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JP4085243B2 - Non-aqueous secondary battery - Google Patents
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JP4085243B2 - Non-aqueous secondary battery - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水系二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯機器用小型二次電池の分野では、小型化および高容量化という相反するニーズに応えるべく、ニッケル水素電池、リチウム二次電池などの開発が急速に進んでおり、例えば、180Wh/l以上の体積エネルギー密度を有する電池が市販されている。特に、リチウムイオン電池は、350Wh/lを超える体積エネルギー密度を達成する可能性を有すること、および、金属リチウムを負極に用いるリチウム二次電池に比べて、安全性、サイクル特性などの信頼性に優れることから、その市場は飛躍的に拡大しつつある。
この様なリチウムイオン電池の正極活物質としては、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物などの4Vを超える起電力を有する材料が用いられている。これらの中でも、電池特性に優れ、かつ合成も容易なリチウムコバルト複合酸化物が、現在最も多量に用いられている。
【0003】
しかしながら、原材料であるコバルトは、可採埋蔵量が少なく、かつ高価であるため、従来から、その代替物質としてリチウムニッケル複合酸化物の使用が検討されてきた。リチウムニッケル複合酸化物は、リチウムコバルト複合酸化物と同様に層状岩塩構造を有し、200mAh/gを超える高容量材料である。
【0004】
しかしながら、リチウムニッケル複合酸化物は、充電時に生成するNi4+が化学的に不安定であること、リチウムが構造中から多量に引き抜かれた高充電状態でのリチウムニッケル複合酸化物の構造が不安定であることなどに起因して、結晶格子からの酸素脱離開始温度が低いという問題点を有している。例えば、Solid State Ionics,69,No.3/4,265(1994)には、“充電状態のリチウムニッケル複合酸化物の酸素脱離開始温度は、従来のリチウムコバルト酸化物に比べて低い”ことが報告されている。この様な理由により、リチウムニッケル複合酸化物を単独で正極活物質に用いた電池は、高容量が得られるにも関わらず、高充電状態での熱安定性に問題があり、電池としての安全性が十分に確保できないので、現在まで実用化されていない。
一方、リチウムマンガン複合酸化物は、スピネル型の結晶構造を有するので、層状岩塩構造を有するリチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物などとは、構造的に異なる。この構造の相違に起因して、リチウムマンガン複合酸化物の高充電状態での酸素脱離開始温度は、リチウムコバルト複合酸化物およびリチウムニッケル複合酸化物に比べて高い。即ち、リチウムマンガン複合酸化物は、安全性の高い正極材料である。
しかしながら、リチウムマンガン複合酸化物を正極に用いたリチウム二次電池は、充放電を繰り返すことによって徐々に容量が低下していく所謂“容量劣化”を引き起こす。このため、その実用化は困難であった。
一般に、リチウムイオン電池には、安全性と優れたサイクル寿命が求められている。しかしながら、正極活物質としてリチウムニッケル複合酸化物を用いる電池は、高充電時の熱的安定性に欠けるという問題点がある。また、リチウムマンガン複合酸化物を用いる電池では、安全性は高いものの、(1)高エネルギー密度(高充放電容量)の実現と高サイクル寿命の両立が困難であること、および(2)自己放電により保存容量が減少するという2つの問題点がある。
まず、リチウムマンガン複合酸化物を用いる電池において、高容量が実現できない原因としては、複合酸化物合成時の反応の不均一、混入不純物の影響などが考えられる。また、充放電サイクルに伴う容量の劣化原因としては、Liの出入りに伴う電荷補償としてMnイオンの平均価数が3価と4価との間で変化して、そのためにJahn-Teller歪みが結晶中に生じること、リチウムマンガン複合酸化物からのMnが溶出すること、溶出したMnが負極活物質上またはセパレータ上に析出することに起因してインピーダンスが上昇すること、さらには、不純物の影響、活物質粒子の遊離による不活性化、含水水分により電解液中に生成した酸の影響、リチウムマンガン複合酸化物からの酸素放出による電解液の劣化などが考えられる。スピネル単一相が形成されている場合には、Mnの溶出原因は、スピネル構造中の3価のMnが、4価と2価に一部不均化することにより電解液中に溶解し易い形になってしまうこと、Liイオンの相対的な不足から溶出してしまうことなどが考えられる。その結果、充放電の繰り返しにより不可逆な容量分の発生、および結晶中の原子配列の乱れが促進されるとともに、溶出したMnイオンが負極或いはセパレータに析出して、Liイオンの移動を妨げるものと推測される。また、リチウムマンガン複合酸化物はLiイオンを出し入れすることにより、結晶はJahn-Teller効果により歪み、単位格子長の数%の膨張収縮を伴う。したがって、充放電サイクルを繰り返すことにより、粒子の一部電気的な孤立により活物質として機能しなくなることも推測される。
さらに、Mn溶出とともにリチウムマンガン複合酸化物からの酸素の放出も容易になってくるものと考えられる。酸素の放出量が多くなってくると、電解液の分解を促進するものと推測され、電解液の劣化による充放電サイクル劣化も生じるものと推測される。
この様なMn溶出の抑制、格子歪みの低減、酸素欠損の低減などを実現することが、リチウム電池のサイクル特性を改善する上で重要である。そこで、特開平2-270268号公報は、Liの組成を化学量論比に対し十分過剰とすることにより、サイクル特性を向上させることを提案している。さらに、リチウムマンガン複合酸化物のMn元素の一部をCo、Ni、Fe、Cr、Alなどの添加ないしドープにより置換して、サイクル特性を改善する提案もされている(特開平4-141954号公報、特開平4-160758号公報、特開平4-169076号公報、特開平4-237970号公報、特開平4-282560号公報、特開平4-289662号公報など)。これらのLi過剰組成、金属元素の添加などの手法は、サイクル特性の向上には、効果を発揮するものの、逆に充放電容量の低減を伴うので、高サイクル寿命と高容量との両方を満足させるには至っていない。
【0005】
小型電池の負極活物質として、特開昭57-208079号公報および特開昭63-24555号公報は、可撓性に優れ、かつ充放電サイクル時にリチウムが樹枝状に析出する恐れのない材料として、黒鉛を提案している。現在、天然黒鉛、人造黒鉛、酸処理により不純物を低減した黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ、黒鉛化炭素繊維などの黒鉛系材料が、独特の層構造に基づいて層間化合物を形成するという性質を有するので、この性質を利用した二次電池用電極材料として、実用化されている。さらに、結晶性の低い材料の使用も、提案されている。例えば、特開昭63-24555号公報は、電解液の分解を抑制するために、炭化水素を気相で熱分解して得られる乱層構造と選択配向性とを有する種々の炭素材料を開示している。
【0006】
しかしながら、これらの高結晶性材料は、長所と短所とを持ち合わせている。
【0007】
黒鉛を代表とする結晶性の高い炭素材料を負極材料として使用する場合には、理論的にはリチウムの吸蔵・放出に伴う電位の変化が小さくなり、電池として利用できる容量が大きくなることが知られている。
【0008】
しかしながら、炭素材料の結晶性が高くなるとともに、電解液の分解に伴うものと思われる充放電効率の低下が生じ、さらに充放電の繰り返しに伴う結晶の膨張/収縮により、炭素材料が破壊されるに至る。
【0009】
また、これら黒鉛系の炭素材料を負極に使用し、安全性の高いリチウムマンガン複合酸化物を含む正極を用いた場合、サイクル容量が大きく低下する。この現象は、負極活物質の利用率を活物質1g当り255mAhとしたときに顕著である。この原因は明らかでないが、黒鉛系材料は充放電時の電位が低いため、その表面に充放電時電解液中に存在するマンガン溶出物が析出し、電解液の分解、ガス発生等に関与するものと思われる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の問題点を鑑み成されたものであって、サイクル寿命が長く、安全性に優れた非水系二次電池を提供することを主な目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の様な技術の現状に留意しつつ研究を進めた結果、特定の活物質などを用いることにより、上記目的を達成することに成功した。
すなわち本発明は、下記の非水系二次電池に係るものである。
1.正極、負極及びリチウム塩を含む非水系電解質を電池容器に収容した非水系二次電池において、前記正極における正極活物質が、リチウムマンガン系複合酸化物とリチウムニッケル系複合酸化物とからなる混合物であり、前記負極における負極活物質が、X線広角回折法による(002)面の面間隔(d002)が0.34nm以下である黒鉛系粒子の表面を、面間隔0.34nmを超える非晶質炭素層で被覆した二重構造黒鉛粒子を少なくとも含み、満充電時にリチウムを負極活物質1g当り200mAh〜255mAh吸蔵することを特徴とする非水系二次電池。
2.負極活物質が、更に、黒鉛化メソカーボンマイクロビーズを含むことを特徴とする上記1に記載の非水系二次電池。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の非水系二次電池では、正極活物質として、リチウムマンガン系複合酸化物とリチウムニッケル系複合酸化物との混合物を使用する。
【0013】
本発明において用いるリチウムマンガン系複合酸化物として、例えば、リチウムマンガン複合酸化物(LiMn2O4)、リチウムマンガン複合酸化物に少なくとも1種の異種金属元素を添加した複合酸化物(Li1+aMn2-a-bMAbO4)、リチウムを量論比よりも過剰に含むリチウムマンガン複合酸化物(Li1+xMn2-xO4)などを例示することができる。
【0014】
リチウムマンガン複合酸化物に少なくとも1種の異種金属元素を添加した複合酸化物(Li1+aMn2-a-bMAbO4)において、式中のMAは、異種金属元素を示す。MAとしては、例えば、Al、Mg、Cr、Fe、Co、Niなどを例示することができ、これらの中では、Al、Mg、Crなどが好ましい。前記式中のaの値は、通常0.01〜0.2程度であり、好ましくは0.03〜0.15程度である。前記式中のbの値は、通常0.01〜0.2程度であり、好ましくは0.03〜0.15程度である。
【0015】
リチウムを量論比よりも過剰に含むリチウムマンガン複合酸化物Li1+xMn2-xO4において、式中のxは、通常0.01〜0.2程度であり、好ましくは0.03〜0.15程度である。
【0016】
本発明において用いるリチウムニッケル系複合酸化物としては、例えば、リチウムニッケル複合酸化物に少なくとも1種の異種金属元素を添加した複合酸化物(LiNi1-cMBcO2)などが挙げられる。
【0017】
リチウムニッケル複合酸化物に少なくとも1種の異種金属元素を添加した複合酸化物(LiNi1-cMBcO2)において、MBは異種金属元素を示す。MBとしては、例えば、Co、Al、Mnなどを例示することができる。前記式中のcは、通常0.01〜0.5程度、好ましくは0.1〜0.3程度である。
【0018】
本発明で正極活物質として使用する混合物中のリチウムマンガン系複合酸化物の割合は、リチウムマンガン系複合酸化物とリチウムニッケル系複合酸化物の合計を100重量部としたときに、通常70〜95重量部程度、好ましくは70〜85重量部程度である。リチウムニッケル系複合酸化物の割合は、リチウムマンガン系複合酸化物とリチウムニッケル系複合酸化物の合計を100重量部としたときに、通常5〜30重量部程度、好ましくは15〜30重量部程度である。上記範囲内とすることによって、容量向上及びサイクル特性改善効果をより確実に得ることができ、またより確実に安定な電池を得ることができる。
【0019】
正極活物質の平均粒径は、特に制限されず、従来の活物質の粒径と同程度とすることができる。正極活物質の平均粒径は、通常1〜60μm程度、好ましくは5〜40μm程度、より好ましくは10〜30μm程度である。なお、本明細書において、「平均粒径」とは、乾式レーザー回折測定法により得られた体積粒度分布における中心粒径を意味する。
【0020】
正極活物質の比表面積は、特に制限されないが、通常1m2/g以下程度であり、より好ましくは0.2〜0.7m2/g程度である。なお、本明細書において、「比表面積」とは、窒素ガスを使用するBET法による測定値を示す。
【0021】
本発明において用いる負極活物質は、黒鉛粒子からなるコア部表面を非晶質炭素により被覆した二重構造黒鉛粒子を少なくとも含む。即ち、前記二重構造黒鉛粒子のみを負極活物質として用いてもよく、または前記二重構造黒鉛粒子と他の成分との混合物を負極活物質として用いてもよい。例えば、前記二重構造黒鉛粒子と黒鉛化メソカーボンマイクロビーズとの混合物を例示することができる。
【0022】
二重構造黒鉛粒子のコア部である黒鉛粒子は、X線広角回折法による(002)面の面間隔(d002)が、通常0.34nm以下程度であり、より好ましくは0.3354〜0.338nm程度、さらに好ましくは0.3354〜0.336nm程度である。この値が大きすぎる場合には、コア部の結晶性が低くなるので、リチウムイオンの放出に伴う電位の変化が大きくなり電池として利用できる有効容量が低くなる。
【0023】
黒鉛系粒子コア部を被覆している非晶質炭素層の面間隔は、X線広角回折法による(002)面の面間隔(d002)が0.34nmを越える程度であり、より好ましくは0.34nmを越え0.38nm以下程度であり、さらに好ましくは0.34nmを越え0.36nm以下程度である。被覆層におけるこの値が小さすぎる場合には、結晶性が高すぎて、電解液の分解によるものと推測される充放電効率の低下が生じるとともに、充放電の繰り返しに伴う結晶の面間隔の膨張/収縮により、炭素材料が破壊される危険性が増大する。一方、(002)面の面間隔(d002)が大きすぎる場合には、リチウムイオンが移動し難くなり、電池として利用できる容量が小さくなる。本発明において用いる二重構造黒鉛粒子の製造方法は、特に限定されず、例えば、WO97/18160号などに記載されている公知の方法を用いることができる。
【0024】
黒鉛化メソカーボンマイクロビーズにおいて、X線広角回折法による(002)面の両面間隔(d002)は、通常0.34nm未満程度であり、より好ましくは0.3354〜0.338nm程度であり、さらに好ましくは0.3354〜0.336nm程度である。黒鉛化メソカーボンマイクロビーズの製造方法は、特に限定されるものではなく、例えば、特開平9-151382号公報に記載されている方法などの公知の方法を用いることができる。
【0025】
負極活物質として、二重構造黒鉛粒子と黒鉛化メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)との混合物を用いる場合、その混合比は特に制限されない。二重構造黒鉛粒子と黒鉛化メソカーボンマイクロビーズとの合計を100重量部とすると、二重構造黒鉛粒子は、通常50〜95重量部程度であり、好ましくは60〜80重量部程度である。MCMBを含む場合には、集電体に対する接着性が向上するので、バインダーの使用量を減らすことができる。その結果、電池容量を増大することができる。MCMBの混合量を上記範囲とすることによって、より確実に電池容量を増大することができる。
【0026】
負極活物質の平均粒径は、特に制限されず、例えば従来の活物質の粒径と同様とすることができる。平均粒径は、通常1〜60μm程度、好ましくは5〜40μm程度、より好ましくは10〜30μm程度である。
【0027】
負極活物質の比表面積は、特に制限されないが、通常0.2〜3m2/g程度であり、好ましくは0.2〜2.5m2/g程度である。
【0028】
本発明における負極活物質のリチウム吸蔵量は、満充電時にリチウムを活物質1g当り200mAh〜255mAh程度である。負極活物質のリチウム吸蔵量が小さすぎる場合には、電池の容量が小さくなりすぎ、一方、大きすぎる場合には、高温におけるサイクル寿命が極端に低下する。
【0029】
本発明の非水二次電池は、セパレータを備えていてもよい。セパレータは、特に限定されず公知のものを用いることができ、電池の耐熱性、所望の安全性などに応じて適宜決定することができる。セパレータの材質として、例えば、ポリオレフィン系材料(ポリエチレン、ポリプロピレンなど)などの微孔膜;ポリアミド、クラフト紙、ガラス、セルロース系材料(レーヨンなど)などの不織布などが挙げられる。
【0030】
セパレータの構成は、特に限定されるものではなく、例えば、単層又は複層のセパレータを用いることができる。複層とする場合には少なくとも1枚は不織布を用いることが好ましい。不織布を少なくとも1枚用いる場合には、サイクル特性が向上する。
【0031】
本発明の二次電池は、リチウム塩を含む非水系電解質を用いる。非水系電解質に含まれるリチウム塩は、特に制限されず、正極材料、負極材料などの種類、充電電圧などの使用条件などを総合的に考慮して、常法に従って公知のリチウム塩の中から適宜決定することができる。例えば、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6などを例示することができ、LiPF6、LiBF4が好ましい。
【0032】
非水系電解質に含まれる溶媒は、正極材料、負極材料などの種類、充電電圧などの使用条件などを総合的に考慮して、常法に従って適宜決定することができる。例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメトキシエタン、γ-ブチロラクトン、酢酸メチル、蟻酸メチルなどを例示することができる。溶媒は、1種を単独で用いても良く、または2種以上を併用してもよい。
【0033】
リチウム塩の濃度は、特に限定されるものではないが、溶媒1リットル当たり通常0.5〜2mol程度である。
【0034】
非水系電解質は、当然のことながら、水分含有量ができるだけ低いもの、具体的には水分含有量100ppm以下程度のものが好ましい。なお、本明細書で使用する「非水系電解質」という用語は、非水系電解液および有機電解液を含むものであり、さらにはゲル状ないし固体状の電解質も含む。
【0035】
本発明において用いる非水系電解質は、必要に応じて、ジスルフィド誘導体などの公知の添加剤を含んでいてもよい。これらの添加剤の配合量は、本発明の効果が奏される限り特に制限されないが、非水系電解質全体に対して、通常0.01〜5重量%程度である。
【0036】
本発明の正極及び負極は、所望の非水系二次電池の形状、特性などを考慮しつつ、公知の方法(例えば成形など)により作成することができる。より具体的には、活物質とバインダーと、必要に応じて導電材と有機溶媒とを含む混合物を集電体に塗布後、乾燥し、成形する方法などを例示することができる。
【0037】
バインダーは、特に限定されず、具体例として、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ四フッ化エチレンなどのフッ素系樹脂;フッ素ゴム、SBRなどのゴム系材料;ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン;アクリル樹脂などを例示でき、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)系材料が好ましく、特に、PVDF構造中に-COOH基などを導入した変性PVDFがより好ましい。
【0038】
バインダーの配合量は、本発明の正極または負極活物質の種類、粒径、形状、目的とする電極の厚み、強度などに応じて適宜決定すれば良く、特に限定されるものではないが、正極活物質または負極活物質を100重量部としたときに、通常1〜30重量部程度である。負極活物質として、二重構造黒鉛粒子と黒鉛化メソカーボンマイクロビーズとの混合物を用いた場合には、より少量のバインダーにより負極を製造することができる。前記混合物を負極活物質として用いる場合、バインダーの配合量は、負極活物質を100重量部としたときに、通常1〜10重量部程度としてもよい。
【0039】
導電材は、当該分野において公知の導電材を用いることができ、例えば、アセチレンブラック、天然黒鉛、人工黒鉛、ケッチェンブラックなどを例示することができる。
【0040】
正極における導電材の使用量は、特に制限されず、活物質の種類などに応じて適宜設定することができる。正極における導電材の使用量は、正極活物質を100重量部としたときに、通常20重量部以下程度である。負極においては、導電材は不用あるいは混合するとしても負極活物質100重量部に対して、通常0.1〜10重量部程度と少なくする方が本発明の効果を得やすい。
【0041】
有機溶媒としては、例えば、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)などを例示することができる。
【0042】
集電体は、特に限定されず、正極用集電体として、例えば、アルミ箔、負極用集電体として、例えば、銅箔、ステンレス鋼箔などが挙げられる。さらに、金属箔上あるいは金属の隙間に電極が形成可能であるもの、例えば、エキスパンドメタル、メッシュなどを正極用および負極用集電体として用いることができる。
【0043】
本発明の非水系二次電池の形状、大きさなどは、特に限定されるものではなく、それぞれの用途に応じて、円筒型、角型、薄型、箱型などの任意の形状を選択することができる。また、寸法も、用途などに応じて適宜選択することができる。
【0044】
【発明の効果】
本発明によると、サイクル寿命に優れた非水系二次電池を提供することができる。即ち、繰り返し使用した場合に、高い放電容量を維持できる非水系二次電池を提供することができる。
【0045】
本発明によると、安全性に優れた非水系二次電池を提供することができる。
【0046】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。本発明は、これら実施例の記載により限定されるものではない。
【0047】
実施例1
(1)リチウムマンガン系複合酸化物としてLi1.1Mn1.8Al0.1O4、リチウムニッケル系複合酸化物としてLiNi0.82Co0.18O2および導電材であるアセチレンブラックとを乾式混合した。バインダーであるポリフッ化ビニリデン(PVDF)を溶解させたN-メチル-2-ピロリドン(NMP)中に、得られた混合物を均一に分散させて、スラリー1を調製した。次いで、スラリー1を集電体となるアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥した後、プレスを行い、正極を得た。正極中の固形分比率(重量比)は、リチウムマンガン系複合酸化物:リチウムニッケル系複合酸化物:アセチレンブラック:PVDF=72:18:4:6とした。
【0048】
本実施例において、正極の塗布面積(W1×W2)は、50×30mm2である。また、電極にはスラリー1が塗布されていない集電部が設けられている。
【0049】
(2)二重構造黒鉛粒子(黒鉛粒子コアの(002)面の面間隔(d002)=0.34nm未満、被覆層の(002)面の面間隔(d002)=0.34nmを越える)と導電材であるアセチレンブラックを乾式混合した。バインダーであるPVDFを溶解させたNMP中に、得られた混合物を均一に分散させ、スラリー2を調製した。次いで、スラリー2を集電体となる銅箔の両面に塗布し、乾燥した後、プレスを行い負極を得た。ここでの負極活物質塗布量は、電池の満充電時のリチウム吸蔵量が活物質1g当り230mAhに相当する量とした。
【0050】
負極中の固形分比率(重量比)は、二重構造黒鉛粒子:アセチレンブラック:PVDF=93:2:6とした。
【0051】
負極の塗布面積(W1×W2)は、52×32mm2である。また、電極にはスラリー2が塗布されていない集電部が設けられている。
【0052】
さらに、上記と同様の手法により片面だけにスラリー2を塗布し、片面電極(負極)を作製した。片面電極は、後述の電極積層体において外側に配置される。
【0053】
(3)上記(1)項で得られた正極8枚と上記(2)項で得られた負極7枚(内片面2枚)とを、セパレータ(ポリエチレン製微孔膜;目付13.3g/m2)を介して交互に積層して、電極積層体を作製した。
【0054】
(4)上記(3)項で得られた電極積層体の正極集電部にアルミニウム製の正極端子を、負極集電部にニッケル製の負極端子をスポット溶接して取り付けた後、厚さ0.11mmのアルミニウム−樹脂ラミネートフィルム(アルミニウム層0.02mm)を外装体とした容器に収容し、エチレンカーボネート及びエチルメチルカーボネートを体積比30:70に混合した溶媒に1mol/lの濃度にLiPF6を溶解した電解液を注液、含浸した。その後、容器の内圧が0.1気圧となるように封口し扁平状の非水系二次電池を得た。
【0055】
(5)この電池を用いて「120mAの電流で4.2Vまで充電した後、4.2Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を合計8時間行い、続いて120mAの定電流で2.5Vまで放電する」充放電サイクルを1サイクルとして、100サイクル行った。また、サイクル特性を評価するために、1サイクルおよび100サイクル時点の放電容量から容量維持率を算出した。結果を表1に示す。
【0056】
また、安全性評価試験として、UL-1642に準じて過充電試験を行った。過充電試験は、電池を120mAの電流で4.2Vまで充電し、続いて4.2Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を合計8時間行なって満充電状態とした後、1C電流で過充電量250%まで充電を行なった。結果を表1に示す。
【0057】
実施例2
実施例1の(2)における負極活物質を二重構造黒鉛粒子と黒鉛化メソカーボンマイクロビーズの混合物とし、負極中の固形分比率(重量比)を、二重構造黒鉛粒子:アセチレンブラック:PVDF=64.4:27.6:2:6とした以外は、実施例1と同様の方法により電池を作成し、そのサイクル特性および容量維持率を測定すると共に、過充電試験を実施した。結果を表1に示す。
【0058】
比較例1
実施例1の(2)における負極活物質塗布量を、電池の満充電時のリチウム吸蔵量が活物質1g当り190mAhに相当する量とした以外は、実施例1と同様の方法により電池を作成し、そのサイクル特性および容量維持率を測定すると共に、過充電試験を実施した。結果を表1に示す。
【0059】
比較例2
実施例1の(2)における負極活物質塗布量を、電池の満充電時のリチウム吸蔵量が活物質1g当り260mAhに相当する量とした以外は、実施例1と同様の方法により電池を作成し、そのサイクル特性および容量維持率を測定すると共に、過充電試験を実施した。結果を表1に示す。
【0060】
比較例3
実施例1の(1)における正極活物質をリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)とした以外は、実施例1と同様の方法により、電池を作成し、サイクル特性および容量維持率を測定すると共に、過充電試験を実施した。結果を表1に示す。
【0061】
比較例4
実施例1の(2)における負極活物質を黒鉛化メソカーボンマイクロビーズのみとした以外は、実施例1と同様の方法により電池を作成し、サイクル特性および容量維持率を測定すると共に、過充電試験を実施した。結果を表1に示す。
【0062】
【表1】

Figure 0004085243
【0063】
表1に示す結果から明らかな様に、実施例1および2において製造した電池は、サイクル特性に優れ、且つ高い安全性を示した。
【0064】
実施例において製造した電池は、十分な電池容量を示すと共に、電解液の分解によるものと推測される充放電効率の低下が実質的に抑制され、負極活物質中の黒鉛構造の破壊も防止される。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-aqueous secondary battery.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in the field of small-sized secondary batteries for portable devices, nickel hydride batteries, lithium secondary batteries, etc. have been rapidly developed to meet the conflicting needs of miniaturization and high capacity, for example, 180 Wh / l. Batteries having the above volume energy density are commercially available. In particular, lithium ion batteries have the potential to achieve a volume energy density exceeding 350 Wh / l, and are more reliable in terms of safety and cycle characteristics than lithium secondary batteries that use metallic lithium as the negative electrode. Because of its superiority, its market is expanding dramatically.
As a positive electrode active material of such a lithium ion battery, a material having an electromotive force exceeding 4 V, such as a lithium cobalt composite oxide, a lithium nickel composite oxide, or a lithium manganese composite oxide, is used. Among these, lithium cobalt composite oxides that are excellent in battery characteristics and easy to synthesize are currently used in the largest amount.
[0003]
However, since cobalt, which is a raw material, has a small recoverable reserve and is expensive, the use of lithium nickel composite oxide as an alternative material has been studied. The lithium nickel composite oxide has a layered rock salt structure like the lithium cobalt composite oxide, and is a high capacity material exceeding 200 mAh / g.
[0004]
However, lithium-nickel composite oxide is produced by Ni 4+ Oxygen desorption from the crystal lattice due to the chemical instability and the unstable structure of the lithium-nickel composite oxide in a highly charged state where a large amount of lithium is extracted from the structure. There is a problem that the separation start temperature is low. For example, Solid State Ionics, 69, No. 3/4, 265 (1994) reports that “the start of oxygen desorption of lithium nickel composite oxide in the charged state is lower than that of conventional lithium cobalt oxide”. Has been. For these reasons, a battery using a lithium nickel composite oxide alone as a positive electrode active material has a problem in terms of thermal stability in a high charge state even though a high capacity can be obtained. It has not been put to practical use until now because sufficient properties cannot be secured.
On the other hand, since lithium manganese composite oxide has a spinel crystal structure, it is structurally different from lithium cobalt composite oxide and lithium nickel composite oxide having a layered rock salt structure. Due to the difference in structure, the oxygen desorption start temperature in the high charge state of the lithium manganese composite oxide is higher than that of the lithium cobalt composite oxide and the lithium nickel composite oxide. That is, the lithium manganese composite oxide is a highly safe positive electrode material.
However, a lithium secondary battery using a lithium-manganese composite oxide as a positive electrode causes so-called “capacity deterioration” in which the capacity is gradually reduced by repeated charge and discharge. For this reason, its practical use has been difficult.
Generally, lithium ion batteries are required to have safety and excellent cycle life. However, a battery using a lithium nickel composite oxide as a positive electrode active material has a problem in that it lacks thermal stability during high charge. In addition, although the battery using lithium manganese composite oxide is highly safe, (1) it is difficult to achieve both high energy density (high charge / discharge capacity) and high cycle life, and (2) self-discharge. There are two problems that the storage capacity decreases.
First, in a battery using a lithium-manganese composite oxide, the reasons why high capacity cannot be realized include non-uniform reaction during composite oxide synthesis and the influence of mixed impurities. In addition, as a cause of capacity deterioration due to charge / discharge cycles, the average valence of Mn ions changes between trivalent and tetravalent as charge compensation accompanying Li in / out, and therefore the Jahn-Teller strain is crystallized. That occurs in, that Mn from the lithium manganese composite oxide is eluted, that the eluted Mn is precipitated on the negative electrode active material or on the separator, and further, the influence of impurities, The inactivation due to the release of the active material particles, the influence of the acid generated in the electrolyte due to the water content, and the deterioration of the electrolyte due to the release of oxygen from the lithium manganese composite oxide are considered. When a spinel single phase is formed, the cause of elution of Mn is that trivalent Mn in the spinel structure is easily dissolved in the electrolytic solution by partially disproportionating to tetravalent and divalent It may be shaped, or it may be eluted due to the relative shortage of Li ions. As a result, generation of irreversible capacity due to repeated charge and discharge, and disorder of atomic arrangement in the crystal are promoted, and eluted Mn ions are deposited on the negative electrode or separator, preventing the movement of Li ions. Guessed. In addition, the lithium manganese composite oxide is distorted by the Jahn-Teller effect and is expanded and contracted by several% of the unit cell length by taking in and out Li ions. Therefore, by repeating the charge / discharge cycle, it is assumed that the particles do not function as an active material due to partial electrical isolation of the particles.
Furthermore, it is considered that the release of oxygen from the lithium manganese composite oxide becomes easier with the elution of Mn. When the amount of released oxygen increases, it is presumed that the decomposition of the electrolytic solution is promoted, and it is presumed that the charge / discharge cycle deterioration due to the deterioration of the electrolytic solution also occurs.
Realizing such suppression of Mn elution, reduction of lattice distortion, reduction of oxygen vacancies, etc. is important in improving the cycle characteristics of lithium batteries. Japanese Patent Laid-Open No. 2-270268 proposes to improve the cycle characteristics by making the composition of Li sufficiently excessive with respect to the stoichiometric ratio. Furthermore, a proposal has been made to improve the cycle characteristics by replacing a part of the Mn element of the lithium manganese composite oxide with addition or doping of Co, Ni, Fe, Cr, Al or the like (Japanese Patent Laid-Open No. 4-141954). JP, 4-160758, JP-A-4-69076, JP-A-4-237970, JP-A-4-825560, JP-A-4-89662, etc.). These techniques such as excessive Li composition and addition of metal elements are effective in improving cycle characteristics, but conversely are accompanied by a reduction in charge / discharge capacity, so both high cycle life and high capacity are satisfied. It has not reached.
[0005]
As a negative electrode active material for small batteries, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 57-208079 and 63-24555 are excellent in flexibility and have no risk of lithium being deposited in a dendritic shape during a charge / discharge cycle. Proposes graphite. Currently, graphite-based materials such as natural graphite, artificial graphite, graphite with reduced impurities by acid treatment, mesocarbon microbeads, and graphitized carbon fiber have the property of forming intercalation compounds based on a unique layer structure. As a secondary battery electrode material utilizing this property, it has been put to practical use. Furthermore, the use of materials with low crystallinity has also been proposed. For example, JP-A-63-24555 discloses various carbon materials having a turbostratic structure and selective orientation obtained by thermally decomposing hydrocarbons in the gas phase in order to suppress decomposition of the electrolyte. is doing.
[0006]
However, these highly crystalline materials have advantages and disadvantages.
[0007]
It is known that when a highly crystalline carbon material typified by graphite is used as the negative electrode material, theoretically, the change in potential associated with insertion and extraction of lithium is reduced, and the capacity usable as a battery is increased. It has been.
[0008]
However, as the crystallinity of the carbon material increases, the charge / discharge efficiency, which is believed to be associated with the decomposition of the electrolyte, is reduced, and the carbon material is destroyed due to the expansion / contraction of the crystal that accompanies repeated charge / discharge. To.
[0009]
Moreover, when these graphite-type carbon materials are used for a negative electrode and the positive electrode containing lithium manganese complex oxide with high safety | security is used, cycle capacity falls significantly. This phenomenon is remarkable when the utilization factor of the negative electrode active material is 255 mAh per 1 g of the active material. The cause of this is not clear, but the graphite-based material has a low potential during charging / discharging, so manganese eluate present in the electrolyte during charging / discharging deposits on the surface, and is involved in decomposition of the electrolyte, gas generation, etc. It seems to be.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and has as its main object to provide a non-aqueous secondary battery having a long cycle life and excellent safety.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
As a result of conducting research while paying attention to the current state of the technology as described above, the present inventor succeeded in achieving the above object by using a specific active material or the like.
That is, the present invention relates to the following non-aqueous secondary battery.
1. In a nonaqueous secondary battery in which a nonaqueous electrolyte containing a positive electrode, a negative electrode, and a lithium salt is contained in a battery container, the positive electrode active material in the positive electrode is a mixture composed of a lithium manganese composite oxide and a lithium nickel composite oxide. And the negative electrode active material in the negative electrode is an amorphous carbon layer having a surface spacing of (002) planes (d002) of 0.34 nm or less by an X-ray wide angle diffraction method with a surface spacing of 0.34 nm or more. A non-aqueous secondary battery comprising at least double-structured graphite particles coated with lithium and storing lithium at 200 mAh to 255 mAh per gram of negative electrode active material when fully charged.
2. 2. The nonaqueous secondary battery according to 1 above, wherein the negative electrode active material further contains graphitized mesocarbon microbeads.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the nonaqueous secondary battery of the present invention, a mixture of a lithium manganese composite oxide and a lithium nickel composite oxide is used as the positive electrode active material.
[0013]
As the lithium manganese composite oxide used in the present invention, for example, lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O Four ), A composite oxide obtained by adding at least one dissimilar metal element to a lithium manganese composite oxide (Li 1 + a Mn 2-ab MA b O Four ), Lithium manganese composite oxide (Li 1 + x Mn 2-x O Four ) And the like.
[0014]
Lithium manganese complex oxide with at least one dissimilar metal element added (Li 1 + a Mn 2-ab MA b O Four ), MA in the formula represents a dissimilar metal element. As MA, for example, Al, Mg, Cr, Fe, Co, Ni and the like can be exemplified, and among these, Al, Mg, Cr and the like are preferable. The value of a in the above formula is usually about 0.01 to 0.2, preferably about 0.03 to 0.15. The value of b in the above formula is usually about 0.01 to 0.2, preferably about 0.03 to 0.15.
[0015]
Lithium manganese composite oxide Li containing lithium in excess of the stoichiometric ratio 1 + x Mn 2-x O Four In the formula, x in the formula is usually about 0.01 to 0.2, preferably about 0.03 to 0.15.
[0016]
As the lithium nickel composite oxide used in the present invention, for example, a composite oxide obtained by adding at least one different metal element to a lithium nickel composite oxide (LiNi 1-c MB c O 2 ) And the like.
[0017]
Lithium nickel composite oxide with at least one different metal element added (LiNi 1-c MB c O 2 ), MB represents a different metal element. Examples of MB include Co, Al, Mn, and the like. C in the formula is usually about 0.01 to 0.5, preferably about 0.1 to 0.3.
[0018]
The proportion of the lithium manganese composite oxide in the mixture used as the positive electrode active material in the present invention is usually 70 to 95 when the total of the lithium manganese composite oxide and the lithium nickel composite oxide is 100 parts by weight. About part by weight, preferably about 70 to 85 parts by weight. The proportion of the lithium nickel composite oxide is usually about 5 to 30 parts by weight, preferably about 15 to 30 parts by weight when the total of the lithium manganese composite oxide and the lithium nickel composite oxide is 100 parts by weight. It is. By setting it within the above range, it is possible to more reliably obtain an effect of improving the capacity and cycle characteristics, and it is possible to obtain a more stable battery.
[0019]
The average particle diameter of the positive electrode active material is not particularly limited, and can be approximately the same as the particle diameter of the conventional active material. The average particle diameter of the positive electrode active material is usually about 1 to 60 μm, preferably about 5 to 40 μm, more preferably about 10 to 30 μm. In the present specification, the “average particle size” means the center particle size in the volume particle size distribution obtained by the dry laser diffraction measurement method.
[0020]
The specific surface area of the positive electrode active material is not particularly limited, but is usually 1 m 2 / g or less, more preferably 0.2 to 0.7 m 2 It is about / g. In the present specification, “specific surface area” refers to a value measured by the BET method using nitrogen gas.
[0021]
The negative electrode active material used in the present invention includes at least double-structure graphite particles in which the surface of the core portion made of graphite particles is coated with amorphous carbon. That is, only the double structure graphite particles may be used as the negative electrode active material, or a mixture of the double structure graphite particles and other components may be used as the negative electrode active material. For example, a mixture of the double-structured graphite particles and graphitized mesocarbon microbeads can be exemplified.
[0022]
The graphite particles that are the core of the double-structured graphite particles have a (002) plane spacing (d002) of about 0.34 nm or less, more preferably about 0.3354 to 0.338 nm, more preferably about 0.3354 to 0.338 nm. Preferably, it is about 0.3354 to 0.336 nm. When this value is too large, the crystallinity of the core portion becomes low, so that the potential change accompanying the release of lithium ions becomes large, and the effective capacity that can be used as a battery becomes low.
[0023]
The interplanar spacing of the amorphous carbon layer covering the graphite-based particle core is such that the interplanar spacing (d002) of the (002) plane by X-ray wide angle diffraction method exceeds 0.34 nm, more preferably 0.34 nm More than 0.38 nm, more preferably more than 0.34 nm and not more than 0.36 nm. If this value in the coating layer is too small, the crystallinity is too high, resulting in a decrease in charge / discharge efficiency presumed to be due to the decomposition of the electrolyte solution, and expansion of the interplanar spacing of crystals due to repeated charge / discharge / Shrinking increases the risk of destruction of the carbon material. On the other hand, when the surface interval (d002) of the (002) plane is too large, lithium ions are difficult to move, and the capacity that can be used as a battery is reduced. The production method of the double structure graphite particles used in the present invention is not particularly limited, and for example, a known method described in WO97 / 18160 or the like can be used.
[0024]
In the graphitized mesocarbon microbeads, the distance between both surfaces (d002) of the (002) plane by the X-ray wide angle diffraction method is usually less than about 0.34 nm, more preferably about 0.3354 to 0.338 nm, and still more preferably 0.3354 to It is about 0.336 nm. The method for producing graphitized mesocarbon microbeads is not particularly limited, and for example, a known method such as the method described in JP-A-9-151382 can be used.
[0025]
When a mixture of double structure graphite particles and graphitized mesocarbon microbeads (MCMB) is used as the negative electrode active material, the mixing ratio is not particularly limited. When the total of the double structure graphite particles and the graphitized mesocarbon microbeads is 100 parts by weight, the double structure graphite particles are usually about 50 to 95 parts by weight, and preferably about 60 to 80 parts by weight. When MCMB is included, adhesion to the current collector is improved, so that the amount of binder used can be reduced. As a result, the battery capacity can be increased. By setting the amount of MCMB to be in the above range, the battery capacity can be increased more reliably.
[0026]
The average particle diameter of the negative electrode active material is not particularly limited, and can be the same as, for example, the particle diameter of a conventional active material. The average particle size is usually about 1 to 60 μm, preferably about 5 to 40 μm, more preferably about 10 to 30 μm.
[0027]
The specific surface area of the negative electrode active material is not particularly limited, but is usually 0.2 to 3 m. 2 / g, preferably 0.2 to 2.5 m 2 It is about / g.
[0028]
The lithium occlusion amount of the negative electrode active material in the present invention is about 200 mAh to 255 mAh per gram of active material when fully charged. When the lithium storage capacity of the negative electrode active material is too small, the capacity of the battery becomes too small. On the other hand, when it is too large, the cycle life at high temperatures is extremely reduced.
[0029]
The nonaqueous secondary battery of the present invention may include a separator. The separator is not particularly limited, and a known separator can be used, and can be appropriately determined according to the heat resistance of the battery, desired safety, and the like. Examples of the material of the separator include microporous membranes such as polyolefin-based materials (polyethylene, polypropylene, etc.); non-woven fabrics such as polyamide, kraft paper, glass, and cellulose-based materials (rayon, etc.).
[0030]
The structure of a separator is not specifically limited, For example, a single layer or a multilayer separator can be used. In the case of a multilayer, it is preferable to use at least one nonwoven fabric. When at least one nonwoven fabric is used, cycle characteristics are improved.
[0031]
The secondary battery of the present invention uses a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt. The lithium salt contained in the non-aqueous electrolyte is not particularly limited, and is appropriately selected from known lithium salts according to a conventional method in consideration of the types of positive electrode material, negative electrode material, usage conditions such as charging voltage, etc. Can be determined. For example, LiPF 6 , LiClO Four , LiBF Four , LiAsF 6 , LiSbF 6 Etc., LiPF 6 , LiBF Four Is preferred.
[0032]
The solvent contained in the non-aqueous electrolyte can be appropriately determined according to a conventional method in consideration of the types of positive electrode material and negative electrode material, usage conditions such as charging voltage, and the like. For example, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethoxyethane, γ-butyrolactone, methyl acetate, methyl formate and the like can be exemplified. A solvent may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
[0033]
The concentration of the lithium salt is not particularly limited, but is usually about 0.5 to 2 mol per liter of solvent.
[0034]
As a matter of course, the non-aqueous electrolyte preferably has a water content as low as possible, specifically, a water content of about 100 ppm or less. The term “non-aqueous electrolyte” used in the present specification includes a non-aqueous electrolyte solution and an organic electrolyte solution, and further includes a gel-like or solid electrolyte.
[0035]
The non-aqueous electrolyte used in the present invention may contain a known additive such as a disulfide derivative, if necessary. The blending amount of these additives is not particularly limited as long as the effect of the present invention is exhibited, but is usually about 0.01 to 5% by weight with respect to the whole non-aqueous electrolyte.
[0036]
The positive electrode and the negative electrode of the present invention can be prepared by a known method (for example, molding) in consideration of the shape and characteristics of a desired nonaqueous secondary battery. More specifically, a method of applying a mixture containing an active material, a binder, and, if necessary, a conductive material and an organic solvent to a current collector, drying and molding can be exemplified.
[0037]
The binder is not particularly limited, and specific examples include fluorine resins such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene; rubber materials such as fluoro rubber and SBR; polyolefins such as polyethylene and polypropylene; acrylic resins and the like Polyvinylidene fluoride (PVDF) -based material is preferable, and modified PVDF in which a —COOH group or the like is introduced into the PVDF structure is particularly preferable.
[0038]
The blending amount of the binder may be appropriately determined according to the type, particle size, shape, target electrode thickness, strength, etc. of the positive electrode or negative electrode active material of the present invention, and is not particularly limited. When the active material or negative electrode active material is 100 parts by weight, it is usually about 1 to 30 parts by weight. When a mixture of double-structured graphite particles and graphitized mesocarbon microbeads is used as the negative electrode active material, the negative electrode can be produced with a smaller amount of binder. When using the said mixture as a negative electrode active material, the compounding quantity of a binder is good also as about 1-10 weight part normally, when a negative electrode active material is 100 weight part.
[0039]
As the conductive material, a conductive material known in the art can be used, and examples thereof include acetylene black, natural graphite, artificial graphite, and ketjen black.
[0040]
The usage-amount of the electrically conductive material in a positive electrode is not restrict | limited in particular, It can set suitably according to the kind etc. of active material. The amount of conductive material used in the positive electrode is usually about 20 parts by weight or less when the positive electrode active material is 100 parts by weight. In the negative electrode, even if a conductive material is not used or mixed, the effect of the present invention can be easily obtained by reducing the amount to about 0.1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material.
[0041]
Examples of the organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N-dimethylformamide (DMF) and the like.
[0042]
The current collector is not particularly limited, and examples of the positive electrode current collector include aluminum foil, and examples of the negative electrode current collector include copper foil and stainless steel foil. Furthermore, what can form an electrode on metal foil or a metal gap, for example, expanded metal, mesh, etc., can be used as a current collector for a positive electrode and a negative electrode.
[0043]
The shape, size, etc. of the non-aqueous secondary battery of the present invention are not particularly limited, and an arbitrary shape such as a cylindrical shape, a rectangular shape, a thin shape, a box shape, etc., is selected according to each application. Can do. Also, the dimensions can be appropriately selected depending on the application.
[0044]
【The invention's effect】
According to the present invention, a nonaqueous secondary battery having an excellent cycle life can be provided. That is, a non-aqueous secondary battery that can maintain a high discharge capacity when used repeatedly can be provided.
[0045]
According to the present invention, a non-aqueous secondary battery excellent in safety can be provided.
[0046]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The present invention is not limited by the description of these examples.
[0047]
Example 1
(1) Li as the lithium manganese complex oxide 1.1 Mn 1.8 Al 0.1 O Four LiNi as a lithium nickel composite oxide 0.82 Co 0.18 O 2 Then, acetylene black as a conductive material was dry mixed. A slurry 1 was prepared by uniformly dispersing the obtained mixture in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) in which polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder was dissolved. Next, slurry 1 was applied to both surfaces of an aluminum foil serving as a current collector, dried, and then pressed to obtain a positive electrode. The solid content ratio (weight ratio) in the positive electrode was lithium manganese composite oxide: lithium nickel composite oxide: acetylene black: PVDF = 72: 18: 4: 6.
[0048]
In this example, the positive electrode coating area (W1 × W2) is 50 × 30 mm. 2 It is. In addition, the electrode is provided with a current collector not coated with the slurry 1.
[0049]
(2) Double-structure graphite particles (interplanar spacing of (002) plane of graphite particle core (d002) = 0.34 nm, interplanar spacing of (002) plane of coating layer (d002) = 0.34 nm) and conductive material The acetylene black which is is dry mixed. The obtained mixture was uniformly dispersed in NMP in which PVDF as a binder was dissolved to prepare slurry 2. Next, slurry 2 was applied to both sides of a copper foil serving as a current collector, dried, and then pressed to obtain a negative electrode. The amount of negative electrode active material applied here was such that the amount of lithium occlusion when the battery was fully charged was equivalent to 230 mAh per gram of active material.
[0050]
The solid content ratio (weight ratio) in the negative electrode was set to double-structured graphite particles: acetylene black: PVDF = 93: 2: 6.
[0051]
Negative electrode application area (W1 x W2) is 52 x 32 mm 2 It is. In addition, the electrode is provided with a current collecting portion to which the slurry 2 is not applied.
[0052]
Further, the slurry 2 was applied only on one side by the same method as described above, to produce a single-sided electrode (negative electrode). A single-sided electrode is arrange | positioned outside in the electrode laminated body mentioned later.
[0053]
(3) Eight positive electrodes obtained in the above item (1) and seven negative electrodes (two inner surfaces) obtained in the above item (2) were separated into separators (polyethylene microporous membrane; basis weight 13.3 g / m). 2 ) Were alternately laminated to produce an electrode laminate.
[0054]
(4) After the aluminum positive electrode terminal is attached to the positive electrode current collector of the electrode laminate obtained in the above (3) and the nickel negative electrode terminal is attached to the negative electrode current collector by spot welding, the thickness is 0.11. The aluminum-resin laminated film (aluminum layer 0.02mm) of mm is housed in a container with an outer casing, and LiPF is added at a concentration of 1 mol / l in a solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate are mixed at a volume ratio of 30:70. 6 The electrolyte solution in which the solution was dissolved was injected and impregnated. Thereafter, the container was sealed so that the internal pressure was 0.1 atm, and a flat non-aqueous secondary battery was obtained.
[0055]
(5) Using this battery, after charging to 4.2V with a current of 120mA, perform constant current and constant voltage charging to apply a constant voltage of 4.2V for a total of 8 hours, then discharge to 2.5V with a constant current of 120mA. The charging / discharging cycle was set to 1 cycle, and 100 cycles were performed. Further, in order to evaluate the cycle characteristics, the capacity retention rate was calculated from the discharge capacities at 1 cycle and 100 cycles. The results are shown in Table 1.
[0056]
In addition, as a safety evaluation test, an overcharge test was performed according to UL-1642. In the overcharge test, the battery was charged to 4.2 V with a current of 120 mA, followed by constant current and constant voltage charging that applied a constant voltage of 4.2 V for a total of 8 hours, and then overcharged with 1 C current. The battery was charged to an amount of 250%. The results are shown in Table 1.
[0057]
Example 2
The negative electrode active material in Example 1 (2) is a mixture of double-structured graphite particles and graphitized mesocarbon microbeads, and the solid content ratio (weight ratio) in the negative electrode is determined as double-structured graphite particles: acetylene black: PVDF = 64.4: 27.6: 2: 6 A battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that the cycle characteristics and capacity retention rate were measured, and an overcharge test was performed. The results are shown in Table 1.
[0058]
Comparative Example 1
A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the negative electrode active material applied in (2) of Example 1 was set so that the lithium occlusion amount when the battery was fully charged was equivalent to 190 mAh per gram of active material. The cycle characteristics and capacity retention rate were measured, and an overcharge test was performed. The results are shown in Table 1.
[0059]
Comparative Example 2
A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of negative electrode active material applied in (2) of Example 1 was changed to an amount corresponding to 260 mAh per 1 g of active material of the lithium storage amount when the battery was fully charged. The cycle characteristics and capacity retention rate were measured, and an overcharge test was performed. The results are shown in Table 1.
[0060]
Comparative Example 3
The positive electrode active material in Example 1 (1) is a lithium cobalt composite oxide (LiCoO). 2 Except for the above, a battery was prepared in the same manner as in Example 1, and the cycle characteristics and capacity retention rate were measured, and an overcharge test was performed. The results are shown in Table 1.
[0061]
Comparative Example 4
A battery was prepared by the same method as in Example 1 except that the negative electrode active material in (2) of Example 1 was only graphitized mesocarbon microbeads, and the cycle characteristics and capacity retention were measured. The test was conducted. The results are shown in Table 1.
[0062]
[Table 1]
Figure 0004085243
[0063]
As is apparent from the results shown in Table 1, the batteries produced in Examples 1 and 2 were excellent in cycle characteristics and exhibited high safety.
[0064]
The batteries manufactured in the examples show sufficient battery capacity, and the decrease in charge / discharge efficiency presumed to be caused by the decomposition of the electrolyte is substantially suppressed, and the destruction of the graphite structure in the negative electrode active material is also prevented. The

Claims (2)

正極、負極及びリチウム塩を含む非水系電解質を電池容器に収容した非水系二次電池において、
前記正極における正極活物質が、リチウムマンガン系複合酸化物とリチウムニッケル系複合酸化物とからなる混合物であり、
前記負極における負極活物質が、X線広角回折法による(002)面の面間隔(d002)が0.34nm以下である黒鉛系粒子の表面を、面間隔0.34nmを超える非晶質炭素層で被覆した二重構造黒鉛粒子を少なくとも含み、
該二次電池の設計された充電条件で満充電とした際に、リチウムを、充放電可能なリチウム量として、負極活物質1g当り200mAh〜255mAh吸蔵することを特徴とする非水系二次電池。
In a non-aqueous secondary battery in which a non-aqueous electrolyte containing a positive electrode, a negative electrode and a lithium salt is housed in a battery container,
The positive electrode active material in the positive electrode is a mixture composed of a lithium manganese composite oxide and a lithium nickel composite oxide,
The negative electrode active material in the negative electrode is coated with an amorphous carbon layer having a surface spacing of 0.34 nm or more on the surface of the graphite particles having a (002) plane spacing (d002) of 0.34 nm or less by X-ray wide angle diffraction method. Comprising at least double-structured graphite particles,
A non-aqueous secondary battery that stores 200 mAh to 255 mAh per gram of negative electrode active material as a chargeable / dischargeable lithium amount when fully charged under the designed charging conditions of the secondary battery.
負極活物質が、更に、黒鉛化メソカーボンマイクロビーズを含むことを特徴とする請求項1に記載の非水系二次電池。The nonaqueous secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material further contains graphitized mesocarbon microbeads.
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