JP2000173669A - Non-aqueous electrolyte secondary battery charging method - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ケイ素および亜鉛を負極に用いた電池の充放
電サイクル寿命特性を向上させる。
【解決手段】 ケイ素または亜鉛を用いた固相Aからな
る核粒子の周囲の全面または一部を、固相Bによって被
覆した複合粒子を負極に備えた二次電池を充電する際
に、設定電圧(E)に達するまでは、充電を一定の電流
値(I)で充電する定電流充電領域と、前記設定電圧
(E)に達した後、設定電圧(E)で定電圧充電する定
電圧充電領域とを組み合わせて充電を行い、かつ、定電
流充電領域および定電圧充電領域の充電電流値を、正負
極が対向する部分の電流密度として5mA/cm2以下
に規制する。
(57) [Problem] To improve charge / discharge cycle life characteristics of a battery using silicon and zinc for a negative electrode. SOLUTION: When charging a secondary battery provided with a composite particle in which the whole or a part of a core particle composed of solid phase A using silicon or zinc is coated with a solid phase B on a negative electrode, a set voltage is set. Until (E) is reached, a constant current charging region in which charging is performed at a constant current value (I), and constant voltage charging in which, after reaching the set voltage (E), constant voltage charging is performed at the set voltage (E). The charging is performed in combination with the region, and the charging current value in the constant current charging region and the constant voltage charging region is regulated to 5 mA / cm 2 or less as the current density of the portion where the positive and negative electrodes face each other.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、負極材料に、固相
Aからなる核粒子の周囲の全面または一部を、固相Bに
よって被覆した複合粒子で、前記固相Aはケイ素、亜鉛
の少なくとも一種を構成元素として含み、前記固相Bは
固相Aの構成元素であるケイ素、亜鉛のいずれかと、前
記構成元素を除いて、周期表の2族元素、遷移元素、1
2族、13族元素、ならびに炭素を除く14族元素から
なる群から選ばれた少なくとも一種の元素との固溶体、
または金属間化合物である材料を用いたことを特徴とす
る非水電解質二次電池の、特に充電方法に関するもので
ある。The present invention relates to a composite particle comprising a negative electrode material and the whole or a part of the periphery of a core particle composed of a solid phase A coated with a solid phase B, wherein the solid phase A is made of silicon or zinc. The solid phase B contains at least one element as a constituent element, and the solid phase B includes any of silicon and zinc as constituent elements of the solid phase A, and, except for the constituent elements, a Group 2 element of the periodic table, a transition element,
A solid solution with at least one element selected from the group consisting of Group 2 and Group 13 elements and Group 14 elements excluding carbon;
Also, the present invention relates to a nonaqueous electrolyte secondary battery using a material that is an intermetallic compound, particularly to a charging method.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、移動体通信機器、携帯電子機器の
主電源として利用されているリチウム二次電池は、起電
力が高く、高エネルギー密度である特長を有している。
負極材料としてリチウム金属を用いたリチウム二次電池
は、エネルギー密度は高いが、充電時に負極にリチウム
がデンドライト状に析出し、充放電を繰り返すことによ
りセパレータを貫通して正極側に達し、内部短絡を起こ
す恐れがあった。また、析出したデンドライト状リチウ
ムは比表面積が大きいため反応活性度が高く、その表面
で電解液中の溶媒と反応して電子伝導性に欠いた固体電
解質的な界面皮膜を形成する。そのため電池の内部抵抗
が高くなったり、電子伝導のネットワークから孤立した
粒子が存在するようになり、これらが充放電効率を低下
させる要因となっている。これらの理由で負極材料とし
てリチウム金属を用いたリチウム二次電池は、信頼性が
低く、サイクル寿命特性が短いという問題があった。2. Description of the Related Art In recent years, lithium secondary batteries used as main power sources for mobile communication devices and portable electronic devices have the characteristics of high electromotive force and high energy density.
A lithium secondary battery using lithium metal as the negative electrode material has a high energy density, but lithium precipitates in the negative electrode during charging in the form of dendrites, and repeats charging and discharging to reach the positive electrode side through the separator, causing an internal short circuit. There was a risk of causing. The precipitated dendrite-like lithium has a high specific activity because of its large specific surface area, and reacts with the solvent in the electrolytic solution on its surface to form a solid electrolyte interface film lacking electron conductivity. For this reason, the internal resistance of the battery is increased, and particles isolated from the electron conduction network are present, and these are factors that lower the charge / discharge efficiency. For these reasons, lithium secondary batteries using lithium metal as the negative electrode material have low reliability and short cycle life characteristics.
【0003】現在、リチウム金属に替わる負極材料とし
て、リチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素材料を使用
し実用化に至っている。通常、炭素材料負極には金属リ
チウムが析出しないため、デンドライト状リチウムによ
る内部短絡の問題はない。しかし、炭素材料の一つであ
る黒鉛の理論容量は372mAh/gであり、Li金属単体の理論
容量の10分の1程度と少ない。この電池系は、特にリ
チウムイオン二次電池と称されている。At present, a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions is used as a negative electrode material instead of lithium metal, and has been put to practical use. Normally, metallic lithium does not precipitate on the carbon material negative electrode, so there is no problem of internal short circuit due to dendritic lithium. However, the theoretical capacity of graphite, which is one of the carbon materials, is 372 mAh / g, which is about one tenth of the theoretical capacity of Li metal alone. This battery system is particularly called a lithium ion secondary battery.
【0004】他の負極材料としては、リチウムと化合物
を形成する単体金属材料および単体非金属材料が知られ
ている。例えば、ケイ素(Si)、亜鉛(Zn)のリチウム
を最も含む化合物の組成式は、それぞれLi22Si5、LiZn
であり、この範囲では金属リチウムは通常析出しないた
め、デンドライト状リチウムによる内部短絡の問題はな
い。そして、これら化合物と各単体材料との間の電気化
学容量は、それぞれ4199mAh/g、410mAh/gであり、いず
れも黒鉛の理論容量よりも大きい。As other negative electrode materials, a simple metal material and a simple nonmetal material which form a compound with lithium are known. For example, the composition formulas of the most lithium-containing compounds of silicon (Si) and zinc (Zn) are Li 22 Si 5 and LiZn, respectively.
In this range, metallic lithium does not usually precipitate, and there is no problem of internal short circuit due to dendritic lithium. The electrochemical capacities between these compounds and the individual materials are 4199 mAh / g and 410 mAh / g, respectively, which are both larger than the theoretical capacity of graphite.
【0005】また、リチウムと化合物を形成する単体金
属材料および単体非金属材料の他に化合物負極材料とし
て、特開平7−240201号公報には遷移元素からな
る非鉄金属の珪化物が、特開平9−63651号公報に
は4B族元素及びP,Sbの少なくとも一つを含む金属
間化合物からなり、その結晶構造がCaF2型、ZnS型、AlL
iSi型のいずれかからなる負極材料などが提案されてい
る。In addition to a simple metal material and a simple non-metal material forming a compound with lithium, as a compound negative electrode material, Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-240201 discloses a non-ferrous metal silicide comprising a transition element. JP-B-63651 discloses an intermetallic compound containing a group 4B element and at least one of P and Sb, and has a crystal structure of CaF 2 type, ZnS type, or AlL.
Negative electrode materials made of any of the iSi type have been proposed.
【0006】また、これらの電池を充電する方法として
は、リチウム二次電池を充電する際にはリチウム負極上
にデンドライト状にリチウムが析出することを抑制する
ために、例えば特開平6−98473号公報に示される
ように、パルス電流を加えて充電する方法が提案されて
いる。また、負極に炭素材料を用いたリチウムイオン二
次電池においても、炭素負極上にリチウムが析出するこ
とを防止するために、例えば特開平4−206479号
公報に示されるように定電圧充電時の充電電流値を一定
値以下に規制することが提案されている。[0006] Further, as a method of charging these batteries, when charging a lithium secondary battery, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-98473 discloses a method for suppressing the deposition of lithium in the form of dendrites on a lithium negative electrode. As shown in the gazette, a method of charging by adding a pulse current has been proposed. Further, even in a lithium ion secondary battery using a carbon material for the negative electrode, in order to prevent lithium from being deposited on the carbon negative electrode, for example, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. It has been proposed to regulate the charging current value to a certain value or less.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような炭素材料よりも高容量の負極材料には、それぞれ
以下に示すような課題がある。However, the negative electrode materials having higher capacities than the above-mentioned carbon materials have the following problems, respectively.
【0008】リチウムと化合物を形成する単体金属材料
および単体非金属材料の負極材料は共通して、炭素負極
材料にくらべて充放電サイクル寿命特性が悪い。その理
由は定かでないが以下のように考えている。[0008] A single metal material and a single nonmetallic negative electrode material which form a compound with lithium commonly have poorer charge / discharge cycle life characteristics than carbon negative electrode materials. The reason is not clear, but I think as follows.
【0009】例えばケイ素は、その結晶学的な単位格子
(立方晶、空間群Fd-3m)に8個のケイ素原子を含んで
いる。格子定数a=0.5420nmから換算して、単位格子体積
は0.1592nm3であり、ケイ素原子1個の占める体積は19.
9×10-3nm3である。ケイ素−リチウム二元系の相図から
判断して、室温におけるリチウムとの電気化学的な化合
物形成では、その反応の初期にケイ素と化合物Li12Si7
との2相が共存しているものと考えられる。Li12Si7の
結晶学的な単位格子(斜方晶、空間群Pnma)には56個
のケイ素原子が含まれている。その格子定数a=0.8610n
m、b=1.9737nm、c=1.4341nmから換算して、単位格子体
積は2.4372nm3であり、ケイ素原子1個あたりの体積
(単位格子体積を単位格子中のケイ素原子数で除した
値)は43.5×10 -3nm3である。この値からすると、ケイ
素から化合物Li12Si7になるにあたって、材料の体積が
2.19倍に膨張することになる。ケイ素と化合物Li12Si7
との2相共存状態での反応はケイ素が部分的に化合物Li
12Si7に変化するためにこれらの体積差が大きく、材料
に大きな歪みが生じ、亀裂を生じやすく、微細な粒子に
なりやすいことが考えられる。更に電気化学的なリチウ
ムとの化合物形成反応が進行すると、最終的に最もリチ
ウムを多く含む化合物Li22Si5を生じる。Li22Si5の結晶
学的な単位格子(立方晶、空間群F23)には80個のケ
イ素原子が含まれている。その格子定数a=1.8750nmから
換算して、単位格子体積は6.5918nm3であり、ケイ素原
子1個あたりの体積(単位格子体積を単位格子中のケイ
素原子数で除した値)は82.4×10-3nm3である。この値
は単体ケイ素の4.14倍であり、材料は大きく膨張してい
る。負極材料にとっての放電反応では、化合物からリチ
ウムが減少してゆく反応が起こり、材料は収縮する。こ
のように充電時と放電時の体積差が大きいため、材料に
大きな歪みが生じ、亀裂が発生して粒子が微細化するも
のと考えられる。さらにこの微細化した粒子間に空間が
生じ、電子伝導ネットワークが分断され、電気化学的な
反応に関与できない部分が増加し、充放電容量が低下す
るものと考えられる。For example, silicon has its crystallographic unit cell
(Cubic, space group Fd-3m) containing 8 silicon atoms
I have. Converted from lattice constant a = 0.5420 nm, unit cell volume
Is 0.1592nmThreeAnd the volume occupied by one silicon atom is 19.
9 × 10-3nmThreeIt is. From the phase diagram of the silicon-lithium binary system
Judging, electrochemical compound with lithium at room temperature
In product formation, silicon and the compound Li12Si7
It is considered that these two phases coexist. Li12Si7of
56 crystallographic unit cells (rhombic, space group Pnma)
Contains a silicon atom. Its lattice constant a = 0.8610n
Converted from m, b = 1.9737 nm, c = 1.4341 nm, unit lattice
Product is 2.4372nmThreeAnd the volume per silicon atom
(The unit cell volume is divided by the number of silicon atoms in the unit cell.
Value) is 43.5 × 10 -3nmThreeIt is. From this value,
Element to compound Li12Si7The volume of the material
It will expand 2.19 times. Silicon and compound Li12Si7
In the coexistence of two phases with
12Si7These volume differences are large due to the
Large strains, cracks easily, and fine particles
It can be easy to become. More electrochemical lithium
When the compound formation reaction with the
Li-rich compoundtwenty twoSiFiveIs generated. Litwenty twoSiFiveCrystal
The unit cell (cubic, space group F23) has 80
Contains an iodine atom. From its lattice constant a = 1.8750 nm
Converted, the unit cell volume is 6.5918 nmThreeAnd the silicon source
Volume per child (unit cell volume is
82.4 × 10)-3nmThreeIt is. This value
Is 4.14 times that of elemental silicon, and the material is greatly expanded.
You. In the discharge reaction for the negative electrode material, the compound
The material shrinks as the reaction decreases. This
Since the volume difference between charging and discharging is large as in
Large strain occurs, cracks occur and particles become finer
it is considered as. In addition, there is a space between these miniaturized particles
The electron conduction network is disrupted and the electrochemical
The part that cannot participate in the reaction increases and the charge / discharge capacity decreases.
It is considered to be.
【0010】亜鉛は結晶学的な単位格子(六方晶、空間
群P63/mmc)に2個の亜鉛原子を含んでいる。格子定数a
=0.2665nm、c=0.4947nmから換算して、単位格子体積は
0.030428nm3であり、亜鉛原子1個の占める体積は15.2
×10-3nm3である。亜鉛−リチウム二元系の相図から判
断すると、いくつかの化合物を経て、最終的に最もリチ
ウムを多く含む化合物LiZnを生じる。LiZnの結晶学的な
単位格子(立方晶、空間群Fd-3m)には8個の亜鉛原子
が含まれている。その格子定数a=0.6209nmから換算し
て、単位格子体積は0.2394nm3であり、亜鉛原子1個あ
たりの体積(単位格子体積を単位格子中の亜鉛原子数で
除した値)は29.9×10-3nm3である。この値は単体亜鉛
の1.97倍であり、材料は膨張する。[0010] Zinc contains two zinc atoms to the crystallographic unit cell (hexagonal, space group P6 3 / mmc). Lattice constant a
= 0.2665 nm, c = 0.4947 nm, the unit cell volume is
0.030428 nm 3 and the volume occupied by one zinc atom is 15.2
× 10 -3 nm 3 . Judging from the phase diagram of the zinc-lithium binary system, a lithium-rich compound LiZn is finally produced through several compounds. The crystallographic unit cell of LiZn (cubic, space group Fd-3m) contains eight zinc atoms. Converted from the lattice constant a = 0.6209 nm, the unit cell volume is 0.2394 nm 3 , and the volume per zinc atom (the value obtained by dividing the unit cell volume by the number of zinc atoms in the unit cell) is 29.9 × 10 -3 nm 3. This value is 1.97 times that of elemental zinc, and the material expands.
【0011】このようにも亜鉛もケイ素と同様に充放電
反応による負極材料の体積変化が大きく、また体積差の
大きな2つの相が共存する状態の変化を繰り返すことに
より、材料に亀裂を生じ、粒子が微細化するものと考え
られる。微細化した材料は、粒子間に空間が生じ、電子
伝導ネットワークが分断され、電気化学的な反応に関与
できない部分が増加し、充放電容量が低下するものと考
えられる。As described above, similarly to silicon, zinc has a large change in volume of the negative electrode material due to a charge / discharge reaction, and repeatedly changes a state in which two phases having a large volume difference coexist, thereby causing cracks in the material. It is considered that the particles become finer. It is considered that in the miniaturized material, a space is generated between particles, the electron conduction network is divided, a portion that cannot participate in an electrochemical reaction increases, and the charge / discharge capacity decreases.
【0012】すなわちリチウムと化合物を形成する単体
金属材料および単体非金属材料の負極材料に共通した大
きな体積変化と、これによる組織変化が、炭素負極材料
にくらべて充放電サイクル寿命特性が悪い理由であると
推察している。That is, the large volume change common to the single metal material and the single nonmetal material negative electrode material forming a compound with lithium and the resulting structural change are caused by poor charge / discharge cycle life characteristics as compared with the carbon negative electrode material. I guess there is.
【0013】一方、上述の単体材料と異なり、遷移元素
からなる非鉄金属の珪化物や4B族元素及びP,Sbの
少なくとも一つを含む金属間化合物からなり、その結晶
構造がCaF2型、ZnS型、AlLiSi型のいずれかからなる負
極材料などは、サイクル寿命特性の改善された負極材料
としてそれぞれ特開平7−240201号公報、特開平
9−63651号公報に提案されている。On the other hand, unlike the above-mentioned simple material, it is composed of a non-ferrous metal silicide composed of a transition element or an intermetallic compound containing at least one of the group 4B element and P or Sb, and has a crystal structure of CaF 2 type, ZnS A negative electrode material of any one of the negative electrode type and the AlLiSi type has been proposed as a negative electrode material having improved cycle life characteristics in JP-A-7-240201 and JP-A-9-63651, respectively.
【0014】特開平7−240201号公報に示された
遷移元素からなる非鉄金属の珪化物負極材料を用いた電
池は実施例と比較例に示された1サイクル目、50サイ
クル目、100サイクル目の電池容量から、リチウム金
属負極材料と比較して充放電サイクル寿命特性は改善さ
れているが、天然黒鉛負極材料と比較して電池容量は最
大でも12%程度しか増加していない。よって、その明細
書には明言されていないが、遷移元素からなる非鉄金属
の珪化物負極材料は黒鉛負極材料に比べて大幅な容量増
加は実施されていないと思われる。Batteries using a non-ferrous metal silicide negative electrode material comprising a transition element disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-240201 were used in the first cycle, the 50th cycle, and the 100th cycle shown in Examples and Comparative Examples. Although the charge / discharge cycle life characteristic is improved as compared with the lithium metal negative electrode material, the battery capacity is increased by only about 12% at the maximum as compared with the natural graphite negative electrode material. Therefore, although not explicitly stated in the specification, it is considered that the non-ferrous metal silicide negative electrode material composed of a transition element has not been significantly increased in capacity as compared with the graphite negative electrode material.
【0015】また、特開平9−63651号公報に示さ
れた材料は、その実施例と比較例にLi-Pb合金負極材料
よりも充放電サイクル特性が改善されており、かつ黒鉛
負極材料よりも高容量であることが示されている。しか
し、10〜20サイクルまでの充放電サイクルで放電容
量の減少が著しく、最も良好と思われるMg2Snにおいて
も約20サイクル後には初期容量の70%程度に減少して
いる。Further, the materials disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-63651 have improved charge-discharge cycle characteristics as compared with the Li-Pb alloy negative electrode material in Examples and Comparative Examples, and have a higher performance than the graphite negative electrode material. It has been shown to be of high capacity. However, the discharge capacity is remarkably reduced in the charge / discharge cycles of 10 to 20 cycles, and even for Mg 2 Sn which is considered to be the best, the capacity is reduced to about 70% of the initial capacity after about 20 cycles.
【0016】さらには、電池の充電方法によっても充放
電サイクル寿命特性は異なる。これは、負極材料によっ
ては、充電時の酸化還元電位および電気化学反応時の過
電圧が異なるために、充電電流値もしくは充電電圧値が
許容範囲を超えると、電極反応が不均一に進行したり、
リチウム析出や皮膜形成、ガス発生などの副反応が起こ
るために充放電サイクル寿命特性が低下するからであ
る。Further, the charge / discharge cycle life characteristics differ depending on the method of charging the battery. This is because, depending on the negative electrode material, since the oxidation-reduction potential during charging and the overvoltage during electrochemical reaction are different, if the charging current value or charging voltage value exceeds the allowable range, the electrode reaction proceeds unevenly,
This is because side reactions such as lithium deposition, film formation, and gas generation occur, and the charge-discharge cycle life characteristics deteriorate.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】本発明は、固相Aからなる核粒子
の周囲の全面または一部を、固相Bによって被覆した複
合粒子で、前記固相Aはケイ素、亜鉛の少なくとも一種
を構成元素として含み、前記固相Bは固相Aの構成元素
であるケイ素、亜鉛のいずれかと、前記構成元素を除い
て、周期表の2族元素、遷移元素、12族元素、13族
元素、ならびに炭素を除く14族元素からなる群から選
ばれた少なくとも一種の元素との固溶体または金属間化
合物である材料を用いることで固相Aにより高容量、か
つ固相Bが固相Aの充放電で起きる膨張・収縮を抑える
役割を担うことで充放電サイクル特性の優れた負極材料
を提供し、更に、上記の負極材料を用いた電池を充電す
る際に、設定電圧(E)に達するまでは、充電を一定の
電流値(I)で充電する定電流充電領域と、前記設定電
圧(E)に達した後、設定電圧(E)で定電圧充電する
定電圧充電領域とを組み合わせて充電を行い、かつ、定
電流充電領域および定電圧充電領域の充電電流値を、正
負極が対向する部分の電流密度として5mA/cm2以
下に規制することで、従来の課題を解決し、高エネルギ
ー密度でかつサイクル寿命特性に優れた非水電解質二次
電池とその電池の充電方法を提供することができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention is a composite particle in which the entire surface or a part of a core particle comprising a solid phase A is coated with a solid phase B, wherein the solid phase A comprises at least one of silicon and zinc. Containing as an element, the solid phase B is one of silicon and zinc, which are constituent elements of the solid phase A, and excluding the constituent elements, a Group 2 element, a transition element, a Group 12 element, a Group 13 element of the periodic table, and By using a material that is a solid solution or an intermetallic compound with at least one element selected from the group consisting of Group 14 elements excluding carbon, the solid phase A has a higher capacity, and the solid phase B is charged and discharged by the solid phase A. It provides a negative electrode material with excellent charge-discharge cycle characteristics by playing a role in suppressing the expansion and contraction that occurs. Further, when charging a battery using the above-described negative electrode material, until the set voltage (E) is reached, Charging with a constant current value (I) The constant-current charging region and the constant-voltage charging region that performs constant-voltage charging at the set voltage (E) after reaching the set voltage (E) are charged. The conventional problem is solved by regulating the charging current value in the region to 5 mA / cm 2 or less as the current density of the portion where the positive and negative electrodes are opposed to each other. A secondary battery and a method for charging the battery can be provided.
【0018】本発明では、負極材料の固相Aは高容量の
ケイ素、亜鉛の少なくともいずれかを構成元素として含
むことから主として充放電容量の高容量化に寄与してい
るものと考えられる。また固相Aからなる核粒子の周囲
の全面または一部を被覆している固相Bは含有されるリ
チウム量が少なく粒子の膨張・収縮を抑える役割をする
ことで集電性の低下を抑制し、充放電サイクル寿命特性
を改善している。さらに、定電流充電領域および定電圧
充電領域の充電電流値を、正負極が対向する部分の電流
密度として5mA/cm2以下に規制することで、負極
の充電時に起こる電解液との副反応を抑制し充放電サイ
クル寿命特性が向上する。In the present invention, since the solid phase A of the negative electrode material contains at least one of silicon and zinc having a high capacity as a constituent element, it is considered that the solid phase A mainly contributes to an increase in the charge / discharge capacity. The solid phase B, which covers the entire surface or a part of the periphery of the core particles composed of the solid phase A, contains a small amount of lithium and plays a role of suppressing the expansion and contraction of the particles, thereby suppressing a decrease in current collection. In addition, the charge-discharge cycle life characteristics are improved. Furthermore, by limiting the charging current value in the constant current charging region and the constant voltage charging region to 5 mA / cm 2 or less as the current density of the portion where the positive and negative electrodes face each other, side reactions with the electrolytic solution that occur during charging of the negative electrode can be prevented. It suppresses the charge and discharge cycle life characteristics.
【0019】以下に本発明を実施するにあたり、可能な
実施の形態について述べる。本発明に用いられる正極及
び負極は、リチウムイオンを電気化学的かつ可逆的に挿
入・放出できる正極活物質や負極材料に導電剤、結着剤
等を含む合剤層を集電体の表面に塗着して作製されたも
のである。In the following, possible embodiments of the present invention will be described. The positive electrode and the negative electrode used in the present invention have a mixture layer containing a conductive agent, a binder and the like in a positive electrode active material or a negative electrode material capable of electrochemically and reversibly inserting and releasing lithium ions on the surface of the current collector. It was produced by coating.
【0020】本発明で用いられる負極材料は、固相Aか
らなる核粒子の周囲の全面または一部を、固相Bによっ
て被覆した複合粒子で、前記固相Aはケイ素、亜鉛の少
なくとも一種を構成元素として含み、前記固相Bは固相
Aの構成元素であるケイ素、亜鉛のいずれかと、前記構
成元素を除いて、周期表の2族元素、遷移元素、12
族、13族元素、ならびに炭素を除く14族元素からな
る群から選ばれた少なくとも一種の元素との固溶体、ま
たは金属間化合物である材料(以下、“複合粒子”と称
する)である。The negative electrode material used in the present invention is a composite particle in which the whole or a part of the periphery of the core particle composed of the solid phase A is coated with the solid phase B, and the solid phase A contains at least one of silicon and zinc. The solid phase B includes any of silicon and zinc as the constituent elements of the solid phase A, and, except for the constituent elements, a group 2 element of the periodic table, a transition element,
A material that is a solid solution or an intermetallic compound with at least one element selected from the group consisting of Group 13 elements, Group 13 elements, and Group 14 elements excluding carbon (hereinafter, referred to as “composite particles”).
【0021】本発明に用いられる複合粒子の製造方法の
一つとしては、複合粒子を構成する各元素の仕込み組成
分の溶融物を、乾式噴霧法、湿式噴霧法、ロール急冷法
及び回転電極法などで急冷、凝固させ、その凝固物を、
仕込み組成から決まる固溶体または金属間化合物の固相
線温度より低い温度で熱処理するという方法がある。溶
融物の急冷凝固により、核粒子として固相A粒子、そし
てその固相A粒子の周囲の全面または一部を被覆する固
相Bを析出させ、その後の熱処理により、各固相A,B
の均一性を高めることを目的にしているが熱処理をしな
い場合でも、請求項1記載の複合粒子を得ることができ
る。また上記冷却方法以外の方法においても十分に冷却
可能な方法であれば用いることができる。As one of the methods for producing composite particles used in the present invention, a melt of the charged composition of each element constituting the composite particles is prepared by a dry spray method, a wet spray method, a roll quenching method and a rotating electrode method. Rapid cooling and solidification by such as
There is a method of performing heat treatment at a temperature lower than the solidus temperature of the solid solution or the intermetallic compound determined by the charged composition. By rapid solidification of the melt, solid phase A particles as core particles and solid phase B covering the entire surface or a part of the periphery of the solid phase A particles are precipitated.
The purpose of the present invention is to increase the uniformity of the composite particles, but the composite particles according to claim 1 can be obtained even without heat treatment. In addition, any method other than the above-mentioned cooling method can be used as long as it can sufficiently cool.
【0022】その他の製造方法としては、固相Aの粉末
の表面に、固相Bを形成するのに必要な固相Aに含まれ
る元素以外の元素からなる付着層を形成させ、それを、
仕込み組成から決まる固溶体または金属間化合物の固相
線温度より低い温度で熱処理するという方法がある。こ
の熱処理により、固相A中の成分元素が付着層に拡散し
て、被覆層として固相Bが形成される。この付着層の形
成方法としては、メッキ法またはメカニカルアロイング
法などによって行うことができる。メカニカルアロイン
グ法においては熱処理を必要としなくても良い。その
他、付着層を形成可能な方法であれば用いることができ
る。As another manufacturing method, an adhesion layer made of an element other than the elements contained in the solid phase A necessary for forming the solid phase B is formed on the surface of the powder of the solid phase A.
There is a method of performing heat treatment at a temperature lower than the solidus temperature of the solid solution or the intermetallic compound determined by the charged composition. By this heat treatment, the component elements in the solid phase A diffuse into the adhesion layer, and the solid phase B is formed as a coating layer. The adhesion layer can be formed by a plating method or a mechanical alloying method. In the mechanical alloying method, heat treatment may not be required. In addition, any method capable of forming an adhesion layer can be used.
【0023】本発明に用いられる負極用導電剤は、電子
伝導性材料であれば何でもよい。例えば、天然黒鉛(鱗
片状黒鉛など)、人造黒鉛、膨張黒鉛などのグラファイ
ト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャ
ンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラッ
ク、サーマルブラック等のカ−ボンブラック類、炭素繊
維、金属繊維などの導電性繊維類、銅、ニッケル等の金
属粉末類およびポリフェニレン誘導体などの有機導電性
材料などを単独又はこれらの混合物として含ませること
ができる。これらの導電剤のなかで、人造黒鉛、アセチ
レンブラック、炭素繊維が特に好ましい。導電剤の添加
量は、特に限定されないが、負極材料に対して1〜50
重量%が好ましく、特に1〜30重量%が好ましい。ま
た本発明の負極材料はそれ自身電子伝導性を有するた
め、導電材を添加しなくても電池として機能させること
は可能である。The conductive agent for a negative electrode used in the present invention may be any material as long as it is an electron conductive material. For example, graphites such as natural graphite (flaky graphite etc.), artificial graphite, expanded graphite, carbon blacks such as acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, carbon fibers, Conductive fibers such as metal fibers, metal powders such as copper and nickel, and organic conductive materials such as polyphenylene derivatives can be included alone or as a mixture thereof. Among these conductive agents, artificial graphite, acetylene black and carbon fiber are particularly preferred. The addition amount of the conductive agent is not particularly limited, but may be 1 to 50 with respect to the negative electrode material.
% By weight, and particularly preferably 1 to 30% by weight. Further, since the negative electrode material of the present invention has electronic conductivity itself, it can function as a battery without adding a conductive material.
【0024】本発明に用いられる負極用結着剤として
は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれであってもよ
い。本発明において好ましい結着剤は、例えば、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン
(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ス
チレンブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン−ヘキ
サフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン
−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テト
ラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエー
テル共重合体(PFA)、フッ化ビニリデン−ヘキサフ
ルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロ
トリフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフル
オロエチレン共重合体(ETFE樹脂)、ポリクロロト
リフルオロエチレン(PCTFE)、フッ化ビニリデン
−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン−テ
トラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリ
フルオロエチレン共重合体(ECTFE)、フッ化ビニ
リデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエ
チレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチ
ルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体、
エチレン−アクリル酸共重合体または前記材料の(Na
+)イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸共重合体ま
たは前記材料の(Na+)イオン架橋体、エチレン−ア
クリル酸メチル共重合体または前記材料の(Na+)イ
オン架橋体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体ま
たは前記材料の(Na+)イオン架橋体を挙げる事がで
き、これらの材料を単独又は混合物として用いることが
できる。またこれらの材料の中でより好ましい材料は、
スチレンブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン、エチ
レン−アクリル酸共重合体または前記材料の(Na+)
イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸共重合体または
前記材料の(Na+)イオン架橋体、エチレン−アクリ
ル酸メチル共重合体または前記材料の(Na+)イオン
架橋体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体または
前記材料の(Na+)イオン架橋体である。The binder for the negative electrode used in the present invention may be either a thermoplastic resin or a thermosetting resin. Preferred binders in the present invention include, for example, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene butadiene rubber, tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexa Fluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene-tetra Fluoroethylene copolymer (ETFE resin), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene copolymer, propylene-tetrafluoroethylene Polymer, ethylene - chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), vinylidene fluoride - hexafluoropropylene - tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride - perfluoromethyl vinyl ether - tetrafluoroethylene copolymer,
Ethylene-acrylic acid copolymer or (Na
+ ) Ion crosslinked product, ethylene-methacrylic acid copolymer or (Na + ) ion crosslinked product of the above material, ethylene-methyl acrylate copolymer or (Na + ) ion crosslinked product of the above material, ethylene-methyl methacrylate Copolymers or (Na + ) ion crosslinked products of the above materials can be mentioned, and these materials can be used alone or as a mixture. Further, a more preferable material among these materials is
Styrene butadiene rubber, polyvinylidene fluoride, ethylene-acrylic acid copolymer or (Na + )
Ion crosslinked product, ethylene-methacrylic acid copolymer or (Na + ) ion crosslinked product of the above material, ethylene-methyl acrylate copolymer or (Na + ) ion crosslinked product of the above material, ethylene-methyl methacrylate copolymer It is a combined or (Na + ) ion crosslinked product of the above materials.
【0025】本発明に用いられる負極用集電体として
は、構成された電池において化学変化を起こさない電子
伝導体であれば何でもよい。例えば、材料としてステン
レス鋼、ニッケル、銅、チタン、炭素、導電性樹脂など
の他に、銅やステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル
あるいはチタンを処理させたものなどが用いられる。特
に、銅あるいは銅合金が好ましい。これらの材料の表面
を酸化して用いることもできる。また、表面処理により
集電体表面に凹凸を付けることが望ましい。形状は、フ
ォイルの他、フィルム、シート、ネット、パンチングさ
れたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体
などが用いられる。厚みは、特に限定されないが、1〜
500μmのものが用いられる。The current collector for the negative electrode used in the present invention may be any electronic conductor which does not cause a chemical change in the battery constituted. For example, in addition to stainless steel, nickel, copper, titanium, carbon, conductive resin, and the like, a material obtained by treating the surface of copper or stainless steel with carbon, nickel, or titanium is used. Particularly, copper or a copper alloy is preferable. The surface of these materials can be oxidized and used. In addition, it is desirable to make the current collector surface uneven by surface treatment. As the shape, in addition to a foil, a film, a sheet, a net, a punched material, a lath body, a porous body, a foamed body, a molded body of a fiber group, and the like are used. The thickness is not particularly limited, but 1 to
Those having a size of 500 μm are used.
【0026】本発明に用いられる正極材料には、リチウ
ム含有または非含有の化合物を用いることができる。例
えば、Lix CoO2 、Lix NiO2、Lix MnO2
、Lix Coy Ni1-y O2、Lix Coy M
1-yOz、LixNi1-yMyOz、Lix Mn2 O4 、L
ix Mn2-y My O4 (M=Na、Mg、Sc、Y、M
n、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、P
b、Sb、Bのうち少なくとも一種)、(ここでx=0
〜1.2、y=0〜0.9、z=2.0〜2.3)があ
げられる。ここで、上記のx値は、充放電開始前の値で
あり、充放電により増減する。ただし、遷移金属カルコ
ゲン化物、バナジウム酸化物およびそのリチウム化合
物、ニオブ酸化物およびそのリチウム化合物、有機導電
性物質を用いた共役系ポリマー、シェブレル相化合物等
の他の正極材料を用いることも可能である。また、複数
の異なった正極材料を混合して用いることも可能であ
る。正極活物質粒子の平均粒径は、特に限定はされない
が、1〜30μmであることが好ましい。As the positive electrode material used in the present invention, a compound containing or not containing lithium can be used. For example, Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x MnO 2
, Li x Co y Ni 1-y O 2 , Li x Co y M
1-y O z, Li x Ni 1-y M y O z, Li x Mn 2 O 4, L
i x Mn 2-y M y O 4 (M = Na, Mg, Sc, Y, M
n, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Cr, P
b, Sb, B) (where x = 0)
-1.2, y = 0-0.9, z = 2.0-2.3). Here, the above-mentioned x value is a value before the start of charge / discharge, and increases / decreases due to charge / discharge. However, it is also possible to use other positive electrode materials such as transition metal chalcogenides, vanadium oxides and lithium compounds thereof, niobium oxides and lithium compounds thereof, conjugated polymers using organic conductive substances, and Chevrel phase compounds. . It is also possible to use a mixture of a plurality of different positive electrode materials. The average particle size of the positive electrode active material particles is not particularly limited, but is preferably 1 to 30 μm.
【0027】本発明で使用される正極用導電剤は、用い
る正極材料の充放電電位において、化学変化を起こさな
い電子伝導性材料であれば何でもよい。例えば、天然黒
鉛(鱗片状黒鉛など)、人造黒鉛などのグラファイト
類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャン
ネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、
サーマルブラック等のカ−ボンブラック類、炭素繊維、
金属繊維などの導電性繊維類、フッ化カーボン、アルミ
ニウム等の金属粉末類、酸化亜鉛、チタン酸カリウムな
どの導電性ウィスカー類、酸化チタンなどの導電性金属
酸化物あるいはポリフェニレン誘導体などの有機導電性
材料などを単独又はこれらの混合物として含ませること
ができる。これらの導電剤のなかで、人造黒鉛、アセチ
レンブラックが特に好ましい。導電剤の添加量は、特に
限定されないが、正極材料に対して1〜50重量%が好
ましく、特に1〜30重量%が好ましい。カーボンやグ
ラファイトでは、2〜15重量%が特に好ましい。The conductive agent for the positive electrode used in the present invention may be any electronic conductive material which does not cause a chemical change at the charge / discharge potential of the positive electrode material used. For example, graphites such as natural graphite (flaky graphite, etc.), artificial graphite, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black,
Carbon blacks such as thermal black, carbon fiber,
Conductive fibers such as metal fibers, metal powders such as carbon fluoride and aluminum, conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate, conductive metal oxides such as titanium oxide and organic conductive materials such as polyphenylene derivatives Materials and the like can be included alone or as a mixture thereof. Among these conductive agents, artificial graphite and acetylene black are particularly preferred. The addition amount of the conductive agent is not particularly limited, but is preferably 1 to 50% by weight, and particularly preferably 1 to 30% by weight based on the positive electrode material. For carbon and graphite, 2 to 15% by weight is particularly preferred.
【0028】本発明に用いられる正極用結着剤として
は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれであってもよ
い。本発明に於いて好ましい結着剤は、例えば、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン
(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ス
チレンブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン−ヘキ
サフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン
−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テト
ラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエー
テル共重合体(PFA)、フッ化ビニリデン−ヘキサフ
ルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロ
トリフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフル
オロエチレン共重合体(ETFE樹脂)、ポリクロロト
リフルオロエチレン(PCTFE)、フッ化ビニリデン
−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン−テ
トラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリ
フルオロエチレン共重合体(ECTFE)、フッ化ビニ
リデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエ
チレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチ
ルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体、
エチレン−アクリル酸共重合体または前記材料の(Na
+)イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸共重合体ま
たは前記材料の(Na+)イオン架橋体、エチレン−ア
クリル酸メチル共重合体または前記材料の(Na+)イ
オン架橋体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体ま
たは前記材料の(Na+)イオン架橋体を挙げる事がで
き、これらの材料を単独又は混合物として用いることが
できる。またこれらの材料の中でより好ましい材料はポ
リフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロ
エチレン(PTFE)である。The binder for the positive electrode used in the present invention may be either a thermoplastic resin or a thermosetting resin. Preferred binders in the present invention include, for example, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene butadiene rubber, tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene -Hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymer (PFA), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene -Tetrafluoroethylene copolymer (ETFE resin), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene copolymer, propylene-tetrafluoroethylene Polymer, ethylene - chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), vinylidene fluoride - hexafluoropropylene - tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride - perfluoromethyl vinyl ether - tetrafluoroethylene copolymer,
Ethylene-acrylic acid copolymer or (Na
+ ) Ion crosslinked product, ethylene-methacrylic acid copolymer or (Na + ) ion crosslinked product of the above material, ethylene-methyl acrylate copolymer or (Na + ) ion crosslinked product of the above material, ethylene-methyl methacrylate Copolymers or (Na + ) ion crosslinked products of the above materials can be mentioned, and these materials can be used alone or as a mixture. Among these materials, more preferred materials are polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE).
【0029】本発明に用いられる正極用集電体として
は、用いる正極材料の充放電電位において化学変化を起
こさない電子伝導体であれば何でもよい。例えば、材料
としてステンレス鋼、アルミニウム、チタン、炭素、導
電性樹脂などの他に、アルミニウムやステンレス鋼の表
面にカーボンあるいはチタンを処理させたものが用いら
れる。特に、アルミニウムあるいはアルミニウム合金が
好ましい。これらの材料の表面を酸化して用いることも
できる。また、表面処理により集電体表面に凹凸を付け
ることが望ましい。形状は、フォイルの他、フィルム、
シート、ネット、パンチされたもの、ラス体、多孔質
体、発泡体、繊維群、不織布体の成形体などが用いられ
る。厚みは、特に限定されないが、1〜500μmのも
のが用いられる。The current collector for the positive electrode used in the present invention may be any electronic conductor that does not cause a chemical change in the charge and discharge potential of the positive electrode material used. For example, in addition to stainless steel, aluminum, titanium, carbon, conductive resin, and the like, a material obtained by treating the surface of aluminum or stainless steel with carbon or titanium is used. Particularly, aluminum or an aluminum alloy is preferable. The surface of these materials can be oxidized and used. In addition, it is desirable to make the current collector surface uneven by surface treatment. The shape is a foil, a film,
A sheet, a net, a punched material, a lath body, a porous body, a foamed body, a fiber group, a molded body of a nonwoven fabric, and the like are used. The thickness is not particularly limited, but a thickness of 1 to 500 μm is used.
【0030】電極合剤には、導電剤や結着剤の他、フィ
ラー、分散剤、イオン伝導体、圧力増強剤及びその他の
各種添加剤を用いることができる。フィラーは、構成さ
れた電池において、化学変化を起こさない繊維状材料で
あれば何でも用いることができる。通常、ポリプロピレ
ン、ポリエチレンなどのオレフィン系ポリマー、ガラ
ス、炭素などの繊維が用いられる。フィラーの添加量は
特に限定されないが、電極合剤に対して0〜30重量%
が好ましい。In the electrode mixture, a filler, a dispersant, an ionic conductor, a pressure enhancer and other various additives can be used in addition to a conductive agent and a binder. As the filler, any fibrous material that does not cause a chemical change in the configured battery can be used. Usually, fibers such as olefin-based polymers such as polypropylene and polyethylene, glass, and carbon are used. The addition amount of the filler is not particularly limited, but is 0 to 30% by weight based on the electrode mixture.
Is preferred.
【0031】本発明における負極板と正極板の構成は、
少なくとも正極合剤面の対向面に負極合剤面が存在して
いることが好ましい。The structure of the negative electrode plate and the positive electrode plate in the present invention is as follows.
It is preferable that the negative electrode mixture surface exists at least on the surface opposite to the positive electrode mixture surface.
【0032】本発明に用いられる非水電解質は、溶媒
と、その溶媒に溶解するリチウム塩とから構成されてい
る。非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネ−ト
(EC)、プロピレンカ−ボネ−ト(PC)、ブチレン
カーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)
などの環状カーボネート類、ジメチルカーボネート(D
MC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチ
ルカーボネート(EMC)、ジプロピルカーボネート
(DPC)などの鎖状カーボネート類、ギ酸メチル、酢
酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルな
どの脂肪族カルボン酸エステル類、γ−ブチロラクトン
等のγ−ラクトン類、1,2−ジメトキシエタン(DM
E)、1,2−ジエトキシエタン(DEE)、エトキシ
メトキシエタン(EME)等の鎖状エーテル類、テトラ
ヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等の環状
エーテル類、ジメチルスルホキシド、1,3−ジオキソ
ラン、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムア
ミド、ジオキソラン、アセトニトリル、プロピルニトリ
ル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエ
ステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、ス
ルホラン、メチルスルホラン、1,3−ジメチル−2−
イミダゾリジノン、3−メチル−2−オキサゾリジノ
ン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラ
ン誘導体、エチルエーテル、1,3−プロパンサルト
ン、アニソール、ジメチルスルホキシド、N−メチルピ
ロリドン、などの非プロトン性有機溶媒を挙げることが
でき、これらの一種または二種以上を混合して使用す
る。なかでも環状カーボネートと鎖状カーボネートとの
混合系または環状カーボネートと鎖状カーボネート及び
脂肪族カルボン酸エステルとの混合系が好ましい。The non-aqueous electrolyte used in the present invention comprises a solvent and a lithium salt dissolved in the solvent. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), and vinylene carbonate (VC).
Cyclic carbonates such as dimethyl carbonate (D
MC), linear carbonates such as diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC) and dipropyl carbonate (DPC), and aliphatic carboxylic esters such as methyl formate, methyl acetate, methyl propionate and ethyl propionate. , Γ-lactones such as γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane (DM
E), chain ethers such as 1,2-diethoxyethane (DEE) and ethoxymethoxyethane (EME), cyclic ethers such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolan, formamide, Acetamide, dimethylformamide, dioxolan, acetonitrile, propylnitrile, nitromethane, ethyl monoglyme, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-
Aprotic organic solvents such as imidazolidinone, 3-methyl-2-oxazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, ethyl ether, 1,3-propanesultone, anisole, dimethylsulfoxide, N-methylpyrrolidone; Can be used alone or in combination of two or more. Among them, a mixed system of a cyclic carbonate and a chain carbonate or a mixed system of a cyclic carbonate, a chain carbonate and an aliphatic carboxylic acid ester is preferable.
【0033】これらの溶媒に溶解するリチウム塩として
は、例えばLiClO4 、LiBF 4 、LiPF6 、L
iAlCl4、LiSbF6、LiSCN、LiCl、L
iCF3 SO3 、LiCF3 CO2 、Li(CF3S
O2)2、LiAsF6 、LiN(CF3SO2)2、Li
B10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiC
l、LiBr、LiI、クロロボランリチウム、四フェ
ニルホウ酸リチウム、イミド類等を挙げることができ、
これらを使用する電解液等に単独又は二種以上を組み合
わせて使用することができるが、特にLiPF6 を含ま
せることがより好ましい。As a lithium salt dissolved in these solvents,
Is, for example, LiClOFour , LiBF Four , LiPF6 , L
iAlClFour, LiSbF6, LiSCN, LiCl, L
iCFThree SOThree , LiCFThree COTwo , Li (CFThreeS
OTwo)Two, LiAsF6 , LiN (CFThreeSOTwo)Two, Li
BTenClTen, Lithium lower aliphatic carboxylate, LiC
1, LiBr, LiI, lithium chloroborane,
Lithium nylborate, imides and the like,
These may be used alone or in combination of two or more
It is possible to use6 Contains
More preferably.
【0034】本発明における特に好ましい非水電解質
は、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネート
を少なくとも含み、支持塩としてLiPF6 を含む電解
液である。これら電解質を電池内に添加する量は、特に
限定されないが、正極材料や負極材料の量や電池のサイ
ズによって必要量を用いることができる。支持電解質の
非水溶媒に対する溶解量は、特に限定されないが、0.
2〜2mol/lが好ましい。特に、0.5〜1.5m
ol/lとすることがより好ましい。A particularly preferred non-aqueous electrolyte in the present invention is an electrolyte containing at least ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate, and LiPF 6 as a supporting salt. The amount of these electrolytes to be added to the battery is not particularly limited, but a required amount can be used depending on the amounts of the positive electrode material and the negative electrode material and the size of the battery. The amount of the supporting electrolyte dissolved in the nonaqueous solvent is not particularly limited.
2-2 mol / l is preferred. In particular, 0.5-1.5m
ol / l is more preferable.
【0035】また、電解液の他に次の様な固体電解質も
用いることができる。固体電解質としては、無機固体電
解質と有機固体電解質に分けられる。無機固体電解質に
は、Liの窒化物、ハロゲン化物、酸素酸塩などがよく
知られている。なかでも、Li4 SiO4 、Li4 Si
O4 −LiI−LiOH、x Li3 PO4 −(1-x)Li 4
SiO4、Li2 SiS3 、Li3 PO4 −Li2S−S
iS2、硫化リン化合物などが有効である。有機固体電
解質では、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロ
ピレンオキサイド、ポリホスファゼン、ポリアジリジ
ン、ポリエチレンスルフィド、ポリビニルアルコール、
ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン
などやこれらの誘導体、混合物、複合体などのポリマー
材料が有効である。In addition to the electrolyte, the following solid electrolyte is also used.
Can be used. As solid electrolyte, inorganic solid electrolyte
It can be divided into decomposition and organic solid electrolyte. For inorganic solid electrolyte
Is often Li nitride, halide, oxyacid salt, etc.
Are known. Above all, LiFour SiOFour , LiFour Si
OFour -LiI-LiOH,x LiThree POFour −(1-x)Li Four
SiOFour, LiTwo SiSThree , LiThree POFour −LiTwoSS
iSTwoAnd phosphorus sulfide compounds are effective. Organic solid state
In degrading, for example, polyethylene oxide, polypropylene
Pyrene oxide, polyphosphazene, polyaziridi
, Polyethylene sulfide, polyvinyl alcohol,
Polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene
And polymers such as their derivatives, mixtures, and composites
The material is effective.
【0036】さらに、放電や充放電特性を改良する目的
で、他の化合物を電解質に添加することも有効である。
例えば、トリエチルフォスファイト、トリエタノールア
ミン、環状エーテル、エチレンジアミン、n−グライ
ム、ピリジン、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼ
ン誘導体、クラウンエーテル類、第四級アンモニウム
塩、エチレングリコールジアルキルエーテル等を挙げる
ことができる。It is also effective to add another compound to the electrolyte for the purpose of improving the discharge and charge / discharge characteristics.
For example, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, pyridine, hexaphosphoric triamide, nitrobenzene derivative, crown ethers, quaternary ammonium salt, ethylene glycol dialkyl ether and the like can be mentioned.
【0037】本発明に用いられるセパレータとしては、
大きなイオン透過度を持ち、所定の機械的強度を持ち、
絶縁性の微多孔性薄膜が用いられる。また、一定温度以
上で孔を閉塞し、抵抗をあげる機能を持つことが好まし
い。耐有機溶剤性と疎水性からポリプロピレン、ポリエ
チレンなどの単独又は組み合わせたオレフィン系ポリマ
ーあるいはガラス繊維などからつくられたシートや不織
布または織布が用いられる。セパレータの孔径は、電極
シートより脱離した正負極材料、結着剤、導電剤が通過
しない範囲であることが望ましく、例えば、0.01〜
1μmであるものが望ましい。セパレータの厚みは、一
般的には、10〜300μmが用いられる。また、空孔
率は、電子やイオンの透過性と素材や膜厚に応じて決定
されるが、一般的には30〜80%であることが望まし
い。As the separator used in the present invention,
Has a large ion permeability, has a predetermined mechanical strength,
An insulating microporous thin film is used. Further, it is preferable to have a function of closing a hole at a certain temperature or higher to increase resistance. Sheets, nonwoven fabrics or woven fabrics made from olefin polymers such as polypropylene and polyethylene alone or in combination or glass fibers are used because of their organic solvent resistance and hydrophobicity. The pore diameter of the separator is desirably in a range in which the positive and negative electrode materials detached from the electrode sheet, the binder, and the conductive agent do not pass.
A thickness of 1 μm is desirable. Generally, the thickness of the separator is 10 to 300 μm. The porosity is determined according to the electron and ion permeability, the material and the film thickness, but is generally preferably 30 to 80%.
【0038】また、ポリマー材料に、溶媒とその溶媒に
溶解するリチウム塩とから構成される有機電解液を吸収
保持させたものを正極合剤、負極合剤に含ませ、さらに
有機電解液を吸収保持するポリマーからなる多孔性のセ
パレータを正極、負極と一体化した電池を構成すること
も可能である。このポリマー材料としては、有機電解液
を吸収保持できるものであればよいが、特にフッ化ビニ
リデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体が好まし
い。A mixture of a polymer material and an organic electrolyte composed of a solvent and a lithium salt dissolved in the solvent is absorbed and held in the positive electrode mixture and the negative electrode mixture. It is also possible to configure a battery in which a porous separator made of a retained polymer is integrated with a positive electrode and a negative electrode. As the polymer material, any material can be used as long as it can absorb and hold an organic electrolytic solution, and a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene is particularly preferable.
【0039】電池の形状はコイン型、ボタン型、シート
型、積層型、円筒型、偏平型、角型、電気自動車等に用
いる大型のものなどいずれにも適用できる。The shape of the battery can be any of coin type, button type, sheet type, laminated type, cylindrical type, flat type, square type, large type used for electric vehicles and the like.
【0040】また、本発明の非水電解質二次電池の充電
方法は、携帯情報端末、携帯電子機器、家庭用小型電力
貯蔵装置、自動二輪車、電気自動車、ハイブリッド電気
自動車等に用いることができるが、特にこれらに限定さ
れるわけではない。The method of charging a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention can be used for a portable information terminal, a portable electronic device, a small household power storage device, a motorcycle, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, and the like. However, the present invention is not particularly limited to these.
【0041】[0041]
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳しく説
明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定される
ものではない。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples.
【0042】負極材料の製造方法 (表1)に本実施例で用いた負極材料(材料A〜材料
L)の固相Aと固相Bの成分(単体元素,金属間化合
物,固溶体)、仕込み時の元素比率、溶融温度、および
固相線温度を示す。本実施例で以下に具体的な製造方法
を示す。Method of manufacturing negative electrode material (Table 1) Components (solid element, intermetallic compound, solid solution) of solid phase A and solid phase B of the negative electrode material (material A to material L) used in this example Show the element ratio, melting temperature, and solidus temperature at the time. In this embodiment, a specific manufacturing method will be described below.
【0043】負極材料を構成する各元素の粉体またはブ
ロックを、(表1)に示す仕込み比率で溶解槽に投入
し、(表1)に示す溶融温度で溶解し、その溶融物をロ
ール急冷法で急冷、凝固させ、凝固物を得た。続いて、
その凝固物を表1に示す仕込み組成から決まる固溶体ま
たは金属間化合物の固相線温度より10℃〜50℃程度
低い温度で不活性雰囲気下で20時間熱処理を行った。
この熱処理品をボールミルで粉砕し、篩で分級すること
により45μm以下の粒子にした材料A〜材料Lを得
た。これらの材料は電子顕微鏡観察結果から固相A粒子
の周囲の全面または一部が固相Bによって被覆さている
ことが確認できた。The powder or block of each element constituting the negative electrode material is charged into a melting tank at a charging ratio shown in (Table 1), melted at a melting temperature shown in (Table 1), and the melt is rapidly cooled by a roll. The mixture was quenched and solidified by a method to obtain a solidified product. continue,
The coagulated material was subjected to a heat treatment for 20 hours in an inert atmosphere at a temperature lower by about 10 ° C. to 50 ° C. than the solidus temperature of the solid solution or the intermetallic compound determined from the charged composition shown in Table 1.
This heat-treated product was pulverized with a ball mill and classified with a sieve to obtain materials A to L in the form of particles of 45 μm or less. From these electron microscopic observation results, it was confirmed that the entire surface or a part of the periphery of the solid phase A particles was covered with the solid phase B.
【0044】[0044]
【表1】 [Table 1]
【0045】円筒型電池の製造方法 図1に本発明における円筒型電池の縦断面図を示す。正
極板5及び負極板6がセパレーター7を介して複数回渦
巻状に巻回されて電池ケース1内に収納されている。そ
して、上記正極板5からは正極リード5aが引き出され
て封口板2に接続され、負極板6からは負極リード6a
が引き出されて電池ケース1の底部に接続されている。
電池ケースやリード板は、耐有機電解液性の電子伝導性
をもつ金属や合金を用いることができる。例えば、鉄、
ニッケル、チタン、クロム、モリブデン、銅、アルミニ
ウムなどの金属あるいはそれらの合金が用いられる。特
に、電池ケースはステンレス鋼板、Al−Mn合金板を
加工したもの、正極リードはアルミニウム、負極リード
はニッケルが最も好ましい。また、電池ケースには、軽
量化を図るため各種エンジニアリングプラスチックス及
びこれと金属の併用したものを用いることも可能であ
る。8は絶縁リングで極板群4の上下部にそれぞれ設け
られている。そして、電解液を注入し、封口板を用いて
電池缶を形成する。このとき、安全弁を封口板として用
いることができる。安全弁の他、従来から知られている
種々の安全素子を備えつけても良い。例えば、過電流防
止素子として、ヒューズ、バイメタル、PTC素子など
が用いられる。また、安全弁のほかに電池ケースの内圧
上昇の対策として、電池ケースに切込を入れる方法、ガ
スケット亀裂方法あるいは封口板亀裂方法あるいはリー
ド板との切断方法を利用することができる。また、充電
器に過充電や過放電対策を組み込んだ保護回路を具備さ
せるか、あるいは、独立に接続させてもよい。また、過
充電対策として、電池内圧の上昇により電流を遮断する
方式を具備することができる。このとき、内圧を上げる
化合物を合剤の中あるいは電解質の中に含ませることが
できる。内圧を上げる化合物としてはLi2CO3 、L
iHCO3、Na2CO3 、NaHCO3、CaCO3 、
MgCO3 などの炭酸塩などがあげられる。キャップ、
電池ケース、シート、リード板の溶接法は、公知の方法
(例、直流又は交流の電気溶接、レーザー溶接、超音波
溶接)を用いることができる。封口用シール剤は、アス
ファルトなどの従来から知られている化合物や混合物を
用いることができる。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a cylindrical battery according to the present invention. The positive electrode plate 5 and the negative electrode plate 6 are spirally wound a plurality of times via a separator 7 and housed in the battery case 1. Then, a positive electrode lead 5 a is pulled out from the positive electrode plate 5 and connected to the sealing plate 2, and a negative electrode lead 6 a is connected from the negative electrode plate 6.
Is pulled out and connected to the bottom of the battery case 1.
The battery case and the lead plate can be made of a metal or an alloy having an organic electrolyte resistance and electron conductivity. For example, iron,
Metals such as nickel, titanium, chromium, molybdenum, copper, and aluminum or alloys thereof are used. In particular, the battery case is preferably made of a stainless steel plate or an Al-Mn alloy plate, and the positive electrode lead is most preferably aluminum and the negative electrode lead is preferably nickel. Further, as the battery case, various types of engineering plastics and a combination thereof with a metal can be used to reduce the weight. Reference numeral 8 denotes an insulating ring provided on the upper and lower portions of the electrode plate group 4, respectively. Then, an electrolytic solution is injected, and a battery can is formed using the sealing plate. At this time, the safety valve can be used as a sealing plate. In addition to the safety valve, various conventionally known safety elements may be provided. For example, a fuse, a bimetal, a PTC element, or the like is used as the overcurrent prevention element. In addition to the safety valve, as a countermeasure against an increase in the internal pressure of the battery case, a method of making a cut in the battery case, a gasket cracking method, a sealing plate cracking method, or a cutting method with a lead plate can be used. Further, the charger may be provided with a protection circuit incorporating measures for overcharging and overdischarging, or may be connected independently. As a measure against overcharging, a method of interrupting the current by increasing the internal pressure of the battery can be provided. At this time, a compound for increasing the internal pressure can be contained in the mixture or the electrolyte. Compounds that increase the internal pressure include Li 2 CO 3 and L
iHCO 3 , Na 2 CO 3 , NaHCO 3 , CaCO 3 ,
Carbonates such as MgCO 3 . cap,
Known methods (eg, DC or AC electric welding, laser welding, ultrasonic welding) can be used for welding the battery case, sheet, and lead plate. A conventionally known compound or mixture such as asphalt can be used as the sealing agent for closing.
【0046】負極板6は、得られた前記負極材料75重
量%に対し、導電剤である炭素粉末20重量%と結着剤
のポリフッ化ビニリデン樹脂5重量%を混合し、これら
を脱水N−メチルピロリジノンに分散させてスラリーを
作製し、銅箔からなる負極集電体上に塗布し、乾燥後、
圧延して作製した。The negative electrode plate 6 was prepared by mixing 20% by weight of a carbon powder as a conductive agent and 5% by weight of a polyvinylidene fluoride resin as a binder with respect to 75% by weight of the obtained negative electrode material, and dehydrating the mixture. A slurry is prepared by dispersing in methylpyrrolidinone, coated on a negative electrode current collector made of copper foil, dried,
It was produced by rolling.
【0047】一方、正極板5は、コバルト酸リチウム粉
末85重量%に対し、導電剤の炭素粉末10重量%と結
着剤のポリフッ化ビニリデン樹脂5重量%を混合し、こ
れらを脱水N−メチルピロリジノンに分散させてスラリ
ーを作製し、アルミ箔からなる正極集電体上に塗布し、
乾燥後、圧延して作製した。On the other hand, the positive electrode plate 5 is prepared by mixing 10% by weight of carbon powder as a conductive agent and 5% by weight of polyvinylidene fluoride resin as a binder with respect to 85% by weight of lithium cobalt oxide powder and dehydrated N-methyl. A slurry is prepared by dispersing it in pyrrolidinone and applied on a positive electrode current collector made of aluminum foil,
After drying, it was produced by rolling.
【0048】また、有機電解液には、エチレンカーボネ
ートとエチルメチルカーボネートの体積比1:1の混合
溶媒に、LiPF6を1.5モル/リットルとなるよう
に溶解したものを使用した。As the organic electrolyte, a solution prepared by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate at a volume ratio of 1: 1 to 1.5 mol / l was used.
【0049】以上のようにして、表2に示す材料A〜L
を負極に用いた電池A〜Lを作製した。尚、作製した円
筒型電池は直径18mm、高さ650mmである。As described above, the materials A to L shown in Table 2
Were used as negative electrodes to produce batteries A to L. The manufactured cylindrical battery had a diameter of 18 mm and a height of 650 mm.
【0050】電池の充電方法 これらの電池を用いて本発明による充電を行った。以
下、本発明の充電方法について詳しく述べる。図2に本
発明の実施例の充電電流および充電電圧の概略図を示
す。設定電圧(E)に達するまでは、充電を一定の電流
値(I)で充電する定電流充電領域(CC)と、前記設
定電圧(E)に達した後、設定電圧(E)で定電圧充電
する定電圧充電領域(CV)とを組み合わせて充電を行
った。充電の終止は定電圧領域(E)で充電電流値が1
00mAに到達した時点を充電終了とした。充電電流値
(I)は正負極の対向する面積あたりの電流密度で1,
3,5,7mA/cm2とし、設定電圧(E)を4.1
Vとした。放電は100mAの定電流で行い放電終止電
圧は2.0Vとした。また、充放電サイクル寿命試験は
20℃の環境下で行った。Battery Charging Method These batteries were used for charging according to the present invention. Hereinafter, the charging method of the present invention will be described in detail. FIG. 2 shows a schematic diagram of the charging current and the charging voltage of the embodiment of the present invention. A constant current charging area (CC) in which charging is performed at a constant current value (I) until reaching the set voltage (E), and a constant voltage in the set voltage (E) after reaching the set voltage (E). Charging was performed in combination with the constant voltage charging area (CV) to be charged. Termination of charging is performed when the charging current value is 1 in the constant voltage region (E).
The point in time at which the current reached 00 mA was regarded as charging. The charging current value (I) is a current density per area where the positive and negative electrodes face each other.
3, 5, 7 mA / cm 2 , and the set voltage (E) was 4.1.
V. The discharge was performed at a constant current of 100 mA, and the discharge end voltage was set to 2.0 V. The charge / discharge cycle life test was performed in an environment at 20 ° C.
【0051】(比較例)負極材料を鱗片状の人造黒鉛
(平均粒子径25μm)とした以外は実施例と同様にし
て作成した電池Mを用い、電流密度を3mA/cm2と
した以外は実施例と同様にして試験を行った。(Comparative Example) A battery M prepared in the same manner as in the example except that the negative electrode material was made of scale-like artificial graphite (average particle diameter 25 μm) was used, and the current density was changed to 3 mA / cm 2. The test was performed in the same manner as in the example.
【0052】(表2)に電池の初期の放電容量と、30
0サイクル時点の放電容量および初期の放電容量に対す
る300サイクル時点の放電容量の比を容量維持率とし
て示した。Table 2 shows the initial discharge capacity of the battery and 30
The ratio of the discharge capacity at the 300th cycle to the discharge capacity at the 0th cycle and the initial discharge capacity was shown as a capacity retention ratio.
【0053】[0053]
【表2】 [Table 2]
【0054】(表2)から明らかなように、本発明の実
施例の電池A〜Lは、いずれも、負極材料に黒鉛を用い
た比較例の電池Mよりも初期容量が高く、充放電サイク
ル寿命特性については充電時の電流密度を5mA/cm
2以下とすることで容量維持率が70%以上と比較例の
電池Mよりも優れた特性を示した。As is clear from Table 2, all of the batteries A to L of the examples of the present invention have a higher initial capacity than the battery M of the comparative example using graphite as the negative electrode material, and have a higher charge / discharge cycle. Regarding the life characteristics, the current density during charging was 5 mA / cm.
By setting the value to 2 or less, the capacity retention ratio was 70% or more, which is superior to the battery M of the comparative example.
【0055】300サイクル時点の電池A〜Lを分解
し、正極、負極、セパレータ、電解液の状態を目視観察
したところ、容量維持率が70%以下であった電池は負
極表面およびセパレータに電解液の分解生成物と思われ
る物質が付着していた。この分解生成物が電極反応を阻
害し、放電容量が低下したものと考えられる。分解生成
物は、充電時の電流密度が高くなることによって負極電
位が卑な方向に分極して、副反応である電解液の分解反
応が起こり生成したものと考えられる。The batteries A to L at the time of 300 cycles were disassembled, and the state of the positive electrode, the negative electrode, the separator, and the electrolytic solution was visually observed. A substance thought to be a decomposition product of was adhered. It is considered that this decomposition product hindered the electrode reaction and reduced the discharge capacity. It is considered that the decomposition product was generated by the fact that the negative electrode potential was polarized in a negative direction due to an increase in the current density at the time of charging, and a decomposition reaction of the electrolytic solution as a side reaction occurred.
【0056】以上のように、負極材料として固相Aから
なる核粒子の周囲の全面または一部を、固相Bによって
被覆した複合粒子で、前記固相Aはケイ素、亜鉛の少な
くとも一種を構成元素として含み、前記固相Bは固相A
の構成元素であるケイ素、亜鉛のいずれかと、前記構成
元素を除いて、周期表の2族元素、遷移元素、12族、
13族元素、ならびに炭素を除く14族元素からなる群
から選ばれた少なくとも一種の元素との固溶体、または
金属間化合物である材料を用いたことを特徴とする非水
電解液二次電池とし、さらには、前記二次電池を充電す
る際に、設定電圧(E)に達するまでは、充電を一定の
電流値(I)で充電する定電流充電領域と、前記設定電
圧(E)に達した後、設定電圧(E)で定電圧充電する
定電圧充電領域とを組み合わせて充電を行い、かつ、定
電流充電領域および定電圧充電領域の充電電流値を、正
負極が対向する部分の電流密度として5mA/cm2以
下に規制したことを特徴とする本発明の充電方法により
充電することによって、高エネルギー密度でかつ充放電
サイクル寿命特性に優れた電池を提供することができ
る。As described above, as the negative electrode material, composite particles in which the whole or part of the periphery of the core particles made of the solid phase A are coated with the solid phase B, and the solid phase A comprises at least one of silicon and zinc The solid phase B is a solid phase A
Any of silicon and zinc which are the constituent elements of the above, and excluding the above constituent elements, a Group 2 element, a transition element, a Group 12 of the periodic table,
A non-aqueous electrolyte secondary battery, characterized by using a material that is a solid solution with at least one element selected from the group consisting of Group 13 elements, and Group 14 elements excluding carbon, or an intermetallic compound, Further, when charging the secondary battery, a constant current charging region in which charging is performed at a constant current value (I) until the set voltage (E) is reached, and the set voltage (E) is reached. Thereafter, charging is performed in combination with a constant voltage charging region in which constant voltage charging is performed at a set voltage (E), and charging current values in the constant current charging region and the constant voltage charging region are determined by current densities in portions where the positive and negative electrodes are opposed. By charging by the charging method of the present invention, which is regulated to 5 mA / cm 2 or less, a battery having high energy density and excellent charge-discharge cycle life characteristics can be provided.
【0057】なお、本実施例では充電時の電流密度の下
限を1mA/cm2としたが、これより小さい値でもか
まわない。ただし、完全に充電するまでの時間が長くな
る。従って、要求される充電時間に対して、5mA/c
m2の範囲内で電流値を設定すればよい。また、電池の
設計面から電極面積を変えても良いことは明らかであ
る。In this embodiment, the lower limit of the current density during charging is 1 mA / cm 2 , but a lower value may be used. However, the time until the battery is fully charged becomes longer. Therefore, for the required charging time, 5 mA / c
The current value may be set within the range of m 2 . It is clear that the electrode area may be changed from the viewpoint of battery design.
【0058】なお、本実施例で用いた負極材料を構成す
る元素は、固相AがSiの場合、2族元素としてMg、
遷移元素としてFeおよびMo、12族元素としてZn
およびCd、13族元素としてIn、14族元素として
Pbを用いたが、これら以外の各族の元素を用いても同
様な効果が得られた。また、固相AがZnの場合、2族
元素としてMg、遷移元素としてFeおよびMo、12
族元素としてZnおよびCd、13族元素としてIn、
14族元素としてPbを用いたが、これら以外の各族の
元素を用いても同様な効果が得られた。The elements constituting the negative electrode material used in the present embodiment are, when the solid phase A is Si, Mg as a Group 2 element,
Fe and Mo as transition elements, Zn as Group 12 element
In addition, although In was used as Cd and a Group 13 element and Pb was used as a Group 14 element, similar effects were obtained by using other Group elements. When the solid phase A is Zn, Mg is used as a Group 2 element, and Fe and Mo are used as transition elements.
Zn and Cd as Group elements, In as Group 13 elements,
Although Pb was used as a Group 14 element, similar effects were obtained by using elements of each group other than these.
【0059】また、負極材料構成元素の仕込み比率につ
いては、特に限定されたものではなく、相が2相にな
り、1相(固相A)が主にSi、Znを主体とした相
で、もう一つ別の相(固相B)がその周りを一部または
全部を被覆するような状態になればよく、仕込み組成を
特に限定するものではない。さらに、相Aは、Snのみ
からだけではなく、各元素以外の元素、例えば、O,
C,N,S,Ca,Mg,Al,Fe,W,V,Ti,C
u,Cr,Co,P等の元素が微量存在している場合も
含まれる。相Bは表1に示した固溶体,金属間化合物の
みからなるだけではなく、それぞれの各固溶体,金属間
化合物を構成している元素やそれ以外の元素、例えば、
O,C,N,S,Ca,Mg,Al,Fe,W,V,T
i,Cu,Cr,Co,P等の元素が微量存在している
場合も含まれる。The charge ratio of the constituent elements of the negative electrode material is not particularly limited, and two phases are provided, and one phase (solid phase A) is mainly composed of Si and Zn. It is sufficient that another phase (solid phase B) partially or entirely covers the periphery thereof, and there is no particular limitation on the charged composition. Further, the phase A is formed not only from Sn alone but also from elements other than each element, for example, O,
C, N, S, Ca, Mg, Al, Fe, W, V, Ti, C
This includes the case where trace elements such as u, Cr, Co, and P are present. The phase B is not only composed of the solid solution and the intermetallic compound shown in Table 1, but also each element of the solid solution and the intermetallic compound and other elements, for example,
O, C, N, S, Ca, Mg, Al, Fe, W, V, T
This includes the case where trace elements such as i, Cu, Cr, Co, and P are present.
【0060】[0060]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、従来の炭
素材料を負極材料としたものよりも高エネルギー密度の
非水電解質二次電池の充放電サイクル寿命特性を向上さ
せることができる。As described above, according to the present invention, it is possible to improve the charge / discharge cycle life characteristics of a non-aqueous electrolyte secondary battery having a higher energy density than a conventional carbon material using a negative electrode material.
【図1】本実施例における円筒型電池の縦断面図FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a cylindrical battery according to an embodiment.
【図2】本発明の充電方法における充電電流および充電
電圧の概略図FIG. 2 is a schematic diagram of a charging current and a charging voltage in the charging method of the present invention.
1 電池ケース 2 封口板 3 絶縁パッキング 4 極板群 5 正極板 5a 正極リード 6 負極板 6a 負極リード 7 セパレータ 8 絶縁リング DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery case 2 Sealing plate 3 Insulating packing 4 Electrode plate group 5 Positive electrode plate 5a Positive electrode lead 6 Negative electrode plate 6a Negative electrode lead 7 Separator 8 Insulating ring
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02J 7/10 H02J 7/10 B H (72)発明者 島村 治成 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 新田 芳明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5G003 AA01 BA01 CA03 5H003 AA04 BB02 BC01 BC05 5H014 AA02 EE05 EE10 5H029 AJ05 AK03 AL01 AL11 AM05 AM07 BJ02 BJ14 5H030 AA03 AA10 AS08 AS11 AS14 BB02 BB03 BB04 FF42 FF43──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H02J 7/10 H02J 7/10 BH (72) Inventor: Harima Shimamura 1006 Kazuma, Kajima, Kadoma, Osaka Matsushita Inside Electric Industrial Co., Ltd. AM05 AM07 BJ02 BJ14 5H030 AA03 AA10 AS08 AS11 AS14 BB02 BB03 BB04 FF42 FF43
Claims (1)
と負極材料を備え、前記負極材料が、固相Aからなる核
粒子の周囲の全面または一部を、固相Bによって被覆し
た複合粒子で、前記固相Aはケイ素、亜鉛の少なくとも
一種を構成元素として含み、前記固相Bは固相Aの構成
元素であるケイ素、亜鉛のいずれかと、前記構成元素を
除いて、周期表の2族元素、遷移元素、12族、13族
元素、ならびに炭素を除く14族元素からなる群から選
ばれた少なくとも一種の元素との固溶体、または金属間
化合物である材料を用いたことを特徴とする非水電解質
二次電池を充電する際に、設定電圧に達するまでは、充
電を一定の電流値で充電する定電流充電領域と、前記設
定電圧に達した後、設定電圧で定電圧充電する定電圧充
電領域とを組み合わせて充電を行い、かつ、定電流充電
領域および定電圧充電領域の充電電流値を、正負極が対
向する部分の電流密度として5mA/cm2以下に規制
したことを特徴とする非水電解質二次電池の充電方法。A composite particle comprising a positive electrode material and a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium, wherein the negative electrode material covers the whole or a part of a core particle composed of a solid phase A with a solid phase B. The solid phase A includes at least one of silicon and zinc as constituent elements, and the solid phase B includes any of silicon and zinc as constituent elements of the solid phase A and 2 in the periodic table except for the constituent elements. A material that is a solid solution or an intermetallic compound with at least one element selected from the group consisting of a group IV element, a transition element, a group XII, a group XIII element, and a group XIV element excluding carbon. When charging the non-aqueous electrolyte secondary battery, a constant current charging region in which charging is performed at a constant current value until the set voltage is reached, and a constant voltage charging in which the charging is performed at a set voltage after reaching the set voltage. Combined with voltage charging area Characterized in that the charging current value in the constant current charging region and the constant voltage charging region is regulated to 5 mA / cm 2 or less as the current density of the portion where the positive and negative electrodes face each other. How to charge the next battery.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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