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JP2001202965A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Nonaqueous electrolyte secondary battery

Info

Publication number
JP2001202965A
JP2001202965A JP2000012059A JP2000012059A JP2001202965A JP 2001202965 A JP2001202965 A JP 2001202965A JP 2000012059 A JP2000012059 A JP 2000012059A JP 2000012059 A JP2000012059 A JP 2000012059A JP 2001202965 A JP2001202965 A JP 2001202965A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
positive electrode
secondary battery
battery
electrode mixture
electrolyte secondary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000012059A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toru Tabuchi
田渕  徹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Storage Battery Co Ltd
Original Assignee
Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Storage Battery Co Ltd filed Critical Japan Storage Battery Co Ltd
Priority to JP2000012059A priority Critical patent/JP2001202965A/en
Publication of JP2001202965A publication Critical patent/JP2001202965A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery of satisfactory safety in which a heat escaping reaction during an overcharge is restrained effectively. SOLUTION: In a nonaqueous electrolyte secondary battery comprised of a cathode, which includes a material that occludes and emits lithium ions, an anode which includes a material that occludes and emits lithium ions, and a nonaqueous electrolyte, a metal in which an oxidation starts at the voltage between 4.3 V and 5.0 V (vs. Li/Li+) in the organic electrolytic solution of carbonic esters in the mixture of the cathode, is included.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解質二次電
池に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、民生用の携帯電話、ポータブル電
子機器や携帯情報端末などの急速な小形軽量化・多様化
に伴い、その電源である電池に対して、小形で軽量かつ
高エネルギー密度で、さらに長期間くり返し充放電が実
現できる二次電池の開発が強く要求されている。これら
の要求を満たす二次電池としてリチウムイオン二次電池
などの非水電解質二次電池が最も有望であり、活発な研
究がおこなわれている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the rapid miniaturization and diversification of consumer mobile phones, portable electronic devices, portable information terminals, and the like, small, lightweight, and high-energy densities are required for batteries as power sources. There is a strong demand for the development of a secondary battery that can repeatedly charge and discharge for a longer period. Non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries are the most promising secondary batteries that satisfy these requirements, and active research is being conducted.

【0003】非水電解質二次電池の正極活物質として
は、二硫化チタン、五酸化バナジウムおよび三酸化モリ
ブデンなどが検討されてきた。最近では、リチウムイオ
ンを吸蔵・放出する正極物質として、リチウムコバルト
複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物およびスピネ
ル型リチウムマンガン酸化物等の、一般式LiXMO
2(ただし、Mは一種以上の遷移金属)で表される種々の
化合物が検討されている。
As a positive electrode active material of a nonaqueous electrolyte secondary battery, titanium disulfide, vanadium pentoxide, molybdenum trioxide and the like have been studied. Recently, as a positive electrode material that occludes and releases lithium ions, a general formula Li X MO such as lithium cobalt composite oxide, lithium nickel composite oxide, and spinel type lithium manganese oxide has been used.
Various compounds represented by 2 (where M is one or more transition metals) are being studied.

【0004】なかでも、リチウムコバルト複合酸化物、
リチウムニッケル複合酸化物およびスピネル型リチウム
マンガン酸化物などは、4V(vs.Li/Li+)以
上の極めて貴な電位で充放電をおこなうため、正極とし
て用いることで高い放電電圧を有し、高エネルギー密度
の電池を実現できる。
[0004] Among them, lithium cobalt composite oxide,
Lithium nickel composite oxide, spinel type lithium manganese oxide, and the like charge and discharge at an extremely noble potential of 4 V (vs. Li / Li + ) or more. Energy density batteries can be realized.

【0005】非水電解質二次電池の負極活物質には、金
属リチウムやリチウムを含む合金をはじめとしてリチウ
ムの吸蔵・放出が可能な炭素材料などの種々のものが検
討されているが、なかでも炭素材料を使用すると、サイ
クル寿命の長い電池が得られ、かつ安全性が高いという
利点がある。
As the negative electrode active material of the non-aqueous electrolyte secondary battery, various materials such as metallic lithium and alloys containing lithium and carbon materials capable of inserting and extracting lithium have been studied. The use of a carbon material has the advantages of obtaining a battery with a long cycle life and high safety.

【0006】非水電解質二次電池の電解質には、一般に
エチレンカーボネートやプロピレンカーボネートなどの
高誘電率溶媒とジメチルカーボネートやジエチルカーボ
ネートなどの低粘度溶媒との混合系溶媒に、LiPF6
やLiBF4等の支持塩を溶解させた電解液が使用され
ている。
[0006] The electrolyte of the non-aqueous electrolyte secondary battery, in general a mixed solvent of low viscosity solvent, such as high dielectric constant solvent and dimethyl carbonate and diethyl carbonate such as ethylene carbonate and propylene carbonate, LiPF 6
And an electrolyte solution in which a supporting salt such as LiBF 4 is dissolved.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような非
水電解質二次電池において、電子機器の電源回路や充電
装置が故障して過充電状態になった場合、正極活物質や
電解液が分解し、電池内で異常な発熱が生じ、極端な場
合は電池の破損や発火に至ることが懸念されるため、電
池が熱暴走をおこさないように効果的に発熱を抑制し、
電池の安全性を確保することが重要な課題になってい
る。
However, in such a non-aqueous electrolyte secondary battery, when a power supply circuit or a charging device of an electronic device fails and becomes overcharged, the positive electrode active material and the electrolyte are decomposed. However, abnormal heat generation occurs in the battery, and in extreme cases it is feared that the battery may be damaged or fired.Therefore, the heat generation is effectively suppressed so that the battery does not run away from heat,
Ensuring the safety of batteries has become an important issue.

【0008】過充電の防止対策としては充電器による充
電電圧の制御をおこなう方法が主流となっている。しか
し、現状では保護回路・保護素子の利用は、電池パック
の小型化・低コスト化に大きな制約を与えるため、保護
回路・保護素子なしで安全性を確保することが望まれ
る。
As a measure for preventing overcharging, a method of controlling a charging voltage by a charger is mainly used. However, at present, the use of protection circuits and protection elements greatly imposes restrictions on miniaturization and cost reduction of battery packs. Therefore, it is desired to ensure safety without protection circuits and protection elements.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の電池は以下の構成を有することを特徴とす
る。
In order to solve the above-mentioned problems, a battery according to the present invention has the following configuration.

【0010】すなわち、本発明になる非水電解質二次電
池は、リチウムイオンを吸蔵・放出する物質を含む正極
と、リチウムイオンを吸蔵・放出する物質を含む負極
と、非水電解質とを備え、正極合剤中に、炭酸エステル
系有機電解液中で4.3〜5.0V(vs.Li/Li
+)で酸化がはじまる金属が含まれていることを特徴と
する。
That is, a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes a positive electrode containing a substance that occludes and releases lithium ions, a negative electrode that contains a substance that occludes and releases lithium ions, and a non-aqueous electrolyte. In the positive electrode mixture, 4.3 to 5.0 V (vs. Li / Li) in a carbonate organic electrolyte.
+ ) Characterized in that it contains a metal that starts to oxidize.

【0011】また、本発明は、正極合剤中に含まれる金
属が、ニッケル、ステンレス、チタンからなる群より選
ばれた少なくともひとつであることを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that the metal contained in the positive electrode mixture is at least one selected from the group consisting of nickel, stainless steel and titanium.

【0012】さらに本発明は、正極合剤中に含まれる金
属の含有量が、正極合剤合計重量に対し0.1〜20重
量%以下であることを特徴とし、また、正極合剤中に含
まれる金属の平均粒径が0.1μm〜20μmであるこ
とを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that the content of the metal contained in the positive electrode mixture is 0.1 to 20% by weight or less with respect to the total weight of the positive electrode mixture. It is characterized in that the metal contained has an average particle size of 0.1 μm to 20 μm.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明は、正極合剤中に、炭酸エ
ステル系有機電解液中で4.3〜5.0V(vs.Li
/Li+)で酸化がはじまる金属を含有させる。このよ
うな金属としては、ニッケル、ステンレス、チタンなど
があげられ、これらを単独で、または混合して使用する
ことができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention relates to a positive electrode mixture containing 4.3 to 5.0 V (vs. Li) in a carbonate-based organic electrolyte.
/ Li + ) contains a metal whose oxidation starts. Examples of such a metal include nickel, stainless steel, and titanium, and these can be used alone or as a mixture.

【0014】一般に、有機電解液中における金属の酸化
電位は、有機電解液の種類、すなわち有機電解液を構成
する有機溶媒や電解質塩によって変化する。そのため、
本発明においては、金属の酸化電位は炭酸エステル系有
機電解液中で測定した。ここで、炭酸エステル系有機電
解液とは、電解液を構成する溶媒が、体積比で50%以
上の炭酸エステル系有機溶媒を含み、電解質塩としてリ
チウム塩を含む有機電解液をさす。
In general, the oxidation potential of a metal in an organic electrolytic solution varies depending on the type of the organic electrolytic solution, that is, the organic solvent and the electrolyte salt constituting the organic electrolytic solution. for that reason,
In the present invention, the oxidation potential of the metal was measured in a carbonate-based organic electrolyte. Here, the carbonate-based organic electrolyte refers to an organic electrolyte in which a solvent constituting the electrolyte contains 50% or more by volume of a carbonate-based organic solvent and a lithium salt as an electrolyte salt.

【0015】また、炭酸エステルとしては、エチレンカ
ーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボ
ネート、ビニレンカーボネートなどの環状炭酸エステル
や、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メ
チルエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート
などの鎖状炭酸エステルを使用する。
As the carbonate, a cyclic carbonate such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate or vinylene carbonate, or a chain carbonate such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate or methyl propyl carbonate is used. .

【0016】なお、炭酸エステル系有機電解液中での、
酸化がはじまる電位(vs.Li/Li+)は、ニッケ
ルでは約4.4V、ステンレスでは約4.7V、チタン
では約4.9Vである。
In the carbonate-based organic electrolyte,
The potential at which oxidation starts (vs. Li / Li + ) is about 4.4 V for nickel, about 4.7 V for stainless steel, and about 4.9 V for titanium.

【0017】非水電解質電池において、正極合剤中に
4.3〜5.0V(vs.Li/Li +)で酸化がはじ
まる金属が含まれていると、過充電時にこの金属物質が
酸化分解することによって過充電電流を消費し、正極活
物質や電解液の分解に至らず、過充電時の安全性を確保
できるものである。
In a non-aqueous electrolyte battery, in a positive electrode mixture,
4.3 to 5.0 V (vs. Li / Li +) With oxidation
If metal is included, this metal substance will be
The overcharge current is consumed by oxidative decomposition, and the positive electrode
Ensures safety during overcharge without decomposing substances and electrolytes
You can do it.

【0018】なお、正極合剤中に4.3V(vs.Li
/Li+)より低い電位で酸化がはじまる金属を混合し
た場合は、高温保存時または通常充電中に分解して、電
池特性を劣悪にする。また、5.0V(vs.Li/L
+)より高い電位で酸化がはじまる金属を混合した場
合は、正極の熱逸走が生じるまでに酸化を引き起こさ
ず、過充電電流を消費できないため、正極合剤中に含ま
れる金属は、4.3〜5.0V(vs.Li/Li+
で酸化がはじまる必要がある。
In the positive electrode mixture, 4.3 V (vs. Li) was used.
/ Li + ) when mixed with a metal that starts to oxidize at a lower potential, decomposes during high-temperature storage or during normal charging, deteriorating battery characteristics. In addition, 5.0 V (vs. Li / L
If a metal that starts to oxidize at a potential higher than i + ) is mixed, the oxidation does not occur until thermal escape of the positive electrode occurs, and the overcharge current cannot be consumed. 3 to 5.0 V (vs. Li / Li + )
Oxidation needs to start.

【0019】また、正極合剤合計重量に対する金属粉末
の含有量は0.1〜20wt%が好ましいが、金属粉末
の含有量が0.1wt%よりも少ない場合には、安全性
の効果がなく、また、金属粉末の含有量が20wt%を
越える場合には、正極合剤中の金属粉末の重量比率が大
きすぎて、電池の容量が低下する。
The content of the metal powder with respect to the total weight of the positive electrode mixture is preferably 0.1 to 20% by weight. However, if the content of the metal powder is less than 0.1% by weight, there is no safety effect. If the content of the metal powder exceeds 20% by weight, the weight ratio of the metal powder in the positive electrode mixture is too large, and the capacity of the battery decreases.

【0020】さらに、正極合剤中に含まれる金属の平均
粒径は0.1〜20μmが好ましいが、金属粉末の平均
粒径が20μmよりも大きくなると、安全性に対する効
果が小さくなり、また、金属粉末の平均粒径が小さすぎ
ると、極板製造時の作業性に問題が生じる。
Further, the average particle size of the metal contained in the positive electrode mixture is preferably 0.1 to 20 μm. If the average particle size of the metal powder is larger than 20 μm, the effect on safety will be reduced, and If the average particle size of the metal powder is too small, there is a problem in workability in manufacturing an electrode plate.

【0021】本発明における非水電解質二次電池の正極
活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出する物質
ならどのような物質でも使用可能である。その中でも、
一般式LiXMO2(ただし、Mは一種以上の遷移金属)
を主体とする化合物を単独でまたは二種以上を混合して
使用することが好ましく、特に放電電圧の高さから遷移
金属MとしてCo、Ni、Mnからなる遷移金属を使用
することが望ましい。
As the positive electrode active material of the non-aqueous electrolyte secondary battery in the present invention, any substance can be used as long as it can absorb and release lithium ions. Among them,
General formula Li X MO 2 (where M is one or more transition metals)
It is preferable to use a compound mainly composed of a single compound or a mixture of two or more compounds. In particular, it is desirable to use a transition metal composed of Co, Ni, and Mn as the transition metal M in view of a high discharge voltage.

【0022】負極活物質としても、リチウムイオンを吸
蔵・放出する物質ならどのような物質でも使用可能であ
る。その中でも、コークス類、ガラス状炭素類、グラフ
ァイト類、難黒鉛化性炭素類、熱分解炭素類、炭素繊
維、あるいは金属リチウム、リチウム合金、ポリアセン
等を単独でまたは二種以上を混合して使用することがで
きるが、特に、安全性の高さから炭素質材料を用いるの
が望ましい。
As the negative electrode active material, any substance can be used as long as it can absorb and release lithium ions. Among them, cokes, glassy carbons, graphites, non-graphitizable carbons, pyrolytic carbons, carbon fibers, or metallic lithium, lithium alloys, polyacenes, etc. are used alone or in combination of two or more. In particular, it is desirable to use a carbonaceous material because of its high safety.

【0023】非水電解質の溶媒としては、エチレンカー
ボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネ
ート、ビニレンカーボネート、トリフルオロプロピレン
カーボネート、γ-ブチロラクトン、2-メチル-γ-ブチ
ルラクトン、アセチル-γ-ブチロラクトン、γ-バレロ
ラクトン、スルホラン、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジ
エトキシエタン、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラ
ヒドロフラン、3-メチル-1,3-ジオキソラン、酢酸メチ
ル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エ
チル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、
メチルエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネー
ト、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネ
ート、エチルイソプロピルカーボネート、ジブチルカー
ボネート等を単独でまたは二種以上を混合して使用する
ことができる。
Examples of the solvent for the non-aqueous electrolyte include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, trifluoropropylene carbonate, γ-butyrolactone, 2-methyl-γ-butyl lactone, acetyl-γ-butyrolactone, and γ-valero. Lactone, sulfolane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 3-methyl-1,3-dioxolan, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, Dimethyl carbonate, diethyl carbonate,
Methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl isopropyl carbonate, dibutyl carbonate and the like can be used alone or in combination of two or more.

【0024】非水電解質の溶質としての電解質塩は、L
iClO4、LiAsF6、LiPF 6、LiBF4、Li
CF3SO3、LiCF3CF2SO3、LiCF3CF2
2SO3、LiN(CF3SO22、LiN(C25
22等を単独でまたは二種以上を混合して使用するこ
とができる。これらの中ではLiPF6を用いるのが好
ましい。
The electrolyte salt as a solute of the non-aqueous electrolyte is L
iCLOFour, LiAsF6, LiPF 6, LiBFFour, Li
CFThreeSOThree, LiCFThreeCFTwoSOThree, LiCFThreeCFTwoC
FTwoSOThree, LiN (CFThreeSOTwo)Two, LiN (CTwoFFiveS
OTwo)TwoEtc. may be used alone or as a mixture of two or more.
Can be. Among them, LiPF6It is preferable to use
Good.

【0025】また、上記電解質塩の代わりに又は補助的
に固体のイオン導伝性ポリマー電解質を用いることもで
きる。この場合、非水電解質二次電池の構成としては、
正極、負極およびセパレータと有機又は無機の固体電解
質と非水電解液(溶媒又は溶媒及び電解質塩)との組み
合わせ、又は正極、負極およびセパレータとしての有機
又は無機の固体電解質膜と非水電解液(溶媒又は溶媒及
び電解質塩)との組み合わせがあげられる。ポリマー電
解質膜がポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル
又はポリエチレングリコールおよびこれらの変成体など
の場合には、軽量で柔軟性があり、巻回極板に使用する
場合に有利である。さらに、電解質としてはポリマー電
解質以外にも、無機固体電解質あるいは有機ポリマー電
解質と無機固体電解質との混合材料などを使用すること
ができる。
Further, a solid ion-conductive polymer electrolyte can be used instead of or in addition to the above-mentioned electrolyte salt. In this case, as a configuration of the nonaqueous electrolyte secondary battery,
A combination of a positive electrode, a negative electrode and a separator with an organic or inorganic solid electrolyte and a non-aqueous electrolyte (solvent or a solvent and an electrolyte salt), or an organic or inorganic solid electrolyte membrane and a non-aqueous electrolyte as a positive electrode, a negative electrode and a separator ( Solvent or a combination of a solvent and an electrolyte salt). When the polymer electrolyte membrane is made of polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polyethylene glycol, or a modified product thereof, the polymer electrolyte membrane is lightweight and flexible, which is advantageous when used for a wound electrode plate. Further, as the electrolyte, other than the polymer electrolyte, an inorganic solid electrolyte or a mixed material of an organic polymer electrolyte and an inorganic solid electrolyte can be used.

【0026】また、本発明の非水電解質二次電池はその
構成として正極、負極およびセパレータと非水電解質と
の組み合わせからなっているが、セパレータとしては、
多孔性ポリ塩化ビニル膜などの多孔性ポリマー膜やイオ
ン導伝性ポリマー電解質膜を単独または組み合わせで使
用することができる。
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode, and a combination of a separator and a non-aqueous electrolyte.
A porous polymer membrane such as a porous polyvinyl chloride membrane or an ion-conducting polymer electrolyte membrane can be used alone or in combination.

【0027】さらに電池の形状としては円筒形、角形、
コイン型、ボタン型、ラミネート型などの種々の形状に
することができる。
Further, the shape of the battery is cylindrical, square,
Various shapes such as a coin type, a button type, and a laminate type can be used.

【0028】[0028]

【実施例】つぎに、本発明の好適な実施例について詳述
する。
Next, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

【0029】[実施例1]図1は、本発明に用いた角形
非水電解質二次電池の概略断面図である。図1におい
て、1は非水電解質二次電池、2は電極群、3は負極、
4は正極、5はセパレータ、6は電池ケース、7は蓋、
8は安全弁、9は負極端子、10は負極リードである。
Example 1 FIG. 1 is a schematic sectional view of a prismatic nonaqueous electrolyte secondary battery used in the present invention. In FIG. 1, 1 is a non-aqueous electrolyte secondary battery, 2 is an electrode group, 3 is a negative electrode,
4 is a positive electrode, 5 is a separator, 6 is a battery case, 7 is a lid,
8 is a safety valve, 9 is a negative electrode terminal, and 10 is a negative electrode lead.

【0030】この角形非水電解質二次電池1は、アルミ
集電体にリチウムイオンを吸蔵・放出する物質を構成要
素とする正極合剤を塗布してなる正極4と、銅集電体に
リチウムイオンを吸蔵・放出する物質を構成要素とする
負極合剤を塗布してなる負極3とがセパレータ5を介し
て巻回された扁平状電極群2と、電解質塩を含有した非
水電解液とを電池ケース6に収納してなるものである。
The prismatic non-aqueous electrolyte secondary battery 1 has a positive electrode 4 formed by coating a positive electrode mixture containing a substance capable of occluding and releasing lithium ions on an aluminum current collector, and a lithium current collector on a copper current collector. A flat electrode group 2 in which a negative electrode 3 coated with a negative electrode mixture containing a substance that absorbs and releases ions is wound through a separator 5, and a nonaqueous electrolyte containing an electrolyte salt. Are stored in the battery case 6.

【0031】電池ケース6には、安全弁8を設けた電池
蓋がレーザー溶接によって取り付けられ、負極端子9は
負極リード10を介して負極3と接続され、正極4は電
池ケース6の内壁と接触により電気的に接続されてい
る。
A battery lid provided with a safety valve 8 is attached to the battery case 6 by laser welding, a negative electrode terminal 9 is connected to the negative electrode 3 via a negative electrode lead 10, and the positive electrode 4 contacts the inner wall of the battery case 6. It is electrically connected.

【0032】正極合剤は、活物質のLiCoO287重
量部と、導電材のアセチレンブラック5重量部と、金属
粉末として平均粒径5μmのステンレス粉末を3重量部
と結着剤のポリフッ化ビニリデン5重量部とを混合し、
N−メチル−2−ピロリドンを適宜加えて分散させ、ス
ラリーを調製した。このスラリーを厚さ20μmのアル
ミ集電体に均一に塗布し、乾燥させた後、ロールプレス
で厚み180μmになるように圧縮成型した。
The positive electrode mixture was composed of 87 parts by weight of LiCoO 2 as an active material, 5 parts by weight of acetylene black as a conductive material, 3 parts by weight of stainless steel powder having an average particle size of 5 μm as a metal powder, and polyvinylidene fluoride as a binder. And 5 parts by weight,
N-Methyl-2-pyrrolidone was appropriately added and dispersed to prepare a slurry. This slurry was uniformly applied to an aluminum current collector having a thickness of 20 μm, dried, and then compression-molded by a roll press to a thickness of 180 μm.

【0033】負極合剤は、リチウムイオンを吸蔵放出す
る炭素材料90重量部と、ポリフッ化ビニリデン10重
量部とを混合し、N−メチル−2−ピロリドンを適宜加
えて分散させ、スラリーを調製した。このスラリーを厚
さ10μmの銅集電体に均一に塗布、乾燥させた後、ロ
ールプレスで厚み180μmになるように圧縮成型する
ことにより負極3を作製した。
The negative electrode mixture was prepared by mixing 90 parts by weight of a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions and 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride, and appropriately adding N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a slurry. . This slurry was uniformly applied to a 10 μm-thick copper current collector, dried, and then compression-molded to a thickness of 180 μm by a roll press to produce a negative electrode 3.

【0034】セパレータ5には、厚さ25μmの微多孔
性ポリエチレンフィルムを用いた。非水電解質として
は、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカー
ボネート(EMC)を体積比1:1の割合で混合し、電
解質塩としてLiPF6を1.0mol/l溶解した電
解液を使用した。
As the separator 5, a 25 μm-thick microporous polyethylene film was used. As the non-aqueous electrolyte, an electrolytic solution obtained by mixing ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) at a volume ratio of 1: 1 and dissolving 1.0 mol / l of LiPF 6 as an electrolyte salt was used.

【0035】上述の構成要素および手順により、設計容
量600mAhの実施例1の電池を作製した。これを電
池Aとした。
The battery of Example 1 having a designed capacity of 600 mAh was manufactured by the above-described components and procedures. This was designated as battery A.

【0036】[比較例1]また比較例1として、正極合
剤は、活物質のLiCoO290重量部と、導電材のア
セチレンブラック5重量部と結着剤のポリフッ化ビニリ
デン5重量部とを混合し、N−メチル−2−ピロリドン
を適宜加えて分散させ、スラリーを調製した。このスラ
リーを厚さ20μmのアルミ集電体に均一に塗布し、乾
燥させた後、ロールプレスで厚み180μmになるよう
に圧縮成型した。正極以外は上述の構成要素および手順
において比較例1として電池を作製した。これを電池B
とした。
Comparative Example 1 As Comparative Example 1, the positive electrode mixture was composed of 90 parts by weight of LiCoO 2 as an active material, 5 parts by weight of acetylene black as a conductive material, and 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder. The mixture was mixed, and N-methyl-2-pyrrolidone was appropriately added and dispersed to prepare a slurry. This slurry was uniformly applied to an aluminum current collector having a thickness of 20 μm, dried, and then compression-molded by a roll press to a thickness of 180 μm. A battery was produced as Comparative Example 1 in the above-described components and procedure except for the positive electrode. Battery B
And

【0037】[実施例2]正極合剤に含ませた金属粉末
としてステンレス粉末に代えてニッケル粉末を使用した
以外は、実施例1と同様の電池を作製した。これを電池
Cとした。
Example 2 A battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that nickel powder was used instead of stainless steel powder as the metal powder contained in the positive electrode mixture. This was designated as Battery C.

【0038】[実施例3]正極合剤に含ませた金属粉末
としてステンレス粉末に代えてチタン粉末を使用した以
外は、実施例1と同様の電池を作製した。これを電池D
とした。
Example 3 A battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that titanium powder was used instead of stainless steel powder as the metal powder contained in the positive electrode mixture. Battery D
And

【0039】[電池試験]上記の電池(実施例1〜3、
比較例1)を用い、25℃、2Cの電流で、充電終止電
圧10.0Vまで過充電をして安全性試験を行い、その
ときの電池の状態を観察した。
[Battery test] The above batteries (Examples 1 to 3,
Using Comparative Example 1), a safety test was performed by overcharging at 25 ° C. and a current of 2 C up to a charge termination voltage of 10.0 V, and the state of the battery at that time was observed.

【0040】また、上記の電池を25℃、1Cの電流
で、充電終止電圧4.1V、放電終止電圧2.5Vの条
件で充放電を行い、放電容量を求めた。これらの結果を
表1に示した。
The above battery was charged and discharged at a current of 25 ° C. and a current of 1 C under the conditions of a final charge voltage of 4.1 V and a final discharge voltage of 2.5 V, and the discharge capacity was determined. The results are shown in Table 1.

【0041】[0041]

【表1】 [Table 1]

【0042】表1より、正極合剤中にステンレス粉末を
含有した実施例1の電池Aでは、ステンレス粉末を含有
しない比較例1の電池Bと比較して、過充電時に高い安
全性が得られていることがわかった。この理由として、
過充電時に4.7V(vs.Li/Li+)付近でステ
ンレスが酸化を引き起こすことによって過充電電流が消
費され、電解液の分解や正極活物質の分解に至らず電池
の熱逸走を抑制したものと推測される。また、実施例2
および3においても、同様の理由で電池の熱逸走を抑制
したものと推測される。
From Table 1, it can be seen that the battery A of Example 1 containing stainless powder in the positive electrode mixture showed higher safety at the time of overcharging than the battery B of Comparative Example 1 containing no stainless powder. I understood that. For this reason,
The overcharge current was consumed by the stainless steel causing oxidation near 4.7 V (vs. Li / Li + ) during overcharge, and the thermal runaway of the battery was suppressed without decomposing the electrolyte or the positive electrode active material. It is supposed to be. Example 2
It is also presumed that thermal escape of the battery was suppressed in the cases of and 3 for the same reason.

【0043】[実施例4〜10]つぎに、実施例2の電
池において、正極合剤合計重量に対するニッケル粉末の
含有量(wt%)を変化させた、実施例4〜8の電池を
作製し、これらを電池E〜Kとした。これらの電池を各
10個使用し、安全性試験をおこなった。安全性試験に
おける破裂個数を表2に示した。
[Examples 4 to 10] Next, the batteries of Examples 4 to 8 were prepared by changing the content (wt%) of the nickel powder with respect to the total weight of the positive electrode mixture in the battery of Example 2. And these were designated as batteries EK. A safety test was conducted using 10 of these batteries. Table 2 shows the number of bursts in the safety test.

【0044】[0044]

【表2】 [Table 2]

【0045】表2からわかるように、正極合剤合計重量
に対するニッケル粉末の含有量が0.05wt%の実施
例4の電池Eでは、6個の電池が破裂したのに対し、
0.1wt%以上である実施例5〜10の電池(電池F
〜K)においては破裂した電池はなかった。ただし、実
施例10の電池Kでは、破裂こそしなかったものの、正
極合剤中のニッケル粉末の重量比率が大きすぎて、電池
の容量が低下するため、正極合剤中のニッケル粉末の含
有量は20wt%以下とすることが好ましい。
As can be seen from Table 2, in the battery E of Example 4 in which the content of the nickel powder relative to the total weight of the positive electrode mixture was 0.05 wt%, six batteries burst, whereas
Batteries of Examples 5 to 10 (Battery F
-K), there were no ruptured batteries. However, although the battery K of Example 10 did not burst, the weight ratio of the nickel powder in the positive electrode mixture was too large and the capacity of the battery was reduced. Is preferably 20 wt% or less.

【0046】[実施例11〜16]さらに、実施例2の
電池において、正極合剤合計重量に対するニッケル粉末
の含有量を3wt%とし、ニッケル粉末の粒径を変化さ
せた、実施例11〜16の電池を作製し、これらを電池
L〜Qとした。これらの電池を各10個使用し、安全性
試験をおこなった。安全性試験における破裂個数を3示
した。
[Examples 11 to 16] Further, in the battery of Example 2, the content of the nickel powder with respect to the total weight of the positive electrode mixture was set to 3 wt%, and the particle diameter of the nickel powder was changed. And these were designated as batteries L to Q. A safety test was conducted using 10 of these batteries. The number of bursts in the safety test was 3.

【0047】[0047]

【表3】 [Table 3]

【0048】表3からわかるように、ニッケル粉末の平
均粒径が20μm以下である実施例11〜15の電池
(電池L〜P)においては破裂した電池はなかった。し
かし、ニッケル粉末の平均粒径が25μmの実施例16
の電池Qでは、3個の電池が破裂した。すなわち、ニッ
ケル粉末の平均粒径が20μmよりも大きくなると、安
全性に対する効果が小さくなるものと推定される。ただ
し、実施例11の電池Lでは、破裂こそしなかったもの
の、正極合剤中のニッケル粉末の平均粒径が小さすぎ
て、極板製造時の作業性に問題が生じるため、正極合剤
中のニッケル粉末の平均粒径は0.1〜20μmとする
ことが好ましい。
As can be seen from Table 3, none of the batteries of Examples 11 to 15 (Batteries LP) in which the average particle size of the nickel powder was 20 μm or less was ruptured. However, in Example 16 in which the average particle size of the nickel powder was 25 μm,
In Battery Q, three batteries exploded. That is, when the average particle size of the nickel powder is larger than 20 μm, it is estimated that the effect on safety is reduced. However, in the battery L of Example 11, although the rupture did not occur, the average particle diameter of the nickel powder in the positive electrode mixture was too small, which caused a problem in workability in manufacturing an electrode plate. The average particle size of the nickel powder is preferably 0.1 to 20 μm.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明になる非水電解質二次電池におい
ては、正極合剤中に、炭酸エステル系有機電解液中で
4.3〜5.0V(vs.Li/Li+)で酸化がはじ
まる金属が含まれているため、この金属が過充電時に分
解して過充電電流が消費され、電解液の分解や正極活物
質の分解に至らず、電池の熱逸走を抑制し、過充電時の
安全性を確保することができる。
In the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, oxidation is carried out at 4.3 to 5.0 V (vs. Li / Li + ) in the carbonate-based organic electrolyte in the positive electrode mixture. Since the starting metal is contained, this metal is decomposed at the time of overcharging and the overcharge current is consumed.This does not lead to decomposition of the electrolytic solution or decomposition of the positive electrode active material. Safety can be ensured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例における角形電池の概略断面
図。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a prismatic battery according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 非水電解質二次電池 2 電極群 3 負極 4 正極 5 セパレータ 6 電池ケース 7 蓋 8 安全弁 9 負極端子 10負極リード 1 Non-aqueous electrolyte secondary battery 2 Electrode group 3 Negative electrode 4 Positive electrode 5 Separator 6 Battery case 7 Lid 8 Safety valve 9 Negative terminal 10 Negative lead

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 リチウムイオンを吸蔵・放出する物質を
含む正極と、リチウムイオンを吸蔵・放出する物質を含
む負極と、非水電解質とを備え、正極合剤中に、炭酸エ
ステル系有機電解液中で4.3〜5.0V(vs.Li
/Li+)で酸化がはじまる金属が含まれていることを
特徴とする非水電解質二次電池。
1. A positive electrode mixture comprising a positive electrode containing a substance that occludes and releases lithium ions, a negative electrode containing a substance that occludes and releases lithium ions, and a non-aqueous electrolyte, wherein a carbonate-based organic electrolyte is contained in the positive electrode mixture. 4.3-5.0 V (vs. Li
/ Li + ), wherein the nonaqueous electrolyte secondary battery contains a metal whose oxidation starts.
【請求項2】 正極合剤中に含まれる金属が、ニッケ
ル、ステンレス、チタンからなる群より選ばれた少なく
ともひとつであることを特徴とする請求項1記載の非水
電解質二次電池。
2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the metal contained in the positive electrode mixture is at least one selected from the group consisting of nickel, stainless steel, and titanium.
【請求項3】 正極合剤中に含まれる金属の含有量が、
正極合剤合計重量に対し0.1〜20重量%であること
を特徴とする請求項1または2記載の非水電解質二次電
池。
3. The content of a metal contained in the positive electrode mixture is as follows:
3. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the amount is 0.1 to 20% by weight based on the total weight of the positive electrode mixture.
【請求項4】 正極合剤中に含まれる金属の平均粒径が
0.1〜20μmであることを特徴とする請求項1、2
または3記載の非水電解質二次電池。
4. An average particle size of a metal contained in the positive electrode mixture is 0.1 to 20 μm.
Or the non-aqueous electrolyte secondary battery according to 3.
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