JP5235307B2 - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、非水電解質二次電池に関し、特に、正極活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO2)にジルコニウム、チタン、アルミニウム、マグネシウムの少なくとも1種の異種元素が均質に分散された異種金属元素添加コバルト酸リチウムを用いた、サイクル特性に優れているとともに電池容量が大きい非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and in particular, the addition of a dissimilar metal element in which at least one dissimilar element of zirconium, titanium, aluminum, and magnesium is homogeneously dispersed in lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery using lithium cobalt oxide and having excellent cycle characteristics and a large battery capacity.
携帯型の電子機器の急速な普及に伴い、それに使用される電池への要求仕様は、年々厳しくなり、特に小型・薄型化、高容量でサイクル特性が優れ、性能の安定したものが要求されている。そして、二次電池分野では他の電池に比べて高エネルギー密度であるリチウム非水電解質二次電池が注目され、このリチウム非水電解質二次電池の占める割合は二次電池市場において大きな伸びを示している。 With the rapid spread of portable electronic devices, the required specifications for the batteries used for them are becoming stricter year by year, and in particular, small and thin, high capacity, excellent cycle characteristics, and stable performance are required. Yes. In the field of secondary batteries, lithium non-aqueous electrolyte secondary batteries, which have a higher energy density than other batteries, are attracting attention, and the proportion of lithium non-aqueous electrolyte secondary batteries shows a significant increase in the secondary battery market. ing.
図1は、従来から作製されている円筒形の非水電解質二次電池を縦方向に切断して示す斜視図である。この非水電解質二次電池10は、正極11と負極12とがセパレータ13を介して巻回された渦巻状電極体14を使用し、この渦巻状電極体14の上下にそれぞれ絶縁板15及び16を配置した後、これを負極端子を兼ねるスチール製の円筒形の電池外装缶17の内部に収容し、負極12の集電タブ12aを電池外装缶17の内側底部に溶接するとともに正極11の集電タブ11aを安全装置が組み込まれた電流遮断封口体18の底板部に溶接し、この電池外装缶17の開口部から所定の非水電解液を注入した後、電流遮断封口体18によって電池外装缶17を密閉することにより製造されている。このような非水電解質二次電池は、電池性能や電池の信頼性が高いという優れた効果を奏するものである。
FIG. 1 is a perspective view showing a conventional cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery cut in the longitudinal direction. The non-aqueous electrolyte
この非水電解質二次電池に使用される負極活物質としては、黒鉛、非晶質炭素などの炭素質材料が広く用いられている。その理由は、炭素質材料は、リチウム金属やリチウム合金に匹敵する放電電位を有しながらも、デンドライトが成長することがないために安全性が高く、さらに初期効率に優れ、電位平坦性も良好であり、また、密度も高いという優れた性質を有しているためである。 As a negative electrode active material used in this non-aqueous electrolyte secondary battery, carbonaceous materials such as graphite and amorphous carbon are widely used. The reason is that the carbonaceous material has a discharge potential comparable to that of lithium metal or lithium alloy, but has high safety because dendrites do not grow, and further has excellent initial efficiency and potential flatness. Moreover, it is because it has the outstanding property that density is also high.
また、非水電解液の非水溶媒としては、カーボネート類、ラクトン類、エーテル類、エステル類などが単独であるいは2種類以上が混合されて使用されているが、これらの中では特に誘電率が大きく、非水電解液のイオン伝導度が大きいカーボネート類が多く使用されている。 In addition, as the non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte, carbonates, lactones, ethers, esters and the like are used alone or in combination of two or more, and among these, the dielectric constant is particularly high. Many carbonates which are large and have a high ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte are used.
また、正極活物質としては、LiCoO2、LiMnO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiFeO2等のリチウム複合酸化物が炭素材料からなる負極と組み合わせることにより高エネルギー密度の4V級の非水電解質二次電池が得られることが知られている。このうち、特に各種電池特性が他のものに対して優れていることから、LiCoO2が多く使用されている。しかし、コバルトは高価であると共に資源としての存在量が少ないため、このLiCoO2を非水電解質二次電池の正極活物質として使用し続けるには非水電解質二次電池のさらなる高性能化及び高寿命化が望まれている。 As the cathode active material, LiCoO 2, LiMnO 2, LiMn 2 O 4, LiNiO 2, LiFeO lithium composite oxide such as 2 4V-grade non-aqueous electrolyte of high energy density by combining a negative electrode made of a carbon material It is known that a secondary battery can be obtained. Of these, LiCoO 2 is often used because various battery characteristics are superior to others. However, since cobalt is expensive and has a small abundance as a resource, in order to continue using this LiCoO 2 as a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, the performance and performance of the non-aqueous electrolyte secondary battery are further improved. Life expectancy is desired.
このようなLiCoO2を正極活物質として用いた非水電解質二次電池の更なる高性能化及び高寿命化には、電池の高容量化及びサイクル寿命の向上が必須の課題である。ところで、下記特許文献1には、正極活物質としてLiCoO2を93〜91.5質量部、BET比表面積が100〜400m2/g及びDBP吸油量が100〜300ml/100gのカーボンブラックを3〜4.5質量部、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)を4質量部含む正極合剤を用いた正極を備えた非水電解質二次電池は、500サイクル後に初期容量の82〜89%の容量を確保できることが示されている。 In order to further improve the performance and life of a non-aqueous electrolyte secondary battery using such LiCoO 2 as a positive electrode active material, it is essential to increase the capacity of the battery and improve the cycle life. By the way, in Patent Document 1 below, 3 to 91.5 parts by mass of LiCoO 2 as a positive electrode active material, 3 to 3 carbon black having a BET specific surface area of 100 to 400 m 2 / g and a DBP oil absorption of 100 to 300 ml / 100 g are used. The nonaqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode using a positive electrode mixture containing 4.5 parts by mass and 4 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder has a capacity of 82 to 89% of the initial capacity after 500 cycles. It is shown that can be secured.
下記特許文献1に開示されている非水電解質二次電池は、優れたサイクル特性が得られているが、カーボンブラックは正極合剤の3.2〜4.9質量部、PVdFが4質量部もの多量に添加されており、その分だけLiCoO2の含有割合が低くなるために電池容量は小さくなる。加えて、上記特許文献1には、前記カーボンブラックの含有量を減らしてLiCoO2の含有割合を増大させるため、正極合剤中のLiCoO2を93.5質量部、前記カーボンブラックを2.5質量部、PVdFを4質量部となるようにすると、500サイクル後の電池容量は初期容量の77%まで低下することも示されている。 The non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed in Patent Document 1 below has excellent cycle characteristics, but carbon black is 3.2 to 4.9 parts by mass of the positive electrode mixture, and PVdF is 4 parts by mass. A large amount is added, and the content ratio of LiCoO 2 is reduced accordingly, so the battery capacity is reduced. In addition, the Patent Document 1, to increase the content of reducing the content of LiCoO 2 of the carbon black, 93.5 parts by mass of LiCoO 2 in the positive electrode mixture, the carbon black 2.5 It is also shown that when the mass part and PVdF are 4 parts by mass, the battery capacity after 500 cycles is reduced to 77% of the initial capacity.
一方、正極活物質であるLiCoO2は、充電時にリチウム基準で4V以上の電位に曝されるため、充放電サイクルを重ねるとLiCoO2中のコバルトが溶出することによって劣化し、負荷性能が低下するとともに放電容量が低下する。そこで、正極活物質であるLiCoO2の合成時に、他の遷移元素Mを添加含有させ、一般式LiCo1−xMxO2で表される異種金属元素添加コバルト酸リチウムとしたものが採用されるようになってきている。この一般式LiCo1−xMxO2で表される異種金属元素添加コバルト酸リチウムは、使用時のコバルトの溶出が抑制されるため、LiCoO2を単独で使用した場合と同等ないしはそれ以上の各種電池特性が達成されている。 On the other hand, LiCoO 2 which is a positive electrode active material is exposed to a potential of 4 V or more on the basis of lithium at the time of charging. Therefore, when charging / discharging cycles are repeated, cobalt in LiCoO 2 is eluted and deteriorates, and load performance is reduced. At the same time, the discharge capacity decreases. Therefore, during the synthesis of LiCoO 2 that is the positive electrode active material, another transition element M is added and a different metal element added lithium cobalt oxide represented by the general formula LiCo 1-x M x O 2 is adopted. It is becoming. Since the elution of cobalt at the time of use of the dissimilar metal element-added lithium cobalt oxide represented by the general formula LiCo 1-x M x O 2 is suppressed, it is equal to or more than that when LiCoO 2 is used alone. Various battery characteristics have been achieved.
たとえば、下記特許文献2には、正極活物質としてリチウム化合物と添加元素Mを共沈することにより得られた異種金属元素添加共沈酸化コバルト(ただし、添加元素Mは、Mg、Al、Cu、Znの中から選ばれる少なくとも1種)を用いることにより、活物質比容量が高く、優れた充放電サイクル特性を有し、電池厚み増加を抑制し得る非水電解質二次電池が得られることが示されている。同じく下記特許文献3には、正極活物質として一般式LixCoyMzO2(式中、MはMg、Al、Si、Ti、Zn、Zr及びSnから選択された少なくとも1種の元素を示す)で表される異種金属元素添加コバルト酸リチウムを使用すると、相転移が抑制され、結晶構造の崩壊が少なく、高容量を維持しつつ充電時の熱安定性が改善されるとともに、良好な充放電特性を実現し得ることが示されている。 For example, in Patent Document 2 below, a different metal element-added coprecipitated cobalt oxide obtained by coprecipitation of a lithium compound and an additive element M as a positive electrode active material (however, the additive element M includes Mg, Al, Cu, By using at least one selected from Zn), a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high active material specific capacity, excellent charge / discharge cycle characteristics, and capable of suppressing an increase in battery thickness can be obtained. It is shown. Similarly, in Patent Document 3 below, as a positive electrode active material, a general formula Li x Co y M z O 2 (wherein M is at least one element selected from Mg, Al, Si, Ti, Zn, Zr and Sn). Is used, the phase transition is suppressed, the crystal structure is less disrupted, the thermal stability during charging is improved while maintaining high capacity, and good It has been shown that good charge / discharge characteristics can be realized.
更に、下記特許文献4には、正極活物質として、リチウムとコバルトを含む複合酸化物の粒子からなり、前記複合酸化物はMg、Cu、及びZnよりなる群から選択された元素M1と、Al、Ca、Ba、Sr、Y及びZrからなる群から選択された元素M2とからなり、元素M1は前記粒子中に均一に分布しており、元素M1は前記粒子の内部よりも表層部に多く分布しているものを用いることにより、正極活物質のタップ密度を減少させずにサイクル特性と熱安定性の向上を達成し得る非水電解液二次電池が得られることが示されている。 Further, in Patent Document 4 below, the positive electrode active material is composed of particles of a composite oxide containing lithium and cobalt, and the composite oxide includes an element M1 selected from the group consisting of Mg, Cu, and Zn, and Al. , Ca, Ba, Sr, Y and Zr, and an element M2 selected from the group consisting of Ca, Ba, Sr, Y and Zr. The element M1 is uniformly distributed in the particle, and the element M1 is more in the surface layer than in the particle. It has been shown that a non-aqueous electrolyte secondary battery that can achieve improved cycle characteristics and thermal stability without reducing the tap density of the positive electrode active material can be obtained by using a distributed material.
上述のように、正極活物質としてLiCoO2の合成時に異種の元素を共沈により均質に添加した異種金属元素添加コバルト酸リチウムを使用した非水電解質二次電池は、LiCoO2を単独で用いた場合に比べて、優れたサイクル特性、熱安定性、負荷特性等を示すことが知られている。しかしながら、異種金属元素添加コバルト酸リチウム中の異種元素の添加量が多くなるとその分だけ非水電解質二次電池の電池容量が低下する。逆に、異種金属元素添加コバルト酸リチウム中の異種元素の添加量を減らしてLiCoO2の含有割合を増大させると、一応非水電解質二次電池の高容量化の達成は可能であるが、サイクル特性、熱安定性、負荷特性等が低下する。したがって、従来の非水電解質二次電池においては、正極活物質であるLiCoO2へ異種元素を添加した場合、サイクル特性、熱安定性、負荷特性等の向上効果と電池容量の増大化の両立は困難であった。 As described above, the non-aqueous electrolyte secondary battery using the heterogeneous metal element-added lithium cobalt oxide in which different elements were homogeneously added by coprecipitation during the synthesis of LiCoO 2 as the positive electrode active material used LiCoO 2 alone. It is known that excellent cycle characteristics, thermal stability, load characteristics, and the like are exhibited. However, the battery capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery is reduced by an amount corresponding to an increase in the amount of the different element added to the lithium cobalt oxide containing the different metal element. On the contrary, if the content of LiCoO 2 is increased by reducing the amount of different elements added in the lithium cobalt oxide added with different metal elements, the capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be increased. Characteristics, thermal stability, load characteristics, etc. are reduced. Therefore, in the conventional non-aqueous electrolyte secondary battery, when different elements are added to LiCoO 2 that is the positive electrode active material, the improvement effect of cycle characteristics, thermal stability, load characteristics, etc. and the increase in battery capacity are compatible. It was difficult.
発明者等は、上述のような従来技術の問題点を解決すべく種々実験を重ねた結果、特定の組成の異種金属元素添加コバルト酸リチウムを正極活物質として使用すると共に、正極活物質合剤中に導電剤として添加されるカーボンブラックとして所定の物性を有するものを使用すると、サイクル特性を維持したまま異種金属元素添加量及び正極導電剤としてのカーボンブラックの添加量を減少させることにより電池容量の増大化を達成できることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。 The inventors have conducted various experiments in order to solve the problems of the prior art as described above, and as a result, used a lithium metal cobalt oxide having a different composition as a positive electrode active material and a positive electrode active material mixture. When carbon black having a predetermined physical property is used as a conductive agent, the battery capacity is reduced by reducing the amount of different metal elements added and the amount of carbon black added as a positive electrode conductive agent while maintaining cycle characteristics. As a result, the inventors have found that an increase in the number can be achieved, and have completed the present invention.
すなわち、本発明は、正極活物質として異種元素が均質に分散するように焼結されたLiCoO2と導電剤として特定の組成のカーボンブラックとを使用した、特にサイクル特性に優れているとともに電池容量が大きい非水電解質二次電池を提供することを目的とする。 That is, the present invention uses LiCoO 2 sintered so that different elements are uniformly dispersed as a positive electrode active material and carbon black having a specific composition as a conductive agent, and is particularly excellent in cycle characteristics and battery capacity. An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having a large current.
上記目的を達成するため、本発明の非水電解質二次電池は、正極活物質としてジルコニウム、チタン、アルミニウム及びマグネシウムが均質に分散するように焼結された異種金属元素添加コバルト酸リチウムを含む正極合剤を有する正極と、負極活物質を含む負極合剤を有する負極と、非水電解質を備える非水電解質二次電池において、前記正極合剤にはBET比表面積が60〜100m2/gかつDBP吸油量が250〜350cm3/100gであるカーボンブラックが添加され、該カーボンブラックの添加量は正極合剤の1.0〜2.0質量%であることを特徴とする。
To achieve the above object, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention contains zirconium as a positive electrode active material, titanium, a sintered dissimilar metallic element-containing lithium-cobalt acid as aluminum and magnesium are homogeneously dispersed In a non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode having a positive electrode mixture, a negative electrode having a negative electrode mixture containing a negative electrode active material, and a non-aqueous electrolyte, the positive electrode mixture has a BET specific surface area of 60 to 100 m 2 / g. And carbon black whose DBP oil absorption is 250-350 cm < 3 > / 100g is added , The addition amount of this carbon black is 1.0-2.0 mass% of positive mix, It is characterized by the above-mentioned.
すなわち、本発明においては、異種元素としてのジルコニウム、チタン、アルミニウム及びマグネシウムをコバルト酸リチウムの合成用原料であるコバルト化合物調製時に均質に分散するように含有させることが必要である。この場合、異種元素としてのジルコニウム、チタン、アルミニウム、マグネシウムないしこれらの化合物は、焼成後のLiCoO2に混合した場合や、リチウム原料、コバルト原料、ジルコニウム原料、チタン原料、アルミニウム原料及びマグネシウム原料等を粉末状態で混合して焼成した場合には(乾式混合焼成)、均質に混合されないために所定の効果は得られないが、共沈法のような予め異種元素をコバルト化合物中に同時に含有しておいてからLiCoO2を合成するというような手法を用いることにより所定の効果を奏するようになる。
That is, in the present invention, zirconium as different element, it is necessary to contain such homogeneously dispersed during titanium, cobalt compound is a synthetic raw material for the aluminum and magnesium lithium cobaltate prepared. In this case, zirconium as the different element, titanium, aluminum, magnesium free Chico these compounds, or when mixed firing LiCoO 2 after, lithium compounds, cobalt raw material, zirconium raw material, titanium material, aluminum source and magnesium When raw materials are mixed and fired in a powdered state (dry mixed firing), a predetermined effect cannot be obtained because they are not homogeneously mixed, but different elements such as a coprecipitation method are simultaneously added to the cobalt compound at the same time. A predetermined effect can be obtained by using a method of synthesizing LiCoO 2 after being contained.
本発明で用いる正極導電剤としてのカーボンブラックは、BET比表面積が60m2/g〜100m2/g及びDBP吸油量が250cm3/100g〜350cm3/100gの条件を同時に満たしている必要がある。カーボンブラックのBET比表面積が60m2/g未満であると、電解液の保液性が低いために、十分なイオン伝導パスが築けず、良好なサイクル特性が得られない。カーボンブラックのBET比表面積が100m2/gを超える場合は、スラリー中での導電材の分散状態が悪く、作製した正極極板内での導電材の存在状態に偏りができるため、不均一な反応が起こりやすくなり、充放電サイクルを重ねた場合、電極反応の不均一性が促進されるためにサイクル特性が悪化する。 Carbon black as a positive electrode conductive agent used in the present invention, it is necessary to BET specific surface area satisfies 60m 2 / g~100m 2 / g and DBP oil absorption 250cm 3 / 100g~350cm 3 / 100g conditions simultaneously . If the BET specific surface area of the carbon black is less than 60 m 2 / g, the electrolyte solution has low liquid retention, so that a sufficient ion conduction path cannot be established and good cycle characteristics cannot be obtained. When the BET specific surface area of the carbon black exceeds 100 m 2 / g, the conductive material in the slurry is poorly dispersed, and the state of the conductive material in the produced positive electrode plate can be biased. The reaction is likely to occur, and when charge / discharge cycles are repeated, the non-uniformity of the electrode reaction is promoted, and the cycle characteristics deteriorate.
また、正極導電剤としてのカーボンブラックのBET比表面積が60m2/g〜100m2/gの範囲内であっても、DBP吸油量が250cm3/100g未満であるとカーボンブラックのストラクチャーの発達が不十分なために十分な導電パスが形成できず、また、DBP吸油量が350cm3/100gを超えていると充放電時の電解液の通りが阻害されて反応が不均一になるため、いずれもサイクル特性が低下する。 Also, the BET specific surface area of carbon black as a positive electrode conductive agent is within the range of 60m 2 / g~100m 2 / g, DBP oil absorption amount is structure development of the carbon black is less than 250 cm 3/100 g can not be formed sufficiently conductive path due to insufficient, also, since the reaction DBP oil absorption is inhibited as the electrolytic solution at the time when the charge and discharge exceeds 350 cm 3/100 g is uneven, either However, the cycle characteristics deteriorate.
また、本発明においては、非水電解質二次電池を構成する非水溶媒(有機溶媒)としては、カーボネート類、ラクトン類、エーテル類、エステル類などを使用することができ、これら溶媒の2種類以上を混合して用いることもできる。これらの中ではカーボネート類、ラクトン類、エーテル類、ケトン類、エステル類などが好ましく、カーボネート類がさらに好適に用いられる。 In the present invention, carbonates, lactones, ethers, esters and the like can be used as the nonaqueous solvent (organic solvent) constituting the nonaqueous electrolyte secondary battery. A mixture of the above can also be used. Among these, carbonates, lactones, ethers, ketones, esters and the like are preferable, and carbonates are more preferably used.
具体例としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)、シクロペンタノン、スルホラン、3−メチルスルホラン、2、4−ジメチルスルホラン、3−メチル−1、3オキサゾリジン−2−オン、ジメチルカーボネート(DMC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、エチルブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、1、2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1、3−ジオキソラン、酢酸メチル、酢酸エチル、1、4−ジオキサンなどを挙げることができる。 Specific examples include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), cyclopentanone, sulfolane, 3-methylsulfolane, 2,4-dimethylsulfolane, 3-methyl. -1,3 oxazolidine-2-one, dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC), diethyl carbonate (DEC), methyl propyl carbonate, methyl butyl carbonate, ethyl propyl carbonate, ethyl butyl carbonate, dipropyl carbonate, γ -Butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, methyl acetate, ethyl acetate, 1,4-dio Xanthan can be mentioned.
なお、本発明における非水電解液の溶質としては、非水電解質二次電池において一般に溶質として用いられるリチウム塩を用いることができる。このようなリチウム塩としては、LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、LiAsF6、LiClO4、Li2B10Cl10、Li2B12Cl12など及びそれらの混合物が例示される。これらの中でも、LiPF6(ヘキサフルオロリン酸リチウム)が好ましく用いられる。高い充電電圧で充電する場合、正極の集電体として一般的に用いられているアルミニウムが溶解しやすくなるが、LiPF6の存在下では、LiPF6が分解することにより、アルミニウム表面に被膜が形成され、この被膜によってアルミニウムの溶解を抑制することができる。従って、リチウム塩としては、LiPF6を用いることが好ましい。前記非水溶媒に対する溶質の溶解量は、0.5〜2.0モル/Lとするのが好ましい。また、これらの非水溶媒及び溶質を適当な高分子に含有させてゲル状としたものを用いることもできる。 In addition, as a solute of the nonaqueous electrolyte solution in the present invention, a lithium salt generally used as a solute in a nonaqueous electrolyte secondary battery can be used. Such lithium salts include LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3 , LiAsF 6 , LiClO 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , Li 2 B 12 Cl 12 , and mixtures thereof Illustrated. Among these, LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) is preferably used. When charged with a high charging voltage, becomes easily dissolved aluminum which is generally used as a current collector for the positive electrode, in the presence of LiPF 6, by the LiPF 6 is decomposed, the aluminum surface coating formed Thus, dissolution of aluminum can be suppressed by this coating. Therefore, it is preferable to use LiPF 6 as the lithium salt. The amount of solute dissolved in the non-aqueous solvent is preferably 0.5 to 2.0 mol / L. In addition, it is also possible to use a non-aqueous solvent and a solute that are made into a gel by containing them in an appropriate polymer.
カーボンブラックの添加量が正極合剤の1.0質量%未満であると、異種金属元素添加コバルト酸リチウムを用いても正極合材中で十分な電子伝導パスが形成できないので、満足いくサイクル特性は得られない。導電材量が2.0%を超えると、正極合材に占める導電材の割合が多すぎて不均一な電池反応が起こってしまうため、同様にサイクル特性は低下する。 When the amount of carbon black added is less than 1.0% by mass of the positive electrode mixture, a sufficient electron conduction path cannot be formed in the positive electrode mixture even if different metal element-added lithium cobalt oxide is used. Cannot be obtained. If the amount of the conductive material exceeds 2.0%, the proportion of the conductive material in the positive electrode mixture is too large and a non-uniform battery reaction occurs.
また、係る態様の非水電解質二次電池においては、前記異種金属元素添加コバルト酸リチウムの添加量は正極合剤の95〜98質量%であることが好ましい。 Moreover, in the nonaqueous electrolyte secondary battery of such an aspect, it is preferable that the addition amount of the different metal element-added lithium cobalt oxide is 95 to 98% by mass of the positive electrode mixture.
異種金属元素添加コバルト酸リチウムの添加量が正極合剤の95質量%未満であると十分な電池容量を確保できず、また異種金属元素添加コバルト酸リチウムの添加量が正極合剤の98質量%を超えると十分な量の導電剤としてのカーボンブラック及びバインダーを添加することができず、却って電池特性が悪化する。 When the addition amount of the lithium cobalt oxide added with the different metal element is less than 95% by mass of the positive electrode mixture, sufficient battery capacity cannot be secured, and the addition amount of the lithium cobalt oxide added with the different metal element is 98% by mass of the positive electrode mixture. If it exceeds 1, a sufficient amount of carbon black and binder as a conductive agent cannot be added, and battery characteristics deteriorate on the contrary.
また、係る態様の非水電解質二次電池においては、前記負極活物質は炭素質物からなることが好ましい。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery according to this aspect, the negative electrode active material is preferably made of a carbonaceous material.
電池電圧は正極の電位と負極の電位との差で示されるので、電池電圧を大きくすることにより電池の容量を大きくすることができるが、負極活物質として電位の低い炭素質物(リチウム基準で約0.1V)を用いると、電池電圧が高く、正極活物質の利用率の高い非水電解質二次電池が得られる。上記炭素物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、コークス、ガラス状炭素、炭素繊維、またはこれらの焼成体の一種あるいは複数種混合したものが使用可能である。 Since the battery voltage is indicated by the difference between the positive electrode potential and the negative electrode potential, the battery capacity can be increased by increasing the battery voltage. When 0.1V) is used, a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high battery voltage and a high utilization rate of the positive electrode active material can be obtained. As the carbon material, natural graphite, artificial graphite, carbon black, coke, glassy carbon, carbon fiber, or a mixture of one or more of these fired bodies can be used.
本発明によれば、以下に各種実施例及び比較例を基に詳細に述べるように、活物質の充填性に優れ、また保存安定性に優れた、非水電解質二次電池が得られる。 According to the present invention, as will be described in detail below based on various examples and comparative examples, a nonaqueous electrolyte secondary battery having excellent active material filling properties and excellent storage stability can be obtained.
以下、本願発明を実施するための最良の形態を実施例及び比較例を用いて詳細に説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための非水電解質二次電池の一例を例示するものであって、本発明をこの実施例に特定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail using examples and comparative examples. However, the following examples illustrate one example of a nonaqueous electrolyte secondary battery for embodying the technical idea of the present invention, and are intended to specify the present invention in this example. Rather, the present invention can be equally applied to a variety of modifications without departing from the technical idea shown in the claims.
[参考例1〜4、実施例1〜7]
最初に、参考例1〜4及び実施例1〜7の非水電解質二次電池の具体的製造方法について説明する。
[ Reference Examples 1 to 4, Examples 1 to 7 ]
Initially, the specific manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery of Reference Examples 1-4 and Examples 1-7 is demonstrated.
[正極活物質の作製]
正極活物質である異種金属元素添加コバルト酸リチウムは次のようにして作製した。まず、コバルトの酸水溶液に、それぞれ下記表1〜表3に示した組成となるように、所定量の酸に溶解させたジルコニウム、チタン、アルミニウム、マグネシウムの1種或いは複数種を添加した後、炭酸水素ナトリウムを加え、炭酸コバルトの沈殿形成時に同時にジルコニウム、チタン、アルミニウム、マグネシウムのうちの1種あるいは複数種を共沈させた。炭酸水素ナトリウムの添加前の酸水溶液中には、各種のイオンが均質に混合されているため、得られた炭酸コバルトの沈殿にはジルコニウム、チタン、アルミニウム、マグネシウムの1種或いは複数種が均質に分散している。この後、このジルコニウム、チタン、アルミニウム、マグネシウム等が共沈した炭酸コバルトを酸素存在下において熱分解反応を起こさせ、コバルト源の出発原料としてのジルコニウム、チタン、アルミニウム、マグネシウム等が共沈にて均質に含有された四酸化三コバルトを得た。
[Preparation of positive electrode active material]
A lithium metal cobalt oxide added with a different metal element as a positive electrode active material was prepared as follows. First, after adding one or more kinds of zirconium, titanium, aluminum, and magnesium dissolved in a predetermined amount of acid to the cobalt acid aqueous solution so as to have the compositions shown in Tables 1 to 3 below, Sodium hydrogen carbonate was added, and one or more of zirconium, titanium, aluminum, and magnesium were co-precipitated simultaneously with the precipitation of cobalt carbonate. Various ions are homogeneously mixed in the acid aqueous solution before the addition of sodium hydrogen carbonate, so that one or more of zirconium, titanium, aluminum and magnesium are homogeneous in the resulting cobalt carbonate precipitate. Is distributed. Thereafter, the cobalt carbonate co-precipitated with zirconium, titanium, aluminum, magnesium, etc. is subjected to a thermal decomposition reaction in the presence of oxygen, and zirconium, titanium, aluminum, magnesium, etc. as a starting material for the cobalt source are co-precipitated. Homogeneous tricobalt tetroxide was obtained.
次いで、リチウム源の出発原料として炭酸リチウムを用い、リチウムとコバルトとのモル比が1:1となるように炭酸リチウムとジルコニウム、チタン、アルミニウム、マグネシウム等が共沈にて均質に含有された四酸化三コバルトとを秤量した。その後、これらの化合物を乳鉢で混合した後、得られた混合物を空気中850℃で20時間焼成し、ジルコニウム、チタン、アルミニウム、マグネシウム等を含有する異種金属元素添加コバルト酸リチウムの焼成体を合成した。この後、合成した焼成体を平均粒径が10μmになるまで粉砕して正極活物質とした。得られた正極活物質中のジルコニウム、チタン、アルミニウム、マグネシウムの含有量は、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)発光分析法により分析して求めた。 Next, lithium carbonate was used as a starting material for the lithium source, and lithium carbonate and zirconium, titanium, aluminum, magnesium, and the like were uniformly contained by coprecipitation so that the molar ratio of lithium to cobalt was 1: 1. Tricobalt oxide was weighed. Then, after mixing these compounds in a mortar, the obtained mixture was fired in air at 850 ° C. for 20 hours to synthesize a sintered body of a lithium metal cobalt oxide containing different metal elements containing zirconium, titanium, aluminum, magnesium and the like. did. Thereafter, the synthesized fired body was pulverized until the average particle size became 10 μm to obtain a positive electrode active material. The content of zirconium, titanium, aluminum, and magnesium in the obtained positive electrode active material was determined by analysis by ICP (Inductively Coupled Plasma) emission analysis.
[正極の作製]
表1〜表3に示した組成となるように、異種金属元素添加コバルト酸リチウム粉末が97質量部、正極導電材としてのカーボンブラック炭素粉末が1〜2質量部となるように秤量し、これらを結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)粉末と混合した。さらに、これらの混合物をN−メチルピロリドン(NMP)溶液と混合してスラリーを調製した。次いで、このスラリーを厚さ20μmのアルミニウム製の集電体の両面にドクターブレード法により塗布し、その後、乾燥及び圧延することによって正極を作製した。なお、正極導電材としてのカーボンブラックは、表1〜表3に示したように、BET比表面積が60〜100m2/gであり、かつDBP吸油量が250〜350cm3/100gである。また、用いた結着剤量は(3質量%−導電材量)とした。
[Production of positive electrode]
Weighed so that the dissimilar metal element-added lithium cobalt oxide powder was 97 parts by mass and the carbon black carbon powder as the positive electrode conductive material was 1 to 2 parts by mass so that the compositions shown in Tables 1 to 3 were obtained. Was mixed with polyvinylidene fluoride (PVdF) powder as a binder. Further, these mixtures were mixed with an N-methylpyrrolidone (NMP) solution to prepare a slurry. Next, this slurry was applied to both surfaces of an aluminum current collector with a thickness of 20 μm by a doctor blade method, and then dried and rolled to produce a positive electrode. Incidentally, carbon black as the positive electrode material, as shown in Table 1 to Table 3, BET specific surface area of 60~100m 2 / g, and DBP oil absorption amount is 250~350cm 3 / 100g. The amount of binder used was (3% by mass−the amount of conductive material).
[正極導電材の物性評価]
正極導電材として用いたカーボンブラックのBET比表面積は、BET法により分析を行い、DBP吸油量はJISK−6221に準拠した方法で測定を行った。
[Evaluation of physical properties of positive electrode conductive material]
The BET specific surface area of the carbon black used as the positive electrode conductive material was analyzed by the BET method, and the DBP oil absorption was measured by a method based on JISK-6221.
[負極の作製]
天然黒鉛粉末が95質量部、PVdF粉末が5質量部となるよう混合し、これをNMP溶液と混合してスラリーを調製した。次いで、このスラリーを厚さ18μmの銅製の集電体の両面にドクターブレード法により塗布し、その後、乾燥、圧延することで負極を作製した。なお、黒鉛の電位はリチウム基準で0.1Vである。また、正極及び負極の活物質充填量は、設計基準となる正極活物質の電位において、正極と負極の充電容量比(負極充電容量/正極充電容量)が1.1となるように調整した。
[Production of negative electrode]
A natural graphite powder was mixed at 95 parts by mass and a PVdF powder was mixed at 5 parts by mass, and this was mixed with an NMP solution to prepare a slurry. Next, this slurry was applied to both surfaces of a 18 μm thick copper current collector by a doctor blade method, and then dried and rolled to prepare a negative electrode. The potential of graphite is 0.1 V with respect to lithium. Moreover, the active material filling amount of the positive electrode and the negative electrode was adjusted so that the charge capacity ratio between the positive electrode and the negative electrode (negative electrode charge capacity / positive electrode charge capacity) was 1.1 at the potential of the positive electrode active material which is a design standard.
[電解液の作製]
エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との等体積混合溶媒に、LiPF6を1モル/Lとなるように溶解して電解液とし、これを電池作製に供した。
[Preparation of electrolyte]
LiPF 6 was dissolved in an equal volume mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) so as to be 1 mol / L to obtain an electrolytic solution, which was used for battery production.
[電池の作製]
上記の正極、負極及び電解液を用いて、参考例1〜4及び実施例1〜7の全てに係る図1に示した構成の円筒形の非水電解質二次電池(高さ65mm、直径18mm)を作製した。なお、セパレ一夕にはポリプロピレン製微多孔膜を用いた。製造された参考例1〜4及び実施例1〜7に係る非水電解質二次電池の設計容量は1500mAhである。
[Production of battery]
A cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery (height 65 mm,
次に、比較例1〜12の非水電解質二次電池の具体的製造方法について説明する。 Next, the specific manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery of Comparative Examples 1-12 is demonstrated.
[比較例1及び2]
比較例1の非水電解質二次電池は、用いるコバルト酸リチウムに異種金属元素が添加さ
れていないこと、および添加する導電剤の物性(BET比表面積およびDBP吸油量)が
異なること以外は参考例1〜4及び実施例1の場合と同様にして作製した。また、比較例2の非水電解質二次電池は用いるコバルト酸リチウムに異種金属元素が添加されていないこと以外は参考例1〜4及び実施例1の場合と同様にして作製した。
[Comparative Examples 1 and 2]
The non-aqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 1 is a reference example except that no different metal element is added to the lithium cobaltate used and the physical properties (BET specific surface area and DBP oil absorption) of the conductive agent to be added are different. 1 to 4 and in the same manner as in Example 1 . Moreover, the nonaqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Reference Examples 1 to 4 and Example 1 except that no different metal element was added to the lithium cobalt oxide used.
[比較例3〜10]
比較例3〜10の非水電解質二次電池は添加する導電剤の物性(BET比表面積および
DBP吸油量)が異なること以外は実施例2〜5の非水電解質二次電池と同様にして作製
した。
[Comparative Examples 3 to 10]
The nonaqueous electrolyte secondary batteries of Comparative Examples 3 to 10 were prepared in the same manner as the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 2 to 5 except that the physical properties (BET specific surface area and DBP oil absorption amount) of the conductive agent to be added were different. did.
[比較例11及び12]
比較例11及び12の非水電解質二次電池は添加する導電剤量(カーボンブラック量)
が異なること以外は実施例6及び7の場合と同様にして作製した。
[Comparative Examples 11 and 12]
The nonaqueous electrolyte secondary batteries of Comparative Examples 11 and 12 were added with a conductive agent amount (carbon black amount).
These were produced in the same manner as in Examples 6 and 7 except that the difference was.
次に各参考例、実施例及び比較例に共通する非水電解質二次電池の特性の測定方法について説明する。
Next, a method for measuring the characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery common to each reference example, example, and comparative example will be described.
上述のようにして作製した参考例1〜4、実施例1〜7及び比較例1〜12の各電池について、25℃において、1It=1500mAの定電流で充電し、電池の電圧が4.2Vになった後は4.2Vの定電圧で充電電流値が30mAになるまで初期充電した。この初期充電した電池について1Itの定電流で電池電圧が2.75Vに達するまで放電を行い、この時の放電容量を初期容量として求めた。
The batteries of Reference Examples 1 to 4, Examples 1 to 7, and Comparative Examples 1 to 12 manufactured as described above were charged at a constant current of 1 It = 1500 mA at 25 ° C., and the battery voltage was 4.2 V. After that, the battery was initially charged at a constant voltage of 4.2 V until the charging current value reached 30 mA. The initially charged battery was discharged at a constant current of 1 It until the battery voltage reached 2.75 V, and the discharge capacity at this time was determined as the initial capacity.
[サイクル試験]
初期容量を測定した参考例1〜4、実施例1〜7及び比較例1〜12の各電池について、25℃において、1Itの定電流で充電し、電池の電圧が4.2Vになった後は4.2Vの定電圧で充電電流値が30mAになるまで充電した。その後、電流値1Itで2.75Vに達するまで放電を行い、このときの放電における電池容量を測定することにより、サイクル試験の基準容量とした。
[Cycle test]
About each battery of Reference Examples 1 to 4, Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 12 whose initial capacities were measured, the battery was charged at a constant current of 1 It at 25 ° C., and the battery voltage became 4.2 V Was charged at a constant voltage of 4.2 V until the charging current value reached 30 mA. Thereafter, the battery was discharged at a current value of 1 It until it reached 2.75 V, and the battery capacity in the discharge at this time was measured to obtain the reference capacity for the cycle test.
その後再び、25℃において、1Itの定電流で充電し、電池の電圧が4.2Vになった後は4.2Vの定電圧で充電電流値が30mAになるまで充電し、その後、電流値1Itで2.75Vに達するまで放電を行うという操作を繰り返し、500サイクル後の放電容量を測定した。そして、基準容量と500サイクル後の放電容量とを用いて以下の計算式により500サイクル後のサイクル試験結果を求めた。
サイクル試験結果(%)
=(500サイクル後の放電容量/基準容量)×100
After that, again at 25 ° C., the battery is charged with a constant current of 1 It. After the battery voltage reaches 4.2 V, the battery is charged with a constant voltage of 4.2 V until the charging current value becomes 30 mA. Then, the discharge operation was repeated until 2.75V was reached, and the discharge capacity after 500 cycles was measured. And the cycle test result after 500 cycles was calculated | required by the following formulas using the reference | standard capacity | capacitance and the discharge capacity after 500 cycles.
Cycle test result (%)
= (Discharge capacity after 500 cycles / reference capacity) × 100
参考例1〜4、実施例1、比較例1及び2の測定結果を表1に、実施例2〜5及び比較例3〜10の測定結果を実施例1の測定結果と共に表2に、また、実施例6、7、比較例11及び12の測定結果を実施例1の測定結果と共に表3に纏めて示した。
The measurement results of Reference Examples 1 to 4, Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 1, the measurement results of Examples 2 to 5 and Comparative Examples 3 to 10 are shown in Table 2 together with the measurement results of Example 1 , and The measurement results of Examples 6 and 7 and Comparative Examples 11 and 12 are shown in Table 3 together with the measurement results of Example 1 .
表1は、異種金属元素無添加又は添加コバルト酸リチウムを97質量%、導電剤であるカーボンブラックとしてBET比表面積が80m2/g及びDBP吸油量280cm3/100のものを1.5質量%、かつバインダーを1.5質量%含む正極活物質合剤を用い、異種金属元素としてジルコニウム、チタン、アルミニウム、マグネシウムを無添加(比較例2)、1種類のみ0.5モル%添加(参考例1〜4)、4種類とも0.5モル%添加(実施例1)した場合の測定結果を示している。なお、導電剤であるカーボンブラックとしてBET比表面積が52m2/g及びDBP吸油量が190cm3/100のものを用いた以外は比較例2と同様に添加した例を比較例1として同時に示してある。
Table 1, different metal elements not added or added lithium cobalt oxide of 97 wt%, BET specific surface area of 80 m 2 / g and DBP oil absorption of carbon black as a conductive agent 280 cm 3/100 in those 1.5 wt% In addition, using a positive electrode active material mixture containing 1.5% by mass of a binder, no addition of zirconium, titanium, aluminum, or magnesium as a foreign metal element (Comparative Example 2), only 0.5% by mol of one type ( reference example) 1-4) The measurement result at the time of adding 0.5 mol% (Example 1 ) with four types is shown. Incidentally, other than the BET specific surface area of carbon black as a conductive agent is 52m 2 / g and DBP oil absorption amount was used of 190 cm 3/100 is simultaneously shows an example of adding the same manner as in Comparative Example 2 Comparative Example 1 is there.
表1に示した結果から以下のことが分かる。すなわち、コバルト酸リチウムに上記のような異種金属元素を添加しない比較例1及び2の電池では、サイクル試験結果として62〜64%と低い結果しか得られていない。また、この比較例1及び2の結果から、コバルト酸リチウムに異種金属が添加されていないと導電剤としてのカーボンブラックの特性を変えてもサイクル試験結果の影響は少ないことが分かる。 From the results shown in Table 1, the following can be understood. That is, in the batteries of Comparative Examples 1 and 2 in which the above different metal element is not added to lithium cobaltate, only a low result of 62 to 64% is obtained as a cycle test result. Further, from the results of Comparative Examples 1 and 2, it can be seen that the influence of the cycle test results is small even if the characteristics of carbon black as the conductive agent are changed unless a different metal is added to lithium cobalt oxide.
しかしながら、コバルト酸リチウムに上記のような異種金属元素を添加した参考例1〜4及び実施例1の電池では、サイクル試験結果として80〜84%と顕著に優れた結果が得られている。このような結果が得られた理由は、コバルト酸リチウムに異種金属元素を添加したことによりコバルト酸リチウムの構造が強固になり、充放電サイクルを重ねても膨張・収縮が小さくなるために活物質−導電材間の接触が悪くならないためであると推定される。このコバルト酸リチウムに異種金属元素を添加したことの効果は、ジルコニウム、チタン、アルミニウム、マグネシウムを1種類のみ添加した場合(参考例1〜4)でも良好な結果が得られるが、4種類とも添加した場合(実施例1)が最も良好な結果が得られている。
However, in the batteries of Reference Examples 1 to 4 and Example 1 in which the above different metal elements were added to lithium cobaltate, the results of the cycle test were significantly excellent as 80 to 84%. The reason why such a result was obtained is that the structure of lithium cobaltate is strengthened by adding a different metal element to lithium cobaltate, and the expansion / contraction is reduced even after repeated charge / discharge cycles. -It is presumed that the contact between the conductive materials does not deteriorate. The effect of adding a different metal element to this lithium cobaltate is good even when only one kind of zirconium, titanium, aluminum, or magnesium is added ( Reference Examples 1 to 4), but all four kinds are added. (Example 1 ) shows the best results.
したがって、特に高容量化を目指すために、導電材としてのカーボンブラックの添加量を少なくして活物質添加比率を上げる場合には、充放電時の膨張・収縮が小さい異種金属元素を添加したコバルト酸リチウムを用いることは必要不可欠である。 Therefore, to increase the active material addition ratio by reducing the amount of carbon black added as a conductive material, especially in order to increase the capacity, cobalt added with a dissimilar metal element with small expansion / contraction during charge / discharge The use of lithium acid is essential.
表2は、異種金属元素無添加又は添加コバルト酸リチウムを97質量%、導電剤として
のカーボンブラックの添加量を1.5質量%、かつバインダーを1.5質量%含む正極活
物質合剤を用い、ジルコニウム、チタン、アルミニウム、マグネシウムの添加量を全て0
.5モル%一定とし、導電剤としてのカーボンブラックの物性(BET比表面積及びDB
P吸油量)を変化させた場合の測定結果を、実施例1の測定結果と共に、示している。こ
の表2の結果から、導電剤としてのカーボンブラックの物性がサイクル試験結果に及ぼす
影響を確認することができる。
Table 2 shows a positive electrode active material mixture containing 97% by mass of a dissimilar metal element added or added lithium cobalt oxide, 1.5% by mass of carbon black as a conductive agent, and 1.5% by mass of a binder. Used, all added amounts of zirconium, titanium, aluminum, magnesium are 0
. 5 mol% constant, physical properties of carbon black as conductive agent (BET specific surface area and DB
The measurement results when the (P oil absorption amount) is changed are shown together with the measurement results of Example 1 . From the results in Table 2, it is possible to confirm the influence of the physical properties of carbon black as a conductive agent on the cycle test results.
すなわち、表2に示した結果から、サイクル試験結果が83%以上となっているのは、BET比表面積が60m2/g〜100m2/g及びDBP吸油量が250cm3/100g〜350cm3/100gの条件を同時に満たす場合であることが分かる。このことは、正極活物質比率が97質量%と高い場合、異種金属元素添加コバルト酸リチウムを用いても、コバルト酸リチウムが異種金属元素添加により導電性を失いやすい状態になっているため、周囲を取り囲む導電材の状態が適正でないとサイクル特性の向上を達成できないことを示している。 That is, from the results shown in Table 2, the cycle test results is in the 83% or higher, BET specific surface area of 60m 2 / g~100m 2 / g and DBP oil absorption 250cm 3 / 100g~350cm 3 / It can be seen that the condition of 100 g is satisfied at the same time. This is because, when the positive electrode active material ratio is as high as 97% by mass, even when using a foreign metal element-added lithium cobaltate, the lithium cobaltate easily loses its conductivity due to the addition of the different metal element. It is shown that the improvement of the cycle characteristics cannot be achieved unless the state of the conductive material that surrounds is appropriate.
上記のような異種金属元素添加コバルト酸リチウム、導電剤及びバインダーの配合条件下では、導電材としてのカーボンブラックのBET比表面積が60m2/g未満と低過ぎると、電解液の保液性が低いために、十分なイオン伝導パスが築けず、満足いくサイクル特性が得られない。逆に、導電材としてのカーボンブラックのBET比表面積が100m2/g超と高過ぎる場合は、スラリー中での導電材の分散状態が悪く、作製した極板内での導電材の存在状態に偏りができるため、不均一な反応が起こりやすくなる。そのため、充放電サイクルを重ねた場合、電極反応の不均一性が促進され、サイクル特性が低下しやすくなると考えられる。 When the BET specific surface area of the carbon black as the conductive material is too low as less than 60 m 2 / g under the compounding conditions of the different metal element-added lithium cobalt oxide, the conductive agent, and the binder as described above, the liquid retentivity of the electrolytic solution is low. Since it is low, a sufficient ion conduction path cannot be established, and satisfactory cycle characteristics cannot be obtained. Conversely, when the BET specific surface area of carbon black as a conductive material is too high, exceeding 100 m 2 / g, the conductive material in the slurry is poorly dispersed, and the conductive material is present in the produced electrode plate. Due to the bias, non-uniform reactions are likely to occur. Therefore, when charge / discharge cycles are repeated, it is considered that the non-uniformity of the electrode reaction is promoted and the cycle characteristics are likely to deteriorate.
また、導電材のBET比表面積を60m2/g〜100m2/gとなるように規定していても、DBP吸油量が250cm3/100g未満と小さ過ぎる場合はストラクチャーの発達が不十分で十分な導電パスが形成できず、DBP吸油量が350cm3/100g超と大き過ぎる場合は充放電時の液の通りが阻害されて反応が不均一になるため、いずれもサイクル特性の低下に繋がると考えられる。異種金属元素添加コバルト酸リチウム活物質の導電性、導電材の保液性、分散性等を考慮すると、用いる導電材としてのカーボンブラックは比表面積が60〜100m2/gかつDBP吸油量が250〜350cm3/100gである必要がある。 Also, the BET specific surface area of the conductive material have been defined to be a 60m 2 / g~100m 2 / g, DBP oil absorption amount 250 cm 3 / If 100g and less than too small structure development is insufficient enough a conductive path can not be formed, because the DBP oil absorption is 350 cm 3/100 g than the case too large the reaction is inhibited as a liquid at the time of charge and discharge become uneven, the both leads to a decrease in cycle characteristics Conceivable. Considering the conductivity of the lithium cobaltate active material with different metal element added, the liquid retention and dispersibility of the conductive material, carbon black as the conductive material used has a specific surface area of 60 to 100 m 2 / g and a DBP oil absorption of 250. It needs to be -350cm < 3 > / 100g.
表3は、異種金属元素添加コバルト酸リチウムを97質量%一定とし、導電剤としてのカーボンブラックの添加量を0.5質量%から2.5質量%まで変化させ、それに対応してバインダー添加量を2.5質量%から0.5質量%まで変化させた場合の測定結果を、実施例1の測定結果と共に、示している。なお、導電剤としてのカーボンブラックは、全てBET比表面積が80m2/g及びDBP吸油量が280cm3/100gのものが使用されている。また、異種金属元素添加コバルト酸リチウムは、異種金属元素としてジルコニウム、チタン、アルミニウム、マグネシウムの4種類とも0.5モル%添加されている。この表3の結果から、導電剤としてのカーボンブラックの添加量がサイクル試験結果に及ぼす影響を確認することができる。
Table 3 shows that 97% by mass of the lithium cobaltate added with a different metal element is constant and the addition amount of carbon black as a conductive agent is changed from 0.5% by mass to 2.5% by mass. The measurement result when changing from 2.5% by mass to 0.5% by mass is shown together with the measurement result of Example 1 . Incidentally, carbon black as conductive agent, those all BET specific surface area of 80 m 2 / g and DBP oil absorption amount of 280 cm 3/100 g is used. In addition, the heterogeneous metal element-added lithium cobalt oxide is added in an amount of 0.5 mol% as a heterogeneous metal element for all of four kinds of zirconium, titanium, aluminum, and magnesium. From the results in Table 3, it is possible to confirm the influence of the amount of carbon black added as a conductive agent on the cycle test results.
表3に示した結果から明らかなように、異種金属元素添加コバルト酸リチウムを用いても、添加する導電材の量が0.5質量%(比較例11)と少な過ぎると満足いくサイクル特性は得られていない。これは、導電剤量が少な過ぎるために正極合材中で十分な電子伝導パスが形成できず、スムーズな充放電反応が行えなかったためであると考えられる。逆に、導電材量が2.5%(比較例12)と多過ぎる場合もサイクル試験結果は低下している。このことは、正極合材に占める導電材の割合が多すぎて不均一な電池反応が起こつてしまっているためと考えられる。したがって、本発明において正極導電材として加えるカーボンブラックの量は正極合剤の1.0〜2.0質量%が最適である。 As is apparent from the results shown in Table 3, even when using a foreign metal element-added lithium cobalt oxide, if the amount of the conductive material to be added is too small, 0.5 mass% (Comparative Example 11), satisfactory cycle characteristics are obtained. Not obtained. This is presumably because the amount of the conductive agent was too small to form a sufficient electron conduction path in the positive electrode mixture, and a smooth charge / discharge reaction could not be performed. Conversely, when the amount of the conductive material is too large as 2.5% (Comparative Example 12), the cycle test result is lowered. This is presumably because the proportion of the conductive material in the positive electrode mixture is too large, causing a non-uniform battery reaction. Therefore, the optimum amount of carbon black added as the positive electrode conductive material in the present invention is 1.0 to 2.0% by mass of the positive electrode mixture.
なお、上記各実施例においては正極合剤中の異種金属元素添加コバルト酸リチウムの含有量が97質量%とした例を示したが、本発明はこれに限られるものではない。正極合剤中の異種金属元素添加コバルト酸リチウムの含有量が多ければ多いほど得られる非水電解質二次電池の容量は大きくなるが、正極導電材として加えるカーボンブラックの量は正極合剤の1.0〜2.0質量%が最適であること及びバインダー量は少なくとも1.0質量%必要であることからすると、正極合剤中の異種金属元素添加コバルト酸リチウムの含有量は98質量%以下が最適である。また、正極合剤中の異種金属元素添加コバルト酸リチウムの含有量が少なくなると得られる非水電解質二次電池の容量が低下するため、少なくとも95質量%以上が望ましい。 In each of the above examples, the example in which the content of the dissimilar metal element-added lithium cobalt oxide in the positive electrode mixture is 97% by mass is shown, but the present invention is not limited to this. The higher the content of the different metal element-added lithium cobalt oxide in the positive electrode mixture, the greater the capacity of the obtained nonaqueous electrolyte secondary battery, but the amount of carbon black added as the positive electrode conductive material is one of the positive electrode mixture. From the fact that 0.0 to 2.0% by mass is optimal and that the binder amount is required to be at least 1.0% by mass, the content of the dissimilar metal element-added lithium cobalt oxide in the positive electrode mixture is 98% by mass or less. Is the best. Moreover, since the capacity | capacitance of the nonaqueous electrolyte secondary battery obtained when the content of the different metal element addition lithium cobaltate in the positive electrode mixture decreases, at least 95% by mass or more is desirable.
10:非水電解質二次電池、11:正極、11a:集電タブ、12:負極、12a:集電タブ、13:セパレータ、14:渦巻状電極体、15、16:絶縁板、17:電池外装缶、18:電流遮断封口体 10: nonaqueous electrolyte secondary battery, 11: positive electrode, 11a: current collecting tab, 12: negative electrode, 12a: current collecting tab, 13: separator, 14: spiral electrode body, 15, 16: insulating plate, 17: battery Exterior can, 18: Current blocking seal
Claims (3)
前記正極合剤にはBET比表面積が60〜100m2/gかつDBP吸油量が250〜350cm3/100gであるカーボンブラックが添加され、該カーボンブラックの添加量は正極合剤の1.0〜2.0質量%であることを特徴とする非水電解質二次電池。 Having zirconium as the positive electrode active material, titanium, a positive electrode having a positive electrode mixture comprising a sintered dissimilar metallic element-containing lithium-cobalt acid as aluminum and magnesium are uniformly dispersed, the negative electrode mixture containing a negative electrode active material In a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a negative electrode and a non-aqueous electrolyte,
The BET specific surface area in the positive electrode mixture 60~100m 2 / g and DBP oil absorption amount is added carbon black is 250~350cm 3 / 100g, the addition amount of the carbon black is 1.0 to the positive electrode mixture A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by being 2.0% by mass .
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