four , Li x Mn c V ( 2 -C) O Four , Li x Mn c Fe ( 2 -C) O Four (From the formula, x = 0.2 to 1.2, a = 0.1 to 0.9, b = 0.8 to 0.98, c = 1.6 to 1.96, z = 2.01 2.3) The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of Items 1, 2, and 10 above.
[0026]
In the present invention, charge / discharge cycle characteristics can be improved without impairing the high capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery because the non-aqueous electrolyte is subjected to air blowing treatment.
[0027]
The air blowing process in the present invention is a process of adding air to a nonaqueous electrolyte prepared, transported or stored in an inert gas atmosphere such as argon gas or nitrogen gas.
[0028]
The air blowing process is performed by placing air and a non-aqueous electrolyte in a container and shaking so that the entire non-aqueous electrolyte is in sufficient contact with the air. The container preferably has a volume of 0.2 to 10 liters, and preferably 0.1 to 0.5 times the volume of nonaqueous electrolyte and the remaining volume is filled with air.
[0029]
The container is preferably shaken with an amplitude of 0.5 to 20 centimeters and a frequency of 0.5 to 10 hertz. Further, instead of shaking the container, the nonaqueous electrolyte may be shaken directly using a stirring blade or the like. The stirring blade is preferably 1 to 15 centimeters in length, preferably 20 to 1000 rpm in rotation, and shifted to the non-aqueous electrolyte by shifting from the center of the container or installing a baffle plate inside the container. It is preferable to sufficiently entrain air.
[0030]
In the shaking treatment, after the treatment for a certain time, the treatment may be stopped and the non-aqueous electrolyte inside the container may be taken out and used. And the air may be injected, and the treated nonaqueous electrolyte and air may be gradually extracted from the other side of the container and used for injection into the battery.
[0031]
The processing time when processing for a certain period of time is preferably 10 seconds to 600 seconds, more preferably 20 seconds to 300 seconds, and most preferably 30 seconds to 180 seconds. When the non-aqueous electrolyte is gradually injected / withdrawn while being treated, the non-aqueous electrolyte mass injected / withdrawn per minute is preferably 2 to 30 times, more preferably 3 to 20 times, and most preferably 5 times. To 15 times the non-aqueous electrolyte should be always present inside the container.
[0032]
Further, the air blowing treatment of the present invention can be carried out by blowing an air wind with a wind speed of 0.1 to 10 meters over the liquid surface of the nonaqueous electrolyte for 0.1 to 6 hours. A container with an open lid may be filled with a non-aqueous electrolyte and left for treatment for a predetermined period of time under an air blast. Alternatively, an air blast may be introduced into the container filled with the non-aqueous electrolyte to You may discharge | emit from this container after passing on a surface. Alternatively, the air wind may be blown onto the non-aqueous electrolyte flow path maintained horizontally.
[0033]
Moreover, the air blowing process of the present invention can be carried out by blowing air into a non-aqueous electrolyte in the form of a bubble using a nozzle. The nozzle preferably facilitates bubble generation by reducing the pores. More preferably, a large number of fine holes are arranged at the tip of the nozzle to make the generated bubbles fine (for example, an air nozzle used for an aquarium for appreciation fish; a trade name “Stone”, and also used for cleaning a gas in a laboratory, for example) A ball filter incorporated in the gas cleaning bottle; a large number of holes of 1 to 100 μm are opened). Most preferably, a plurality of nozzles having a large number of fine holes are arranged in the non-aqueous electrolyte.
[0034]
The dew point of the air used for the air blowing treatment of the present invention is preferably -80 ° C to -30 ° C, more preferably -80 ° C to -40 ° C, and most preferably -80 ° C to -50 ° C.
[0035]
The temperature at which the air blowing treatment of the present invention is carried out is preferably -10 ° C to 20 ° C, more preferably -5 ° C to 15 ° C, and most preferably 0 ° C to 10 ° C. The treatment may be performed preferably at a predetermined temperature of air, more preferably at a predetermined temperature of the nonaqueous electrolyte, and most preferably at a predetermined temperature of air and the nonaqueous electrolyte. It is good to carry out.
[0036]
The air blowing treatment is preferably completed within 2 hours, more preferably within 1 hour, and most preferably within 0.5 hour, before starting to inject the non-aqueous electrolyte into the battery.
[0037]
The electrolyte is generally composed of a solvent and a supporting salt dissolved in the solvent, and the supporting salt is preferably a lithium salt (anion and lithium cation).
[0038]
Examples of the electrolyte solvent that can be used in the present invention include propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, methyl formate, methyl acetate, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2 -Methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, dioxane, acetonitrile, nitromethane, ethyl monoglyme, phosphate triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, sulfolane, 3-methyl-2- Non-polymers such as oxazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethyl ether, 1,3-propane sultone, etc. Can be exemplified ton organic solvent, mixed and used alone or in combination. Among them, carbonate-based solvents are preferable, and those containing cyclic carbonate and / or acyclic carbonate are preferable. As the cyclic carbonate, ethylene carbonate and propylene carbonate are preferable. Moreover, as an acyclic carbonate, it is preferable to include diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate.
[0039]
Examples of the supporting salt dissolved in these solvents that can be used in the present invention include LiClO. Four , LiBF Four , LiPF 6 , LiCF Three SO Three , LiCF Three CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , Lower aliphatic lithium carboxylate, LiAlCl Four Li salts such as LiCl, LiBr, LiI, chloroborane lithium and lithium tetraphenylborate can be raised, and these can be used alone or in combination. Above all, LiBF Four And / or LiPF 6 What melt | dissolved is preferable.
[0040]
The concentration of the supporting salt is not particularly limited, but is preferably 0.2 mol to 3 mol per liter of the electrolyte solution.
[0041]
As a combination of electrolytes that can be used in the present invention, LiCF is added to an electrolytic solution in which ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, dimethyl carbonate, or diethyl carbonate is appropriately mixed. Three SO Three LiClO Four , LiBF Four And / or LiPF 6 An electrolyte containing is preferred. In particular, LiCF is used as a mixed solvent of propylene carbonate or ethylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane and / or diethyl carbonate. Three SO Three LiClO Four , LiBF Four And / or LiPF 6 In particular, at least ethylene carbonate and LiPF. 6 The thing containing is preferable.
[0042]
The amount of these electrolytes added to the battery is not particularly limited, but a necessary amount can be used depending on the amount of the positive electrode active material and the negative electrode material and the size of the battery.
[0043]
Hereinafter, other materials and manufacturing methods for making the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described in detail. The positive and negative electrodes used in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be prepared by coating a positive electrode mixture or a negative electrode mixture on a current collector. In addition to the positive electrode active material or the negative electrode material, the positive electrode or the negative electrode mixture can contain a conductive agent, a binder, a dispersant, a filler, an ionic conductive agent, a pressure enhancer, and various additives, respectively.
[0044]
The negative electrode material used in the present invention is preferably mainly amorphous at the time of battery incorporation. The term “amorphous” as used herein refers to an X-ray diffraction method using CuKα rays, which has a broad scattering band having a peak at 20 ° to 40 ° with a 2θ value, and has a crystalline diffraction line. Also good.
[0045]
Preferably, the strongest intensity of the crystalline diffraction lines seen at 2θ values of 40 ° or more and 70 ° or less is 500 of diffraction line intensities at the apexes of broad scattering bands seen at 2θ values of 20 ° or more and 40 ° or less. It is preferably not more than twice, more preferably not more than 100 times, particularly preferably not more than 5 times, and most preferably not having a crystalline diffraction line.
[0046]
The negative electrode material used in the present invention is preferably represented by the following general formula (1).
[0047]
M 1 M 2p M 4q M 6r General formula (1)
Where M 1 , M 2 Is at least one selected from Si, Ge, Sn, Pb, P, B, Al, Sb, preferably Si, Ge, Sn, P, B, Al, particularly preferably Si, Sn, P. , B and Al. M Four Is at least one selected from Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, and Ba, preferably K, Cs, Mg, and Ca, and particularly preferably Cs and Mg. M 6 Is at least one selected from O, S and Te, preferably O and S, particularly preferably O. p and q are each 0.001 to 10, preferably 0.01 to 5, and particularly preferably 0.01 to 2. r is 1.00-50, preferably 1.00-26, particularly preferably 1.02-6. M 1 , M 2 The valence of is not particularly limited, and may be a single valence or a mixture of valences. M 1 , M 2 , M Four The ratio of M is 2 And M Four Is M 1 In the range of 0.001 to 10 molar equivalents relative to 6 (The value of r in general formula (1)) also changes continuously.
[0048]
Among the compounds listed above, in the present invention, M 1 Is preferably Sn, represented by the general formula (2).
[0049]
SnM 3p M 5q M 7r General formula (2)
Where M Three Is at least one selected from Si, Ge, Pb, P, B, and Al, preferably Si, Ge, P, B, and Al, particularly preferably Si, P, B, and Al. M Five Is at least one selected from Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr and Ba, preferably Cs and Mg, particularly preferably Mg. M 7 Is at least one selected from O and S, preferably O. p and q are each 0.001 to 10, preferably 0.01 to 5, more preferably 0.01 to 1.5, and particularly preferably 0.7 to 1.5. r is 1.00-50, Preferably it is 1.00-26, Most preferably, it is 1.02-6.
[0050]
Although the example of the negative electrode material of this invention is shown below, this invention is not limited to these.
SnAl 0.4 B 0.5 P 0.5 K 0.1 O 3.65 ,
SnAl 0.4 B 0.5 P 0.5 Na 0.2 O 3.7 ,
SnAl 0.4 B 0.3 P 0.5 Rb 0.2 O 3.4 ,
SnAl 0.4 B 0.5 P 0.5 Cs 0.1 O 3.65 ,
SnAl 0.4 B 0.5 P 0.5 K 0.1 Ge 0.05 O 3.85 ,
SnAl 0.4 B 0.5 P 0.5 K 0.1 Mg 0.1 Ge 0.02 O 3.83 ,
SnAl 0.4 B 0.4 P 0.4 O 3.2 ,
SnAl 0.3 B 0.5 P 0.2 O 2.7 ,
SnAl 0.3 B 0.5 P 0.2 O 2.7 ,
SnAl 0.4 B 0.5 P 0.3 Ba 0.08 Mg 0.08 O 3.26 ,
SnAl 0.4 B 0.4 P 0.4 Ba 0.08 O 3.28 ,
SnAl 0.4 B 0.5 P 0.5 O 3.6 ,
SnAl 0.4 B 0.5 P 0.5 Mg 0.1 O 3.7 ,
SnAl 0.5 B 0.4 P 0.5 Mg 0.1 F 0.2 O 3.65 ,
SnB 0.5 P 0.5 Li 0.1 Mg 0.1 F 0.2 O 3.05 ,
SnB 0.5 P 0.5 K 0.1 Mg 0.1 F 0.2 O 3.05 ,
SnB 0.5 P 0.5 K 0.05 Mg 0.05 F 0.1 O 3.03 ,
SnB 0.5 P 0.5 K 0.05 Mg 0.1 F 0.2 O 3.03 ,
SnAl 0.4 B 0.5 P 0.5 Cs 0.1 Mg 0.1 F 0.2 O 3.65 ,
SnB 0.5 P 0.5 Cs 0.05 Mg 0.05 F 0.1 O 3.03 ,
SnB 0.5 P 0.5 Mg 0.1 F 0.1 O 3.05 ,
SnB 0.5 P 0.5 Mg 0.1 F 0.2 O Three ,
SnB 0.5 P 0.5 Mg 0.1 F 0.06 O 3.07 ,
SnB 0.5 P 0.5 Mg 0.1 F 0.14 O 3.03 ,
SnPBa 0.08 O 3.58 ,
SnPK 0.1 O 3.55 ,
SnPK 0.05 Mg 0.05 O 3.58 ,
SnPCs 0.1 O 3.55 ,
SnPBa 0.08 F 0.08 O 3.54 ,
SnPK 0.1 Mg 0.1 F 0.2 O 3.55 ,
SnPK 0.05 Mg 0.05 F 0.1 O 3.53 ,
SnPCs 0.1 Mg 0.1 F 0.2 O 3.55 ,
SnPCs 0.05 Mg 0.05 F 0.1 O 3.53 ,
Sn 1.1 Al 0.4 B 0.2 P 0.6 Ba 0.08 F 0.08 O 3.54 ,
Sn 1.1 Al 0.4 B 0.2 P 0.6 Li 0.1 K 0.1 Ba 0.1 F 0.1 O 3.65 ,
Sn 1.1 Al 0.4 B 0.4 P 0.4 Ba 0.08 O 3.34 ,
Sn 1.1 Al 0.4 PCs 0.05 O 4.23 ,
Sn 1.1 Al 0.4 PK 0.04 O 4.23 ,
Sn 1.2 Al 0.5 B 0.3 P 0.4 Cs 0.2 O 3.5 ,
Sn 1.2 Al 0.4. B 0.2 P 0.6 Ba 0.08 O 3.68 ,
Sn 1.2 Al 0.4 B 0.2 P 0.6 Ba 0.08 F 0.08 O 3.64 ,
Sn 1.2 Al 0.4 B 0.2 P 0.6 Mg 0.04 Ba 0.04 O 3.68 ,
Sn 1.2 Al 0.4 B 0.3 P 0.5 Ba 0.08 O 3.58 ,
Sn 1.3 Al 0.3 B 0.3 P 0.4 Na 0.2 O 3.3 ,
Sn 1.3 Al 0.2 B 0.4 P 0.4 Ca 0.2 O 3.4 ,
Sn 1.3 Al 0.4 B 0.4 P 0.4 Ba 0.2 O 3.6 ,
Sn 1.4 Al 0.4 PK 0.2 O 4.6 ,
Sn 1.4 Al 0.2 Ba 0.1 PK 0.2 O 4.45 ,
Sn 1.4 Al 0.2 Ba 0.2 PK 0.2 O 4.6 ,
Sn 1.4 Al 0.4 Ba 0.2 PK 0.2 Ba 0.1 F 0.2 O 4.9 ,
Sn 1.4 Al 0.4 PK 0.3 O 4.65 ,
Sn 1.5 Al 0.2 PK 0.2 O 4.4 ,
Sn 1.5 Al 0.4 PK 0.1 O 4.65 ,
Sn 1.5 Al 0.4 PCs 0.05 O 4.63 ,
Sn 1.5 Al 0.4 PCs 0.05 Mg 0.1 F 0.2 O 4.63 ,
SnSi 0.5 Al 0.1 B 0 . 2 P 0.1 Ca 0.4 O 3.1 ,
SnSi 0.4 Al 0.2 B 0.4 O 2.7 ,
SnSi 0.5 Al 0.2 B 0.1 P 0.1 Mg 0.1 O 2.8 ,
SnSi 0.6 Al 0.2 B 0.2 O 2.8 ,
SnSi 0.5 Al 0.3 B 0.4 P 0.2 O 3.55 ,
SnSi 0.5 Al 0.3 B 0.4 P 0.5 O 4.30 ,
SnSi 0.6 Al 0.1 B 0.1 P 0.3 O 3.25 ,
SnSi 0.6 Al 0.1 B 0.1 P 0.1 Ba 0.2 O 2.95 ,
SnSi 0.6 Al 0.1 B 0.1 P 0.1 Ca 0.2 O 2.95 ,
SnSi 0.6 Al 0.4 B 0.2 Mg 0.1 O 3.2 ,
SnSi 0.6 Al 0.1 B 0.3 P 0.1 O 3.05 ,
SnSi 0.6 Al 0.2 Mg 0.2 O 2.7 ,
SnSi 0.6 Al 0.2 Ca 0.2 O 2.7 ,
SnSi 0.6 Al 0.2 P 0.2 O Three ,
SnSi 0.6 B 0.2 P 0.2 O Three ,
SnSi 0.8 Al 0.2 O 2.9 ,
SnSi 0.8 Al 0.3 B 0.2 P 0.2 O 3.85 ,
SnSi 0.8 B 0.2 O 2.9 ,
SnSi 0.8 Ba 0.2 O 2.8 ,
SnSi 0.8 Mg 0.2 O 2.8 ,
SnSi 0.8 Ca 0.2 O 2.8 ,
SnSi 0.8 P 0.2 O 3.1 ,
Sn 0.9 Mn 0.3 B 0.4 P 0.4 Ca 0.1 Rb 0.1 O 2.95 ,
Sn 0.9 Fe 0.3 B 0.4 P 0.4 Ca 0.1 Rb 0.1 O 2.95 ,
Sn 0.8 Pb 0.2 Ca 0.1 P 0.9 O 3.35 ,
Sn 0.3 Ge 0.7 Ba 0.1 P 0.9 O 3.35 ,
Sn 0.9 Mn 0.1 Mg 0.1 P 0.9 O 3.35 ,
Sn 0.2 Mn 0.8 Mg 0.1 P 0.9 O 3.35 ,
Sn 0.7 Pb 0.3 Ca 0.1 P 0.9 O 3.35 ,
Sn 0.2 Ge 0.8 Ba 0.1 P 0.9 O 3.35 .
[0051]
The negative electrode material is obtained by firing, for example. The chemical formula of the obtained compound can be calculated from an inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopic analysis method as a measurement method, and from a weight difference between powders before and after firing as a simple method.
[0052]
The amount of light metal inserted into the negative electrode material of the present invention may be close to the precipitation potential of the light metal, but for example, it is preferably 50 to 700 mol%, particularly preferably 100 to 600 mol% per negative electrode material. It is preferable that the release amount be larger than the insertion amount. The light metal insertion method is preferably an electrochemical, chemical or thermal method. The electrochemical method is preferably a method in which a light metal contained in the positive electrode active material is inserted electrochemically or a method in which the light metal or an alloy thereof is directly inserted electrochemically. Chemical methods include mixing with light metals, contact, or reacting with an organic metal such as butyllithium. Electrochemical methods and chemical methods are preferred. The light metal is particularly preferably lithium or lithium ion.
[0053]
In the present invention, the compounds represented by the general formulas (1) and (2) as described above are mainly used as the negative electrode material, so that the charge / discharge cycle characteristics are more excellent, the discharge voltage is high, and the capacity is safe. It is possible to obtain a nonaqueous electrolyte secondary battery having high performance and excellent high current characteristics. In the present invention, particularly excellent effects can be obtained when a compound containing Sn and having a valence of Sn of 2 is used as the negative electrode material. The valence of Sn can be determined by a chemical titration operation. For example, it can be analyzed by the method described on page 165 of Physics and Chemistry of Glasses Vol. 8 No. 4 (1967). It can also be determined from a night shift by Sn solid nuclear magnetic resonance (NMR) measurement. For example, in wide measurement, metal Sn (zero-valent Sn) is Sn (CH Three ) Four A peak appears in an extremely low magnetic field at around 7000 ppm with respect to SnO (= 2 valences), but near 100 ppm, SnO 2 In (= 4 valences), it appears around -600 ppm. Thus, when it has the same ligand, since a night shift greatly depends on the valence of Sn which is a central metal, the valence can be determined at the peak position obtained by 119Sn-NMR measurement.
[0054]
Various compounds can be included in the negative electrode material of the present invention. For example, transition metals (Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, lanthanoid metals, Hf , Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg) or a periodic table group 17 element (F, Cl). Moreover, you may contain the dopant of various compounds (for example, compound of Sb, In, Nb) which raises electronic conductivity. The amount of the compound to be added is preferably 0 to 20 mol%.
[0055]
As a method for synthesizing the composite oxide mainly composed of the oxides represented by the general formulas (1) and (2) in the present invention, either a firing method or a solution method can be employed.
[0056]
For example, the firing method will be described in detail. 1 Compound, M 2 Compound and M Four Compound (M 1 , M 2 Are different from Si, Ge, Sn, Pb, P, B, Al, Sb, M Four May be mixed with Mg, Ca, Sr, Ba) and fired. Examples of Sn compounds include SnO and SnO. 2 , Sn 2 O Three , Sn Three O Four , Sn 7 O 13 ・ H 2 O, Sn 8 O 15 , Stannous hydroxide, stannous oxyhydroxide, stannous acid, stannous oxalate, stannous phosphate, orthostannic acid, metastannic acid, parastannic acid, stannous fluoride, second fluorinated fluoride Examples thereof include tin, stannous chloride, stannic chloride, stannous pyrophosphate, tin phosphide, stannous sulfide, and stannic sulfide.
[0057]
Examples of Si compounds include SiO 2 And organic silicon compounds such as SiO, tetramethylsilane and tetraethylsilane, alkoxysilane compounds such as tetramethoxysilane and tetraethoxysilane, and hydrosilane compounds such as trichlorohydrosilane.
[0058]
Examples of Ge compounds include GeO 2 And alkoxy germanium compounds such as GeO, germanium tetramethoxide and germanium tetraethoxide.
[0059]
Examples of Pb compounds include PbO 2 , PbO, Pb 2 O Three , Pb Three O Four , Lead nitrate, lead carbonate, lead formate, lead acetate, lead tetraacetate, lead tartrate, lead diethoxide, lead diisopropoxide and the like.
[0060]
Examples of the P compound include phosphorus pentoxide, phosphorus oxychloride, phosphorus pentachloride, phosphorus trichloride, phosphorus tribromide, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tripropyl phosphate, stannous pyrophosphate, boron phosphate and the like. Can be mentioned.
[0061]
Examples of the B compound include boron trioxide, boron trichloride, boron tribromide, boron carbide, boric acid, trimethyl borate, triethyl borate, tripropyl borate, tributyl borate, boron phosphide, boron phosphate and the like.
[0062]
Examples of the Al compound include aluminum oxide (α-alumina, β-alumina), aluminum silicate, aluminum tri-iso-propoxide, aluminum tellurite, aluminum chloride, aluminum boride, aluminum phosphide, aluminum phosphate, and lactic acid. Examples thereof include aluminum, aluminum borate, aluminum sulfide, aluminum sulfate, and aluminum boride.
[0063]
Examples of the Sb compound include diantimony trioxide and triphenylantimony.
[0064]
Examples of the Mg, Ca, Sr, and Ba compounds include respective oxide salts, hydroxide salts, carbonates, phosphates, sulfates, nitrates, and aluminum compounds.
[0065]
As firing conditions, the temperature rising rate is preferably 4 ° C. or more and 2000 ° C. or less, more preferably 6 ° C. or more and 2000 ° C. or less per minute. It is particularly preferably 10 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower, and the firing temperature is preferably 250 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower, more preferably 350 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower, and particularly preferably 500 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower. The firing time is preferably 0.01 hours to 100 hours, more preferably 0.5 hours to 70 hours, and particularly preferably 1 hour to 20 hours, and the temperature is lowered. The speed is over 2 ° C / min 10 7 It is preferable that the temperature is not higher than ° C, and more preferably 4 ° C or higher and 7 ° C or lower, particularly preferably 6 ° C or higher and 10 ° C or lower. 7 ° C or lower, particularly preferably 10 ° C or higher and 10 ° C or lower. 7 It is below ℃.
[0066]
The rate of temperature increase in the present invention is the average rate of temperature rise from “50% of the firing temperature (indicated in ° C.)” to “80% of the firing temperature (indicated in ° C.)”. It is the average rate of temperature drop from reaching “80% of the firing temperature (indicated by ° C.)” to “50% of the firing temperature (expressed in ° C)”
[0067]
The temperature lowering may be cooled in a firing furnace, or taken out of the firing furnace and cooled, for example, in water. In addition, a super rapid cooling method such as a gun method, a Hammer-Anvil method, a slap method, a gas atomizing method, a plasma spray method, a centrifugal quenching method, or a melt drag method described on page 217 of ceramic processing (Gihodo Publishing 1987) can also be used. Moreover, you may cool using the single-roller method and double roller method of New Glass Handbook (Maruzen 1991) p.172. In the case of a material that melts during firing, the fired product may be continuously taken out while supplying raw materials during firing. In the case of a material that melts during firing, it is preferable to stir the melt.
[0068]
The firing gas atmosphere is preferably an atmosphere having an oxygen content of 5% by volume or less, and more preferably an inert gas atmosphere. Examples of the inert gas include nitrogen, argon, helium, krypton, and xenon.
[0069]
The average particle size of the compounds represented by the general formulas (1) and (2) used in the present invention is preferably 0.1 to 60 μm, particularly preferably 1.0 to 30 μm, and further preferably 2.0 to 20 μm. To obtain a predetermined particle size, a well-known pulverizer or classifier is used. For example, a mortar, a ball mill, a sand mill, a vibrating ball mill, a satellite ball mill, a planetary ball mill, a swirling air flow type jet mill, a sieve, or the like is used. When pulverizing, wet pulverization in the presence of water or an organic solvent such as methanol can be performed as necessary. In order to obtain a desired particle size, classification is preferably performed. The classification method is not particularly limited, and a sieve, an air classifier, or the like can be used as necessary. Classification can be used both dry and wet.
[0070]
More preferable lithium-containing transition metal oxide positive electrode materials used in the present invention include lithium compounds / transition metal compounds (wherein transition metals are Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Mo, W). It is preferable to mix and synthesize so that the total molar ratio of at least one selected is 0.3 to 2.2. A particularly preferable lithium-containing transition metal oxide positive electrode material used in the present invention is a lithium compound / transition metal compound (where the transition metal is at least one selected from V, Cr, Mn, Fe, Co, and Ni). It is preferable to synthesize by mixing so that the total molar ratio of is 0.3 to 2.2.
[0071]
A particularly preferable lithium-containing transition metal oxide positive electrode material used in the present invention is Lix QOy (where Q is a transition metal mainly containing at least one of Co, Mn, Ni, V, and Fe), x = 0. 2-1.2 and y = 1.4-3) are preferred. As Q, in addition to the transition metal, Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Si, P, B, or the like may be mixed. The mixing amount is preferably 0 to 30 mol% with respect to the transition metal.
[0072]
As a more preferable lithium-containing metal oxide positive electrode material used in the present invention, Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x MnO 2 , Li x Co a Ni 1-a O 2 , Li x Co b V 1-b O z , Li x Co b Fe 1-b O 2 , Li x Mn 2 O Four , Li x Mn c Co 2-c O Four , Li x Mn c Ni 2-c O Four , Li x Mn c V 2-c O Four , Li x Mn c Fe 2-c O Four (Where x = 0.02 to 1.2, a = 0.1 to 0.9, b = 0.8 to 0.98, c = 1.6 to 1.96, z = 2.1-2. .3).
[0073]
As the most preferable lithium-containing transition metal oxide positive electrode material used in the present invention, Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x MnO 2 , Li x Co a Ni 1-a O 2 , Li x Mn 2 O Four , Li x Co b V 1-b O z (Where x = 0.02 to 1.2, a = 0.1 to 0.9, b = 0.9 to 0.98, z = 2.01 to 2.3).
[0074]
Here, said x value is a value before the start of charging / discharging, and it increases / decreases by charging / discharging.
The conductive carbon compound that can be used in the present invention may be any electronic conductive material that does not cause a chemical change in the battery. Specific examples include natural graphite such as scaly graphite, scaly graphite and earthy graphite, high-temperature fired bodies such as petroleum coke, coal coke, celluloses, saccharides and mesophase pitch, and graphite such as artificial graphite such as vapor-grown graphite. And carbon blacks such as acetylene black, furnace black, ketjen black, channel black, lamp black and thermal black, asphalt pitch, coal tar, activated carbon, mesofuse pitch, polyacene and the like. Of these, graphite and carbon black are preferred.
[0075]
As conductive agents other than carbon, conductive fibers such as metal fibers, metal powders such as copper, nickel, aluminum and silver, conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate, and conductive metals such as titanium oxide An oxide or the like can be contained alone or a mixture thereof as required.
[0076]
The amount of the conductive agent added to the mixture layer is preferably 6 to 50% by weight, particularly 6 to 30% by weight, based on the negative electrode material or the positive electrode material. In the case of carbon or graphite, the content is particularly preferably 6 to 20% by weight.
[0077]
As a binder for holding the electrode mixture used in the present invention, a polysaccharide, a thermoplastic resin, and a polymer having rubber elasticity, or a mixture thereof can be used. Preferred binders include starch, carboxymethyl cellulose, cellulose, diacetyl cellulose, methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, sodium alginate, polyacrylic acid, polyacrylic acid Na, polyvinyl phenol, polyvinyl methyl ether, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone. , Polyacrylamide, polyhydroxy (meth) acrylate, water-soluble polymers such as styrene-maleic acid copolymer, polyvinyl chloride, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride -Tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene (Meth) acrylic acid ester copolymer containing (meth) acrylic acid ester such as di-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, polyvinyl acetal resin, methyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, (meth) acrylic Acid ester-acrylonitrile copolymer, polyvinyl ester copolymer containing vinyl ester such as vinyl acetate, styrene-butadiene copolymer, acrylonitrile-butadiene copolymer, polybutadiene, neoprene rubber, fluoro rubber, polyethylene oxide, polyester polyurethane Resin, polyether polyurethane resin, polycarbonate polyurethane resin, polyester resin, phenol resin, epoxy resin emulsion (latex) or suspension It can be cited. In particular, polyacrylate ester latex, carboxymethyl cellulose, polytetrafluoroethylene, and polyvinylidene fluoride are preferable.
[0078]
These binders can be used alone or in combination. If the amount of the binder added is small, the holding power / cohesive force of the electrode mixture is weak and the cycleability is poor, and if it is too large, the electrode volume increases and the capacity per unit electrode or unit weight decreases. The conductivity decreases and the capacity decreases. The addition amount of the binder is not particularly limited, but is preferably 1 to 30% by weight, and particularly preferably 2 to 10% by weight.
[0079]
The negative electrode mixture or the positive electrode mixture paste of the present invention is preferably adjusted in an aqueous system.
[0080]
The mixture paste is prepared by first mixing an active material and a conductive agent, adding a binder (suspension of resin powder or emulsion (latex)) and water, kneading and mixing, followed by a mixer, It can be carried out by dispersing with a stirring mixer or disperser such as a homogenizer, dissolver, planetary mixer, paint shaker or sand mill.
[0081]
The adjusted positive electrode active material and negative electrode active material mixture paste are mainly applied (coated), dried and compressed on the current collector. Application can be performed by various methods, for example, reverse roll method, direct roll method, blade method, knife method, extrusion method, curtain method, gravure method, bar method, dipping method and squeeze method. I can do it. A blade method, a knife method and an extrusion method are preferred. The application is preferably performed at a speed of 0.1 to 100 m / min. Under the present circumstances, the surface state of a favorable coating layer can be obtained by selecting the said application | coating method according to the liquid physical property of a mixture paste, and drying property. The thickness, length, and width of the coating layer are determined by the size of the battery, and the thickness of the coating layer is particularly preferably 1 to 2000 μm in a compressed state after drying.
[0082]
As a drying or dehydration method for removing moisture from pellets and sheets, a generally adopted method can be used, and hot air, vacuum, infrared rays, far infrared rays, electron beams and low-humidity air are used alone or in combination. I can do it. The temperature is preferably in the range of 80 to 350 ° C, particularly preferably in the range of 100 to 250 ° C. The water content is preferably 2000 ppm or less for the entire battery, and preferably 500 ppm or less for each of the positive electrode mixture, the negative electrode mixture and the electrolyte from the viewpoint of charge / discharge cycle properties.
[0083]
For the compression of the sheet-like electrode mixture, a generally adopted pressing method can be used, but a mold pressing method and a calendar pressing method are particularly preferable. The press pressure is not particularly limited, but is 10 kg / cm. 2 ~ 3t / cm 2 Is preferred. The press speed of the calendar press method is preferably 0.1 to 50 m / min. The pressing temperature is preferably room temperature to 200 ° C.
[0084]
The positive electrode and negative electrode support or current collector that can be used in the present invention is made of aluminum, stainless steel, nickel, titanium, or an alloy thereof for the positive electrode, and copper, stainless steel, nickel, titanium for the negative electrode. Or an alloy of these, and the form is foil, expanded metal, punching metal, or wire mesh. In particular, an aluminum foil is preferable for the positive electrode and a copper foil is preferable for the negative electrode.
[0085]
The separator that can be used in the present invention is only required to be an insulating thin film having a large ion permeability, a predetermined mechanical strength, and an olefin polymer, a fluorine polymer, a cellulose polymer, polyimide, nylon, Glass fiber and alumina fiber are used, and as a form, a nonwoven fabric, a woven fabric, and a microporous film are used. In particular, the material is preferably polypropylene, polyethylene, a mixture of polypropylene and polyethylene, a mixture of polypropylene and Teflon, or a mixture of polyethylene and Teflon, and the form is preferably a microporous film. In particular, a microporous film having a pore diameter of 0.01 to 1 μm and a thickness of 5 to 50 μm is preferable.
[0086]
FIG. 1 shows a cross section of a cylindrical battery. The shape of the battery can be applied to any of buttons, coins, sheets, cylinders, and corners. The battery is formed by inserting electrode sheets 4 and 5 wound together with pellets, sheets or separators 3 into the battery can 2, electrically connecting the can and the electrode, injecting and sealing the electrolyte 6. An inner lid body 10 provided with a ring 11 is fitted into the upper opening of the battery can 2 via the polypropylene gasket 1 to expose the positive electrode cap 8 serving also as a positive electrode terminal. At this time, the safety valve 7 (explosion-proof valve body) can be used as a sealing plate. Furthermore, it is preferable to use the PTC element 9 in order to guarantee the safety of the battery.
[0087]
The bottomed battery outer can which can be used in the present invention is a steel plate, stainless steel plate (SUS304, SUS304L, SUS304N, SUS316, SUS316L, SUS430, SUS444, etc.) plated with nickel, and a nickel plated stainless steel plate (same as above). , Aluminum or an alloy thereof, nickel, titanium, and copper, and the shapes are a true circular cylinder, an elliptical cylinder, a square cylinder, and a rectangular cylinder. In particular, when the outer can also serves as the negative electrode terminal, a stainless steel plate and a nickel-plated steel plate are preferable, and when the outer can also serves as the positive electrode terminal, a stainless steel plate, aluminum, or an alloy thereof is preferable.
[0088]
The sheet-like mixture electrode is wound or folded and inserted into a can, the can and the sheet are electrically connected, an electrolyte is injected, and a sealing plate is used to form a battery can. At this time, the safety valve can be used as a sealing plate. In addition to the safety valve, various conventionally known safety elements may be provided. For example, a fuse, bimetal, PTC element, or the like is used as the overcurrent prevention element. In addition to the safety valve, as a countermeasure against the increase in internal pressure of the battery can, a method of cutting the battery can, a gasket cracking method, or a sealing plate cracking method can be used. Moreover, you may equip the charger with the circuit incorporating the countermeasure against overcharge or overdischarge.
[0089]
The entire amount of the electrolyte may be injected at one time, but it is preferable to carry out in two or more stages. When the injection is divided into two or more stages, each liquid may have the same composition, but a different composition (for example, a nonaqueous solvent or a nonaqueous solvent having a viscosity higher than that of the solvent after injecting a solution in which a lithium salt is dissolved in the nonaqueous solvent). Or a solution in which a lithium salt is dissolved in a solvent or a nonaqueous solvent may be injected). Further, in order to shorten the electrolyte injection time, the battery can may be decompressed (preferably 500 to 1 torr, more preferably 400 to 10 torr), or centrifugal force or ultrasonic waves may be applied to the battery can. .
[0090]
For the can and the lead plate, a metal or an alloy having electrical conductivity can be used. For example, metals such as iron, nickel, titanium, chromium, molybdenum, copper, aluminum, or alloys thereof are used. A known method (eg, direct current or alternating current electric welding, laser welding, ultrasonic welding) can be used as a method for welding the cap, can, sheet, and lead plate. As the sealing agent for sealing, a conventionally known compound or mixture such as asphalt can be used.
[0091]
Gaskets that can be used in the present invention are olefin polymers, fluoropolymers, cellulosic polymers, polyimides, and polyamides as materials. Olefin polymers are preferred from the viewpoint of organic solvent resistance and low moisture permeability, and are mainly composed of propylene. Polymers are preferred. Furthermore, a block copolymer of propylene and ethylene is preferable.
[0092]
The battery of the present invention is covered with an exterior material as necessary. Examples of the exterior material include a heat-shrinkable tube, an adhesive tape, a metal film, paper, cloth, paint, and a plastic case. Further, at least a part of the exterior may be provided with a portion that changes color by heat so that the heat history during use can be known.
[0093]
A plurality of the batteries of the present invention are assembled in series and / or in parallel as needed, and stored in a battery pack. In addition to safety elements such as positive temperature coefficient resistors, temperature fuses, fuses and / or current interrupting elements, the battery pack also requires safety circuits (monitoring the voltage, temperature, current, etc. of each battery and / or the entire battery pack) In this case, a circuit having a function of interrupting current may be provided. In addition to the positive and negative terminals of the entire assembled battery, the battery pack should be provided with the positive and negative terminals of each battery, the entire assembled battery, the temperature detection terminal of each battery, the current detection terminal of the entire assembled battery, etc. as external terminals. You can also. The battery pack may incorporate a voltage conversion circuit (such as a DC-DC converter). The connection of each battery may be fixed by welding a lead plate, or may be fixed so that it can be easily attached and detached with a socket or the like. Further, the battery pack may be provided with display functions such as the remaining battery capacity, the presence / absence of charging, and the number of uses.
[0094]
The battery of the present invention is used in various devices. In particular, video movies, portable video decks with built-in monitors, movie cameras with built-in monitors, compact cameras, single-lens reflex cameras, film with lenses, notebook computers, notebook word processors, electronic notebooks, mobile phones, cordless phones, shavings, power tools, It is preferably used for electric mixers, automobiles and the like.
[0095]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with specific examples. However, the present invention is not limited to the examples unless it exceeds the gist of the invention.
[0096]
[Preparation Example of Positive Electrode Mixture Paste; Examples, Comparative Examples]
Cathode active material; LiCoO 2 Was made as follows. A mixture of lithium carbonate and tricobalt tetroxide in a molar ratio of 3: 2 was placed in an alumina crucible, heated to 750 ° C. at 2 ° C./min in the air and calcined for 4 hours, then 2 min / min. The temperature was raised to 900 ° C. at a rate of 0 ° C., calcined at that temperature for 8 hours, and then pulverized to form LiCoO 2 A particle powder was prepared. Created LiCoO 2 The particles have a center particle size of 5 μm, and when the washing product 50 g is dispersed in 100 ml of water, the conductivity of the dispersion is 0.6 mS / m, the pH is 10.1, the specific surface area by the nitrogen adsorption method is 0.42 m 2 / G. This LiCoO 2 200 g of particles and 10 g of acetylene black were mixed with a homogenizer, followed by 8 g of an aqueous dispersion of a copolymer of 2-ethylhexyl acrylate, acrylic acid and acrylonitrile (solid content concentration 50% by weight) as a binder, concentration 2 A 60% by weight aqueous solution of carboxymethylcellulose was added and kneaded and mixed, 50 g of water was further added, and the mixture was stirred and mixed with a homogenizer to prepare a positive electrode mixture paste.
[0097]
[Example of making negative electrode mixture paste]
Negative electrode active material; SnGe 0.1 B 0.5 P 0.58 Mg 0.1 K 0.1 O 3.35 (6.7 g of tin monoxide, 10.3 g of tin pyrophosphate, 1.7 g of diboron trioxide, 0.7 g of potassium carbonate, 0.4 g of magnesium oxide, and 1.0 g of germanium dioxide were dry-mixed and placed in an alumina crucible. The temperature was raised to 1000 ° C. at 15 ° C./min in an argon atmosphere, baked at 1100 ° C. for 12 hours, cooled to room temperature at 10 ° C./min, collected from the baking furnace, and pulverized with a jet mill (In the X-ray diffraction method using CuKα ray with an average particle size of 4.5 μm, it has a broad peak having an apex in the vicinity of 28 ° with a 2θ value, and a crystal with a 2θ value of 40 ° to 70 ° 200 g) and 30 g of a conductive agent (artificial graphite) were mixed with a homogenizer, and 50 g of a carboxymethyl cellulose aqueous solution having a concentration of 2% by weight as a binder, A mixture of 10 g of polyvinylidene fluoride added and mixed with 30 g of water and kneaded to prepare a negative electrode mixture paste.
[0098]
[Creation of positive and negative electrode sheets]
The positive electrode mixture paste prepared above was applied to both sides of an aluminum foil current collector having a thickness of 30 μm with a blade coater at a coating amount of 400 g / m. 2 Then, the coated sheet was applied so that the thickness of the compressed sheet was 280 μm, dried, and then compression-molded with a roller press machine and cut into a predetermined size to prepare a belt-like positive electrode sheet. Furthermore, it was sufficiently dehydrated and dried with a far-infrared heater in a dry box (dew point: dry air of −50 ° C. or lower) to prepare a positive electrode sheet.
[0099]
Similarly, a negative electrode mixture paste was applied to a 20 μm copper foil current collector, and the application amount was 70 g / m in the same manner as in the preparation of the positive electrode sheet. 2 A negative electrode sheet having a thickness of 90 μm after compression was prepared.
[0100]
[Example of electrolyte production]
Under an argon atmosphere, 65.3 g of diethyl carbonate was placed in a 200 cc narrow-neck polypropylene container, and 22.2 g of ethylene carbonate was dissolved little by little while taking care not to exceed a liquid temperature of 30 ° C. Next, 0.4 g of LiBF Four 12.1 g LiPF 6 The solution was dissolved in a small amount in the polypropylene container in order, taking care that the liquid temperature did not exceed 30 ° C.
[0101]
The obtained electrolyte was a colorless transparent liquid having a specific gravity of 1.135. Moisture was 18 ppm (measured with a trade name MKC-210, Karl Fischer moisture measuring device, manufactured by Kyoto Electronics), free acid content was 24 ppm (measured by neutralization titration with 0.1 N NaOH aqueous solution using bromthymol blue as an indicator) )Met.
[0102]
[Cylinder battery creation example]
As shown in FIG. 1, a positive electrode sheet 5, a microporous polypropylene film separator, a negative electrode sheet 4, and a separator 3 were laminated in this order and wound in a spiral shape. The wound body was housed in an iron-bottomed cylindrical battery can 2 made of iron and also plated with nickel, which also serves as a negative electrode terminal. Further, the electrolyte 6 was injected into the battery can 2. A battery lid 8 having a positive electrode terminal, a PCT element 9, an explosion-proof valve body 7 and the like were stacked and caulked through the gasket 1 to produce a cylindrical battery.
[0103]
(Example 1)
A stainless steel container having a volume of 0.5 liter was filled with 0.2 liter of non-aqueous electrolyte, and the remaining volume was filled with air having a dew point of −55 ° C. and a temperature of 20 ° C. The container was shaken for 180 seconds with an amplitude of 5 centimeters and a frequency of 5 Hz, and injected into the battery after 5 minutes.
[0104]
(Example 2)
A stainless steel container having a volume of 1 liter was filled with 0.5 liter of nonaqueous electrolyte, and the remaining volume was filled with air having a dew point of −53 ° C. A 5 cm long stirring blade is installed in the center of the container, and a 3 cm wide baffle plate is installed on the wall of the container. The stirring blade is rotated at 300 rpm for 60 seconds, and the electrolyte is shaken, and injected into the battery after 5 minutes. did.
[0105]
(Example 3)
Fill a 0.5 liter stainless steel container with 0.3 liter of non-aqueous electrolyte, open the top lid, and blow air air with a wind speed of 3 meters dew point -57 ° C. for 1 hour and inject it into the battery after 10 minutes. .
[0106]
(Example 4)
A non-aqueous electrolyte of 0.4 liter is placed in a 0.5 liter PFA gas cleaning bottle (having a ball filter with a diameter of 25 mm inside and a ball filter pore diameter of 10 μm), and the ball filter has a dew point of −50 ° C. and a temperature of 20 ° C. Was bubbled at a rate of 2 liters / minute for 3 minutes and injected into the battery after 5 minutes.
[0107]
(Example 5)
A battery was prepared in the same manner as in Example 4 except that the dew point of air was −30 ° C.
[0108]
(Example 6)
A battery was prepared in the same manner as in Example 4 except that the dew point of air was −40 ° C.
[0109]
(Example 7)
A battery was prepared in the same manner as in Example 4 except that the temperature of the nonaqueous electrolyte and air was cooled to 5 ° C.
[0110]
(Example 8)
A battery was prepared in the same manner as in Example 4 except that the nonaqueous electrolyte was injected into the battery 2 hours after the air blowing treatment.
[0111]
(Comparative Example 1)
A battery was prepared using a non-aqueous electrolyte that was not air blown.
[0112]
(Comparative Example 2)
A battery was prepared in the same manner as in Example 4 except that the dew point of air was −20 ° C.
[0113]
For the battery prepared by the above method, the current density is 5 mA / cm. 2 The battery was charged and discharged under the conditions of a charge end voltage of 4.1 V and a discharge end voltage of 2.8 V, and the cycle life was determined.
[0114]
Table 1 shows the cycle characteristics of each battery (ratio of the 300th capacity with respect to the first charge / discharge).
[0115]
[Table 1]
Example 1 85%
Example 2 84%
Example 3 83%
Example 4 85%
Example 5 78%
Example 6 80%
Example 7 87%
Example 8 80%
Comparative Example 1 70%
Comparative Example 2 65%
[0116]
As is clear from these Examples compared with Comparative Example 1, the use of an air blown electrolyte can improve the charge / discharge cycle characteristics of a non-aqueous electrolyte secondary battery having a large discharge capacity.
[0117]
From the result of Example 5 in which the dew point of air is −30 ° C. (78%) and the result of Comparative Example 2 in which the air dew point is −20 ° C. (65%), the dew point of air is −30 ° C. or less. preferable. However, there will be little need to lower the dew point below -80 ° C. It is difficult to reduce the dew point below −80 ° C. in terms of production cost. Further, since the water content is several ppm, there is almost no substantial difference even if the dew point is lower than -80 ° C.
[0118]
Also, within 1 hour after the air blowing treatment, the result of Example 4 (85%) injected into the battery 5 minutes after the air blowing treatment and the result of Example 8 (80%) injected into the battery 2 hours after the treatment. It is preferable to inject a non-aqueous electrolyte into the battery.
[0119]
A better result is obtained when the air temperature is 5 ° C in Example 7 than 20 ° C in Example 4. The temperature of the air will preferably be from -10 ° C to 20 ° C.
[0120]
In Example 3, an air wind with a wind speed of 3 m was blown for 1 hour, but good results would be obtained even if an air wind with a wind speed of 0.1 m to 10 m was blown for 6 hours to 0.1 hour.
[0121]
【The invention's effect】
By using an electrolyte that has been subjected to air blowing treatment as in the present invention, it is possible to obtain a nonaqueous electrolyte secondary battery that has a small discharge capacity due to repeated charge and discharge.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a cylinder type battery used in Examples.
[Explanation of symbols]
1 Polypropylene gasket
2 Negative electrode can (battery can) that also serves as the negative electrode terminal
3 Separator
4 Negative electrode sheet
5 Positive electrode sheet
6 Non-aqueous electrolyte
7 Explosion-proof valve body
8 Positive cap that doubles as positive terminal
9 PTC element
10 Internal lid
11 rings

Claims (8)

リチウムを可逆的に吸蔵放出可能な材料を含む正極、周期表1,2,13,14,15族原子から選ばれる三種以上の原子を含むものであり、主として非晶質カルコゲン化合物及び/または非晶質酸化物からなる負極、リチウム塩を含む非水電解質、及びセパレーターを有する非水電解質二次電池に於いて、該非水電解質が露点−80℃から−30℃である空気を用いて空気吹き込み処理されていることを特徴とする非水電解質二次電池。  A positive electrode containing a material capable of reversibly occluding and releasing lithium, and containing three or more kinds of atoms selected from periodic table 1, 2, 13, 14, 15 atoms, mainly amorphous chalcogen compounds and / or non In a nonaqueous electrolyte secondary battery having a negative electrode made of a crystalline oxide, a nonaqueous electrolyte containing a lithium salt, and a separator, the nonaqueous electrolyte is blown with air having a dew point of −80 ° C. to −30 ° C. A nonaqueous electrolyte secondary battery characterized by being treated. 該負極材料の少なくとも一種が、一般式(1)で示されることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池。
M1 M2pM4qM6r 一般式(1)
(式中、M1 、M2 は相異なりSi、Ge、Sn、Pb、P、B、Al、Sbから選ばれる少なくとも一種、M4 はLi、K、Na、Cs、Mg、Ca、Sr、Baから選ばれる少なくとも一種、M6 はO、S、Teから選ばれる少なくとも一種、p 、q は各々0.001〜10、r は1.00〜50の数字を表す。)
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein at least one of the negative electrode materials is represented by the general formula (1).
M1 M2pM4qM6r General formula (1)
(In the formula, M1 and M2 are different and are at least one selected from Si, Ge, Sn, Pb, P, B, Al, and Sb, and M4 is selected from Li, K, Na, Cs, Mg, Ca, Sr, and Ba. At least one selected from the group consisting of O, S and Te, p and q each represent a number from 0.001 to 10, and r represents a number from 1.00 to 50.)
リチウムを可逆的に吸蔵放出可能な材料を含む正極、周期表1,2,13,14,15族原子から選ばれる三種以上の原子を含むものであり、主として非晶質カルコゲン化合物及び/または非晶質酸化物からなる負極、リチウム塩を含む非水電解質、及びセパレーターを有する非水電解質二次電池の製造方法であって、該非水電解質を電池内に注入する前に、該非水電解質に露点−80℃から−30℃である空気を用いて空気吹き込み処理を行なうことを特徴とする非水電解質二次電池の製造方法。  A positive electrode containing a material capable of reversibly occluding and releasing lithium, and containing three or more kinds of atoms selected from periodic table 1, 2, 13, 14, 15 atoms, mainly amorphous chalcogen compounds and / or non A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a negative electrode comprising a crystalline oxide, a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and a separator, wherein the dew point is applied to the non-aqueous electrolyte before the non-aqueous electrolyte is injected into the battery. A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein an air blowing process is performed using air at -80 ° C to -30 ° C. 前記空気吹き込み処理が、空気と非水電解質を容器に入れ、該非水電解質が十分空気と接触するようにシェイキングして実施されている、請求項3記載の非水電解質二次電池の製造方法。  The method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 3, wherein the air blowing treatment is performed by placing air and a non-aqueous electrolyte in a container and shaking the non-aqueous electrolyte in sufficient contact with air. 前記空気吹き込み処理が、非水電解質の液面上に風速0.1メートルから10メートルの空気風を0.1時間から6時間吹かせて実施されている、請求項3記載の非水電解質二次電池の製造方法。  The non-aqueous electrolyte 2 according to claim 3, wherein the air blowing treatment is performed by blowing air at a wind speed of 0.1 to 10 meters on the surface of the non-aqueous electrolyte for 0.1 to 6 hours. A method for manufacturing a secondary battery. 前記空気吹き込み処理が、非水電解質中にノズルから空気を泡状に吹き込んで実施される、請求項3記載の非水電解質二次電池の製造方法。  The method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 3, wherein the air blowing treatment is performed by blowing air from a nozzle into the non-aqueous electrolyte. 前記空気吹き込み処理が、温度−10℃から20℃で実施される、請求項3〜6のいずれか1項に記載の非水二次電池の製造方法。  The method for manufacturing a non-aqueous secondary battery according to claim 3, wherein the air blowing process is performed at a temperature of −10 ° C. to 20 ° C. 7. 前記空気吹き込み処理が、該非水電解質を電池内に注入する前1時間以内に実施されている、請求項3〜7のいずれか1項に記載の非水二次電池の製造方法。  The method for producing a non-aqueous secondary battery according to any one of claims 3 to 7, wherein the air blowing treatment is performed within 1 hour before the non-aqueous electrolyte is injected into the battery.
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