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JP3481157B2 - Non-aqueous electrolyte battery and method for manufacturing the same - Google Patents

Non-aqueous electrolyte battery and method for manufacturing the same

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Publication number
JP3481157B2
JP3481157B2 JP36788398A JP36788398A JP3481157B2 JP 3481157 B2 JP3481157 B2 JP 3481157B2 JP 36788398 A JP36788398 A JP 36788398A JP 36788398 A JP36788398 A JP 36788398A JP 3481157 B2 JP3481157 B2 JP 3481157B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lithium
negative electrode
active material
battery
electrode
Prior art date
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JP36788398A
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Japanese (ja)
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JP2000195555A (en
Inventor
英晴 小野寺
次夫 酒井
俊二 渡邊
豊郎 原田
信一 高杉
Original Assignee
セイコーインスツルメンツ株式会社
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 セイコーインスツルメンツ株式会社 filed Critical セイコーインスツルメンツ株式会社
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Publication of JP2000195555A publication Critical patent/JP2000195555A/en
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Publication of JP3481157B2 publication Critical patent/JP3481157B2/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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

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、リチウムイオンを
吸蔵放出可能な物質を正、負極活物質とし、リチウムイ
オン導電性の非水電解質を用いる非水電解質二次電池に
関するものであり、特に、耐電圧特性または過放電特性
に優れ、電池の残量予測が容易であり、信頼性の高い新
規な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 that uses a lithium ion conductive non-aqueous electrolyte as a positive and negative electrode active material that can store and release lithium ions, and more particularly, The present invention relates to a novel secondary battery having excellent withstand voltage characteristics or over-discharge characteristics, easily predicting the remaining battery level, and having high reliability.

【0002】[0002]

【従来の技術】負極活物質としてリチウムを用いる非水
電解質電池は、高エネルギー密度で、かつ自己放電が小
さく長期信頼性に優れる等々の利点により、一次電池と
してはメモリーバックアップ用、カメラ用等の電源とし
て既に広く用いられている。しかしながら近年、携帯型
の電子機器、通信機器等の著しい発展に伴い、経済性と
機器の小型軽量化の観点から、再充放電が可能な二次電
池が強く要望されている。このため、前記非水電解質電
池の二次電池化を進める研究開発が活発に行われてい
る。
2. Description of the Related Art Non-aqueous electrolyte batteries using lithium as a negative electrode active material have advantages such as high energy density, small self-discharge and excellent long-term reliability. Therefore, primary batteries for memory backup, cameras, etc. It is already widely used as a power source. However, in recent years, with the remarkable development of portable electronic devices, communication devices, and the like, a rechargeable / dischargeable secondary battery has been strongly demanded from the viewpoint of economy and reduction in size and weight of the device. For this reason, research and development for promoting the use of the non-aqueous electrolyte battery as a secondary battery have been actively conducted.

【0003】従来より非水電解質二次電池の正極には金
属酸化物、ポリアセンやポリアセチレン等の導電性高分
子材料が用いられている。また負極には金属リチウム、
リチウム合金、炭素質材料、金属酸化物、ポリアセンや
ポリアセチレン等の導電性高分子材料等が用いられ、実
用化されている。正極に活性炭を用いた例は、特開昭5
9−173979公報で示されているが、負極が金属リ
チウムのため、安全性に欠ける、電池を0Vになるまで
過放電した場合(以下過放電と呼ぶ)に劣化してしまう
等の理由により実用化されていない。また特開平8−1
07048や特開平9−55342では負極に炭素質材
料を用いることが示されているが、これも過放電した場
合に劣化してしまい実用化には至っていない。また正、
負極共に電気二重層を利用したキャパシタは高電圧を印
可し続ける(以下耐電圧と呼ぶ)と劣化してしまう欠点
があった。
Conventionally, conductive polymer materials such as metal oxides, polyacene and polyacetylene have been used for the positive electrode of non-aqueous electrolyte secondary batteries. In addition, metallic lithium is used for the negative electrode,
Lithium alloys, carbonaceous materials, metal oxides, and conductive polymer materials such as polyacene and polyacetylene are used and put to practical use. An example of using activated carbon for the positive electrode is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No.
Although it is disclosed in Japanese Patent Publication No. 9-173979, it is practically used because of its lack of safety because the negative electrode is metallic lithium, and deterioration when the battery is over-discharged to 0 V (hereinafter referred to as over-discharge). It has not been converted. In addition, JP-A-8-1
07048 and Japanese Patent Laid-Open No. 9-55342 disclose that a carbonaceous material is used for the negative electrode, but this also deteriorates when over-discharged and has not been put to practical use. Positive again,
A capacitor using an electric double layer for both the negative electrode and the negative electrode has a drawback that it deteriorates when a high voltage is continuously applied (hereinafter referred to as withstanding voltage).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来、この種の二次電
池を構成する正極活物質としては、充放電反応の形態に
依り下記の4種のタイプのものが見出されている。第1
のタイプは、TiS2、MoS2、NbSe3等の金属
カルコゲン化合物や、MnO2、V2O5、LiCoO
2、LiNiO2、LiMn2O4、Li1.33Ti1.66
O4等の金属酸化物等々のように、結晶の層間や格子位
置又は格子間隙間にリチウムイオンが(カチオン)のみ
がインターカーレーション、デインターカーレーション
反応等に依り出入りするタイプ。第2のタイプは、ポリ
アニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン等の導電
性高分子の様な、主としてアニオンのみが安定にドー
プ、脱ドープ反応に依り出入りするタイプ。第3のタイ
プは、グラファイト層間化合物やポリアセン等の導電性
高分子等々のような、リチウムカチオンとアニオンが共
に出入り可能なタイプ(インターカーレーション、デイ
ンターカーレーション又はドープ、脱ドープ等)。第4
のタイプは活性炭等の多孔質材料の細孔表面にリチウム
イオンが移動し、電気二重層が形成されるタイプであ
る。
Conventionally, the following four types of positive electrode active materials have been found as the positive electrode active material constituting this type of secondary battery, depending on the form of charge / discharge reaction. First
Types include metal chalcogen compounds such as TiS2, MoS2, NbSe3, MnO2, V2O5, LiCoO.
2, LiNiO2, LiMn2O4, Li1.33Ti1.66
A type in which only lithium ions (cations) move in and out due to intercalation, deintercalation reactions, etc., such as between metal oxides such as O4 and the like, between crystal layers, between lattice positions or lattice gaps. The second type is a type such as a conductive polymer such as polyaniline, polypyrrole, polyparaphenylene, etc. in which mainly anions are stably doped and come in and out by a dedoping reaction. The third type is a type (intercalation, deintercalation or doping, dedoping, etc.) in which both lithium cations and anions can enter and exit, such as graphite intercalation compounds and conductive polymers such as polyacene. Fourth
Type is a type in which lithium ions move to the pore surface of a porous material such as activated carbon to form an electric double layer.

【0005】金属カルコゲン化合物や金属酸化物を正極
として用いた場合、他のタイプと比べて多量のリチウム
イオンを吸蔵、放出できるため、容量が大きい二次電池
とすることができる。しかし、放電電圧が残容量によっ
てほとんど変化しないため、電池の残量予測が困難とな
る。ポリアニリン等の導電性高分子材料は電池の残量予
測は容易にできるがリチウム放出よって導電性が悪化す
る等の問題点があった。
When a metal chalcogen compound or a metal oxide is used as a positive electrode, a large amount of lithium ions can be stored and released compared with other types, so that a secondary battery having a large capacity can be obtained. However, since the discharge voltage hardly changes depending on the remaining capacity, it becomes difficult to predict the remaining capacity of the battery. A conductive polymer material such as polyaniline can easily predict the remaining amount of a battery, but there is a problem that conductivity is deteriorated due to lithium emission.

【0006】一方、負極活物質としては、(1)金属リ
チウムを単独で用いた場合が電極電位が最も卑であるた
め、上記の様な正極活物質を用いた正極と組み合わせる
と耐電圧特性に優れ容量も大きい二次電池とすることが
可能である。しかしながら、充放電に伴いリチウム負極
上にデンドライトや不働態化合物が生成し、充放電によ
る劣化が大きく、サイクル寿命が短いという問題があっ
た。この問題を解決するため、(2)リチウムとAl,
Zn,Sn,Pb,Bi,Cd等の他金属との合金を用
いることが考えられた。しかし、充放電時のリチウムの
利用効率が低く、且つ充放電の繰り返しにより電極にク
ラックが発生し割れを生じる等のためサイクル寿命が短
いという問題があることがわかった。また電池を過放電
すると、対極の正極に過剰なリチウムイオンを吸蔵させ
ることとなってしまい正極活物質が劣化する問題があ
る。(3)リチウムイオンをドープしたポリアセンやポ
リアセチレン等の導電性高分子等々、リチウムイオンを
吸蔵放出可能な物質を用いることが提案されているが充
放電容量、特に体積当りの充放電容量が小さいという問
題がある。
On the other hand, as the negative electrode active material, (1) the electrode potential is the most base when metal lithium is used alone. Therefore, when it is combined with the positive electrode using the positive electrode active material as described above, the withstand voltage characteristics are improved. It is possible to make a secondary battery with excellent capacity. However, there is a problem that dendrites and passivation compounds are generated on the lithium negative electrode along with charge and discharge, and deterioration due to charge and discharge is large, and cycle life is short. In order to solve this problem, (2) lithium and Al,
It was considered to use alloys with other metals such as Zn, Sn, Pb, Bi and Cd. However, it has been found that there is a problem that the utilization efficiency of lithium during charging / discharging is low, and the cycle life is short because cracks occur in the electrodes due to repeated charging / discharging and the like. Further, when the battery is over-discharged, an excessive amount of lithium ions will be occluded by the counter positive electrode, which causes a problem of deterioration of the positive electrode active material. (3) It has been proposed to use a substance capable of inserting and extracting lithium ions, such as a conductive polymer such as polyacene or polyacetylene doped with lithium ions, but the charge / discharge capacity, especially the charge / discharge capacity per volume is small. There's a problem.

【0007】上記、正極活物質は、電池を過放電した場
合、すなわち過剰なリチウムイオンを吸蔵させ、リチウ
ム電位に近づけると結晶構造の崩壊や不可逆物質の生成
があり安定した充放電サイクルができなくなり、二次電
池としての機能を失ってしまう。そこで負極活物質は電
池を過放電しても過剰なリチウムイオンを正極に吸蔵さ
せることがないように制御できるものが必要である。ま
た負極活物質は耐電圧特性を高めるために過剰なリチウ
ムイオンを吸蔵させ、リチウム電位に近づけても結晶構
造の崩壊や不可逆物質の生成がない安定した充放電サイ
クルができることが必要である。さらに、電子部品とし
ての二次電池は、プリント基板などに実装する際に赤外
線リフローによる自動はんだ付け装置に対応することが
求められている。瞬間ではあるが、高温環境下に置かれ
ても劣化のない電池とするためには、熱的に活性である
リチウム量をできる限り少なくすることが必要であり、
吸蔵させたリチウムを最大限利用できる負極、すなわち
不可逆容量が少ない負極活物質であることが好ましい。
When the battery is over-discharged, that is, when the positive electrode active material occludes an excessive amount of lithium ions and approaches the lithium potential, the crystal structure collapses and an irreversible substance is generated, so that a stable charge / discharge cycle cannot be performed. , Loses its function as a secondary battery. Therefore, the negative electrode active material needs to be controllable so as not to occlude excess lithium ions in the positive electrode even when the battery is overdischarged. Further, the negative electrode active material is required to occlude excess lithium ions in order to improve withstand voltage characteristics and to be able to perform a stable charge / discharge cycle without collapse of the crystal structure or generation of irreversible substances even when approaching the lithium potential. Further, a secondary battery as an electronic component is required to be compatible with an automatic soldering device using infrared reflow when mounted on a printed circuit board or the like. Although it is an instant, in order to make a battery that does not deteriorate even when placed in a high temperature environment, it is necessary to reduce the amount of thermally active lithium as much as possible,
It is preferable to use a negative electrode that can make maximum use of the absorbed lithium, that is, a negative electrode active material that has a small irreversible capacity.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明者等は正極活物質として活性炭に着目し、
その特性を調べた。活性炭を有する作用極とリチウム金
属から成る対極と非水電解質溶液とから構成されたテス
トセルを充放電し、作用極の容量と対リチウム電位の関
係を調べた。その結果、安定に繰り返し充放電できる電
位範囲は2〜4V(vs.Li)の範囲で容量と直線的
に比例した充放電を示し、電池の残量予測が容易にでき
る優れた活物質であることを見出した(図2)。この充
放電機構は活性炭へ電解質中のイオンの脱吸着だと推測
される。また電位範囲を4.5Vまで上げると非水電解
質溶液の分解による劣化が見られ、2V以下にすると充
放電の直線性が失われ、どちらも繰り返し充放電は不可
能となってしまった。
In order to solve the above problems, the present inventors have focused on activated carbon as a positive electrode active material,
I investigated its characteristics. A test cell composed of a working electrode having activated carbon, a counter electrode made of lithium metal, and a non-aqueous electrolyte solution was charged and discharged, and the relationship between the working electrode capacity and the lithium potential was investigated. As a result, the potential range that can be repeatedly charged and discharged stably shows charge and discharge that is linearly proportional to the capacity in the range of 2 to 4 V (vs. Li), and is an excellent active material that can easily predict the remaining amount of the battery. We found that (Fig. 2). This charging / discharging mechanism is presumed to be desorption of ions in the electrolyte to the activated carbon. Further, when the potential range was raised to 4.5 V, deterioration due to decomposition of the non-aqueous electrolyte solution was observed, and when it was 2 V or less, the linearity of charge / discharge was lost, and repeated charge / discharge was impossible in both cases.

【0009】本発明者等はこれらの事情から、鋭意研究
の結果本発明に到達した。即ち、活性炭正極の優れた特
性を引き出すために、金属リチウムやリチウム合金負極
では成し得ない0〜2V(vs.Li)の範囲で安定に
繰り返し充放電できる負極活物質があれば、耐電圧特性
と悪くすることなく過放電特性を向上させることができ
る。
Under these circumstances, the present inventors arrived at the present invention as a result of earnest research. That is, in order to bring out the excellent characteristics of the activated carbon positive electrode, if there is a negative electrode active material that can be repeatedly charged and discharged in a range of 0 to 2 V (vs. Li) that cannot be achieved with metallic lithium or a lithium alloy negative electrode, the withstand voltage can be increased. The over-discharge characteristic can be improved without deteriorating the characteristics.

【0010】先に、本発明者等は、組成式LixSiOy
(但し、0≦x、0<y<2)で示されるリチウムを含
有するケイ素の酸化物が、非水電解質中においてリチウ
ム基準極(金属リチウム)に対し少なくとも0〜3Vの
電極電位の範囲で電気化学的に安定に繰り返しリチウム
イオンを吸蔵放出することが出来、優れた負極活物質と
なる事を見い出し特許を出願した(特願平4−2651
79、同5−35851、同5−162958等)。こ
の負極活物質を用いれば、前記課題を解決することがで
きる。さらに本発明者等は組成式LixSnOy(但し、
0≦x)で示されるリチウムを含有するスズとリチウム
との複合酸化物が、非水電解質中においてリチウム基準
極(金属リチウム)に対する電極電位が3Vもしくは4
V以上の高電位の正極活物質を用いた場合には、極めて
安定でサイクル寿命の長い電池が得られる事を見い出し
特許を出願した(特開平6−2752684)。
First, the present inventors have proposed that the composition formula LixSiOy
(However, the lithium-containing silicon oxide represented by 0 ≦ x, 0 <y <2) is contained in the non-aqueous electrolyte in an electrode potential range of at least 0 to 3 V with respect to the lithium reference electrode (metallic lithium). We have discovered that it can electrochemically and stably repeatedly occlude and release lithium ions, making it an excellent negative electrode active material, and applied for a patent (Japanese Patent Application No. 4-2651).
79, ibid. 5-35851, ibid. 5-162958, etc.). The use of this negative electrode active material can solve the above problems. Further, the present inventors have found that the composition formula LixSnOy (however,
The composite oxide of tin and lithium containing lithium represented by 0 ≦ x) has an electrode potential of 3 V or 4 with respect to the lithium reference electrode (metal lithium) in the non-aqueous electrolyte.
When a positive electrode active material having a high potential of V or more was used, it was found that an extremely stable battery having a long cycle life was obtained, and a patent was filed (JP-A-6-2752684).

【0011】また従来よりリチウムを用いた非水電解質
電池において、ニオブ酸化物の研究が活発に行われてい
る。例えば電気化学46 P411 No.7 197
8では一次電池としての研究がなされた。特開昭56−
147368及び特開昭57−11476、特開平5−
166536では五酸化ニオブを二次電池の負極、正極
には酸化物や硫化物の例が示されているが、正極に活性
炭を用いた検討はされていない。またモリブデン酸化物
についは、特公昭63−901で正極に用いた例が示さ
れているが、負極として使用する検討は行われていな
い。またチタン酸化物については、特公昭63−858
8で正極にバナジウム酸化物を用いた例が示されている
が正極に活性炭を用いた検討はされていない。
Further, in the non-aqueous electrolyte battery using lithium, research on niobium oxide has been actively conducted. For example, Electrochemistry 46 P411 No. 7 197
In No. 8, research was conducted as a primary battery. JP-A-56-
147368, JP-A-57-11476, and JP-A-5-
In 166536, niobium pentoxide is used as the negative electrode of a secondary battery, and an oxide or sulfide is used as the positive electrode, but no study using activated carbon for the positive electrode has been made. Regarding molybdenum oxide, an example of using it as a positive electrode is shown in Japanese Patent Publication No. 63-901, but its use as a negative electrode has not been examined. Regarding titanium oxide, Japanese Patent Publication No. 63-858
8 shows an example of using vanadium oxide for the positive electrode, but no study using activated carbon for the positive electrode has been made.

【0012】これらSi、Sn、Nb、Mo、Tiの酸
化物を作用極とし、リチウム金属から成る対極と非水電
解質溶液とから構成されたテストセルを充放電し、0−
2Vの範囲で作用極の容量と対リチウム電位の関係を調
べた(図3)。その結果、Ti以外は安定に繰り返し充
放電できることを確認し、活性炭正極と組み合わせた場
合、上記課題を解決できる負極活物質であることがわか
った。ただしTi酸化物は0Vになるまでリチウムを吸
蔵させると結晶構造の破壊と推測されるサイクル劣化が
あり、電位範囲を1.5−2Vと狭めたところ、十分に
安定に繰り返し充放電できるため、活性炭正極と組み合
わせた場合、耐電圧特性は劣るものの、良好な過放電特
性が期待できる。
Using these oxides of Si, Sn, Nb, Mo, and Ti as working electrodes, a test cell composed of a counter electrode made of lithium metal and a non-aqueous electrolyte solution was charged and discharged to give 0-
The relationship between the working electrode capacity and the lithium potential was examined in the range of 2 V (Fig. 3). As a result, it was confirmed that it was possible to repeatedly charge and discharge stably except for Ti, and it was found that when combined with an activated carbon positive electrode, it was a negative electrode active material that could solve the above problems. However, when the Ti oxide absorbs lithium until it reaches 0 V, there is cycle deterioration that is presumed to be a destruction of the crystal structure, and when the potential range is narrowed to 1.5-2 V, charging and discharging can be repeated sufficiently stably, When combined with an activated carbon positive electrode, good over-discharge characteristics can be expected although the withstand voltage characteristics are inferior.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明電池の正極である活性炭は
公知のいかなるものも使用することができ、粉末成形
体、繊維状、シート状等の集合体を挙げることができ
る。また、集合体は実質的に活性炭を含有していればよ
く、他にそれ以外の正極構成材料を混合してもよい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Any known activated carbon may be used as the positive electrode of the battery of the present invention, and examples thereof include powder compacts, fibrous and sheet-like aggregates. Further, the aggregate may substantially contain activated carbon, and other positive electrode constituent materials may be mixed therein.

【0014】本発明電池の負極活物質として用いられる
該リチウム含有ケイ素酸化物LixSiOyの好ましい製
造方法としては、下記の2種類の方法が上げられるが、
これらに限定はされない。第一の方法は、ケイ素とリチ
ウムの各々の単体またはそれらの化合物を所定のモル比
で混合しまたは混合しながら、不活性雰囲気中や真空中
等の非酸化性雰囲気中またはケイ素とリチウムが所定の
酸化数と成るように酸素量を制御した雰囲気中で熱処理
してケイ素とリチウムの複合酸化物とする方法である。
出発原料となるケイ素及びリチウムのそれぞれの化合物
としては、各々の酸化物、水酸化物、あるいは炭酸塩、
硝酸塩等の塩あるいは有機化合物等々の様な、各々を非
酸化性雰囲気中で熱処理することにより各々の酸化物を
生成する化合物が好ましい。これらの出発原料の混合方
法としては、各原料の粉末を直接乾式混合する方法の
他、これらの原料を水、アルコールやその他の溶媒に溶
解もしくは分散し、溶液中で均一に混合または反応させ
た後、乾燥する方法、これらの原料を加熱や電磁波、光
等によりアトマイズまたはイオン化し、同時にもしくは
交互に蒸着または析出させる方法等々の種々の方法が可
能である。この様にして原料を混合した後、または混合
しながら行う熱処理の温度は、出発原料や熱処理雰囲気
によっても異なるが、400゜C以上で合成が可能であ
り、好ましくは600゜C以上の温度がよい。一方、不
活性雰囲気中や真空中等では800゜C以上の温度でケ
イ素と4価のケイ素酸化物に不均化反応する場合がある
ため、そのような場合には600〜800゜Cの温度が
好ましい。
The following two methods can be mentioned as preferred methods for producing the lithium-containing silicon oxide LixSiOy used as the negative electrode active material of the battery of the present invention.
It is not limited to these. The first method is to mix or mix each element of silicon and lithium or a compound thereof in a predetermined molar ratio, and in a non-oxidizing atmosphere such as an inert atmosphere or in a vacuum, or when the silicon and lithium are in a predetermined amount. In this method, a composite oxide of silicon and lithium is formed by heat treatment in an atmosphere in which the amount of oxygen is controlled so that the oxidation number is reached.
The respective compounds of silicon and lithium as starting materials are oxides, hydroxides, or carbonates,
A compound such as a salt such as a nitrate or an organic compound which forms each oxide by heat treatment in a non-oxidizing atmosphere is preferable. As a method of mixing these starting materials, in addition to a method of directly dry mixing powders of the respective materials, these materials are dissolved or dispersed in water, alcohol or other solvent, and uniformly mixed or reacted in the solution. After that, various methods such as a method of drying and a method of atomizing or ionizing these raw materials by heating, electromagnetic waves, light, etc. and simultaneously or alternately depositing or precipitating are possible. The temperature of the heat treatment carried out after or while mixing the raw materials in this manner varies depending on the starting raw materials and the heat treatment atmosphere, but the synthesis can be carried out at 400 ° C or higher, preferably 600 ° C or higher. Good. On the other hand, in an inert atmosphere or in a vacuum, a disproportionation reaction of silicon and tetravalent silicon oxide may occur at a temperature of 800 ° C. or higher. In such a case, the temperature of 600 to 800 ° C. preferable.

【0015】これらの出発原料の組合せの中で、リチウ
ムの供給原料として酸化リチウムLi2O、水酸化リチ
ウムLiOH、Li2CO3またはLiNO3等の塩やそ
れらの水和物等々の様な熱処理により酸化リチウムを生
成するリチウム化合物を用い、ケイ素の供給源としてケ
イ素単体もしくはケイ素の低級酸化物SiOy'(但し、
0<y’<2)を用いる場合には、それらの混合物を不
活性雰囲気中または真空中等の様な酸素を断った雰囲気
中で熱処理することによって合成することが出来、熱処
理雰囲気中の酸素量もしくは酸素分圧等の制御がし易く
製造が容易であり特に好ましい。
Among these combinations of starting materials, lithium oxide is produced by heat treatment such as lithium oxide Li2O, lithium hydroxide LiOH, salts such as Li2CO3 or LiNO3 and their hydrates as a lithium feed material. A lithium compound is used, and as a supply source of silicon, simple substance silicon or a lower oxide of silicon SiOy ′ (provided that
When 0 <y '<2) is used, the mixture can be synthesized by heat-treating the mixture in an atmosphere in which oxygen is cut off, such as in an inert atmosphere or in a vacuum, and the oxygen content in the heat-treatment atmosphere can be increased. Alternatively, the oxygen partial pressure is easily controlled, and the production is easy, which is particularly preferable.

【0016】また、出発原料にケイ素の化合物として水
素を有する各種のケイ酸を用いた場合やリチウム化合物
として水酸化リチウム等を用いた場合には、加熱処理に
より水素が完全には脱離せず、熱処理後の生成物中に一
部残り、リチウムと水素が共存することも可能であり、
本発明に含まれる。更に、リチウムもしくはその化合物
及びケイ素もしくはその化合物と共に、ナトリウム、カ
リウム、ルビジウム等他のアルカリ金属、マグネシウ
ム、カルシウム等のアルカリ土類金属及び/または鉄、
ニッケル、コバルト、マンガン、バナジウム、チタン、
ニオブ、タングステン、モリブデン、銅、亜鉛、スズ、
鉛、アルミニウム、インジウム、ビスマス、ガリウム、
ゲルマニウム、炭素、ホウ素、窒素、リン等々のその他
の金属または非金属元素の単体もしくはそれらの化合物
等をも加えて混合し加熱処理することにより、これらの
リチウム以外の金属もしくは非金属をリチウム及びケイ
素と共存させることもでき、これらの場合も本発明に含
まれる。
Further, when various silicic acids having hydrogen as a silicon compound are used as the starting material or when lithium hydroxide or the like is used as a lithium compound, hydrogen is not completely desorbed by the heat treatment, It is possible that a part of the product remains after the heat treatment and lithium and hydrogen coexist.
Included in the present invention. Further, together with lithium or a compound thereof and silicon or a compound thereof, another alkali metal such as sodium, potassium, rubidium, an alkaline earth metal such as magnesium or calcium and / or iron,
Nickel, cobalt, manganese, vanadium, titanium,
Niobium, tungsten, molybdenum, copper, zinc, tin,
Lead, aluminum, indium, bismuth, gallium,
Other metals or non-metal elements such as germanium, carbon, boron, nitrogen, phosphorus, etc., or their compounds, etc. are also added and mixed, and the mixture is heat-treated. Can also coexist with, and these cases are also included in the present invention.

【0017】この様にして得られたリチウム含有ケイ素
酸化物は、これをそのままもしくは必要により粉砕整粒
や造粒等の加工を施した後に負極活物質として用いるこ
とが出来る。また、下記の第二の方法と同様にこのリチ
ウム含有ケイ素酸化物とリチウムもしくはリチウムを含
有する物質との電気化学的反応に依り、このリチウム含
有ケイ素酸化物に更にリチウムイオンを吸蔵させるか、
または逆にこの複合酸化物からリチウムイオンを放出さ
せることにより、リチウム含有量を増加または減少させ
たものを負極活物質として用いても良い。
The lithium-containing silicon oxide thus obtained can be used as a negative electrode active material as it is or after being optionally subjected to processing such as pulverizing and granulating and granulating. Further, similar to the second method described below, depending on an electrochemical reaction between the lithium-containing silicon oxide and a substance containing lithium or lithium, the lithium-containing silicon oxide is further occluded with lithium ions,
Alternatively, on the contrary, a compound in which lithium content is increased or decreased by releasing lithium ions from this composite oxide may be used as the negative electrode active material.

【0018】第二の方法は、予め、リチウムを含有しな
いケイ素の低級酸化物SiOy(但し、2>y>0)を
合成し、得られたケイ素の低級酸化物SiOyとリチウ
ムもしくはリチウムを含有する物質との電気化学的反応
に依り、該ケイ素の低級酸化物SiOyにリチウムイオ
ンを吸蔵させて、リチウムを含有するケイ素の低級酸化
物LixSiOyを得る方法である。この様なケイ素の低
級酸化物SiOyとしては、SiO1.5(Si2O3)、S
iO1.33(Si3O4)、SiO及びSiO0.5(Si2
O)等々の化学量論組成のものの他、yが0より大きく
2未満の任意の組成のものでよい。また、これらのケイ
素の低級酸化物SiOyは、下記のような種々の公知の
方法に依り製造することが出来る。即ち、(1)二酸化
ケイ素SiO2とケイ素Siとを所定のモル比で混合し
非酸化性雰囲気中または真空中で加熱する方法、(2)
二酸化ケイ素SiO2を水素H2等の還元性ガス中で加熱
して所定量還元する方法、(3)二酸化ケイ素SiO2
を所定量の炭素Cや金属等と混合し、加熱して所定量還
元する方法、(4)ケイ素Siを酸素ガスまたは酸化物
と加熱して所定量酸化する方法、(5)シランSiH4
等のケイ素化合物ガスと酸素O2の混合ガスを加熱反応
またはプラズマ分解反応させるCVD法またはプラズマ
CVD法等々である。
In the second method, a silicon-containing lower oxide SiOy (2>y> 0) containing no lithium is synthesized in advance, and the obtained silicon lower oxide SiOy and lithium or lithium are contained. This is a method in which lithium ions are occluded in the lower oxide SiOy of silicon by an electrochemical reaction with a substance to obtain a lower oxide LixSiOy of silicon containing lithium. As such a lower oxide SiOy of silicon, SiO1.5 (Si2O3), S
iO1.33 (Si3O4), SiO and SiO0.5 (Si2
In addition to stoichiometric compositions such as O), y may be of any composition in which y is greater than 0 and less than 2. Further, these lower oxides of silicon SiOy can be produced by various known methods as described below. That is, (1) a method of mixing silicon dioxide SiO2 and silicon Si in a predetermined molar ratio and heating the mixture in a non-oxidizing atmosphere or in vacuum, (2)
A method of heating silicon dioxide SiO2 in a reducing gas such as hydrogen H2 to reduce a predetermined amount, (3) silicon dioxide SiO2
Is mixed with a predetermined amount of carbon C, a metal, etc., and heated to reduce a predetermined amount, (4) a method of heating silicon Si with oxygen gas or an oxide to oxidize a predetermined amount, (5) silane SiH4
A CVD method or a plasma CVD method in which a mixed gas of a silicon compound gas such as oxygen and oxygen O2 is heated or plasma-decomposed.

【0019】また、該ケイ素の低級酸化物SiOyに
は、ケイ素と共に、水素やナトリウム、カリウム、ルビ
ジウム等のアルカリ金属、マグネシウム、カルシウム等
のアルカリ土類金属及び/または鉄、ニッケル、コバル
ト、マンガン、バナジウム、チタン、ニオブ、タングス
テン、モリブデン、銅、亜鉛、スズ、鉛、アルミニウ
ム、インジウム、ビスマス、ガリウム、ゲルマニウム、
炭素、ホウ素、窒素、リン等々のその他の金属または非
金属元素を含有させることもでき、これらの場合も本発
明に含まれる。
Further, the lower oxide SiOy of silicon contains, together with silicon, an alkali metal such as hydrogen, sodium, potassium and rubidium, an alkaline earth metal such as magnesium and calcium, and / or iron, nickel, cobalt, manganese, Vanadium, titanium, niobium, tungsten, molybdenum, copper, zinc, tin, lead, aluminum, indium, bismuth, gallium, germanium,
Other metal or non-metal elements such as carbon, boron, nitrogen, phosphorus, etc. may be included and these are also included in the present invention.

【0020】このケイ素の低級酸化物SiOyへの電気
化学的反応に依るリチウムイオンの吸蔵は、電池組立後
電池内で、または電池製造工程の途上において電池内も
しくは電池外で行うことが出来、具体的には次の様にし
て行うことが出来る。即ち、 (1)該ケイ素の低級酸化物またはそれらと導電剤及び
結着剤等との混合合剤を所定形状に成形したものを一方
の電極(作用極)とし、金属リチウムまたはリチウムを
含有する物質をもう一方の電極(対極)としてリチウム
イオン導電性の非水電解質に接して両電極を対向させて
電気化学セルを構成し、作用極がカソード反応をする方
向に適当な電流で通電し電気化学的にリチウムイオンを
該ケイ素の低級酸化物に吸蔵させる。得られた該作用極
をそのまま負極としてまたは負極を構成する負極活物質
として用いて非水電解質二次電池を構成する。(2)該
ケイ素の低級酸化物またはそれらと導電剤及び結着剤等
との混合合剤を所定形状に成形し、これにリチウムもし
くはリチウムの合金等を圧着してもしくは接触させて積
層電極としたものを負極として非水電解質二次電池に組
み込む。電池内でこの積層電極が電解質に触れることに
より一種の局部電池を形成し、自己放電し電気化学的に
リチウムが該ケイ素の低級酸化物に吸蔵される方法。
(3)該ケイ素の低級酸化物を負極活物質とし、リチウ
ムを含有しリチウムイオンを吸蔵放出可能な物質を正極
活物質として用いた非水電解質二次電池を構成する。電
池として使用時に充電を行うことにより正極から放出さ
れたリチウムイオンが該ケイ素の低級酸化物に吸蔵され
る方法。
The storage of lithium ions by the electrochemical reaction of the silicon to the lower oxide SiOy can be carried out in the battery after the battery is assembled, or inside or outside the battery during the battery manufacturing process. Specifically, it can be performed as follows. That is, (1) one of the electrodes (working electrode) is formed of a lower oxide of silicon or a mixture of the lower oxide of silicon and a conductive agent, a binder or the like into a predetermined shape, and contains metallic lithium or lithium. The other electrode (counter electrode) is used as the other electrode (counter electrode) to come into contact with the lithium ion conductive non-aqueous electrolyte so that both electrodes face each other to form an electrochemical cell, and the working electrode is energized with an appropriate current in the direction of cathode reaction Lithium ions are chemically absorbed in the lower oxide of silicon. A non-aqueous electrolyte secondary battery is constructed by using the obtained working electrode as it is as a negative electrode or as a negative electrode active material constituting the negative electrode. (2) The low-grade oxide of silicon or a mixture of the low-grade oxide of silicon and a conductive agent, a binder or the like is molded into a predetermined shape, and lithium or an alloy of lithium or the like is pressure-bonded or brought into contact with the laminated electrode. The obtained product is incorporated into a non-aqueous electrolyte secondary battery as a negative electrode. A method of forming a kind of local battery by exposing the laminated electrode to the electrolyte in the battery, and self-discharging to electrochemically occlude lithium in the lower oxide of silicon.
(3) A non-aqueous electrolyte secondary battery is constructed using the lower oxide of silicon as a negative electrode active material and a material containing lithium and capable of inserting and extracting lithium ions as a positive electrode active material. A method in which lithium ions released from the positive electrode by being charged when used as a battery are occluded in the lower oxide of silicon.

【0021】本発明のケイ素酸化物にリチウムを吸蔵さ
せる物質としては、リチウム金属、リチウム合金などや
リチウムイオンまたはリチウム金属を吸蔵・放出できる
焼成炭素質化合物などがある。また、ケイ素酸化物もし
くはリチウム含有ケイ素酸化物の粒径は、500μm以
下が好ましく、より好ましくは100μm以下、特に5
0〜0.1μmが良い。比表面積は0.05〜100m
3/gが好ましく、より好ましくは0.1〜50m3/
g、とくに0.1〜30m3/gが良い。
Examples of the substance for occluding lithium in the silicon oxide of the present invention include lithium metal, lithium alloy and the like, and calcined carbonaceous compounds capable of occluding and releasing lithium ion or lithium metal. The particle size of the silicon oxide or lithium-containing silicon oxide is preferably 500 μm or less, more preferably 100 μm or less, and especially 5 μm or less.
0 to 0.1 μm is preferable. Specific surface area is 0.05-100m
3 / g is preferable, and more preferably 0.1-50 m3 /
g, especially 0.1 to 30 m3 / g is good.

【0022】この様にして得られるリチウム含有ケイ素
酸化物LixSiOyを負極活物質として用いる。上記に
リチウム含有ケイ素酸化物について示したが、本発明で
の他の負極活物質であるリチウムを含有したSn、N
b、Mo、Tiの酸化物も同様の知見により作製でき
る。またこれら2以上を混合し作製した物質を活物質と
した複合酸化物でも本発明に適用できる。
The lithium-containing silicon oxide LixSiOy thus obtained is used as a negative electrode active material. Although the lithium-containing silicon oxide is shown above, Sn, N containing lithium, which is another negative electrode active material in the present invention, is used.
The oxides of b, Mo, and Ti can be produced by the same knowledge. Further, a composite oxide using a substance prepared by mixing two or more thereof as an active material can also be applied to the present invention.

【0023】電極形状は、目的とする電池により、板
状、フィルム状、円柱状、あるいは、金属箔上に成形す
るなど、種々の形状をとることが出来る。電池の形状が
コインやボタンのときは、正極活物質や負極活物質の合
剤はペレットの形状に圧縮されて主に用いられる。ま
た、薄型のコインやボタンのときは、シート状に成形し
た電極を打ち抜いて用いてもよい。そのペレットの厚み
や直径は電池の大きさにより決められる。また、電池の
形状がシ−ト、シリンダ−、角のとき、正極活物質や負
極活物質の合剤は、集電体の上にコート、乾燥、圧縮さ
れて、主に用いられる。そのコート厚み、長さや巾は、
電池の大きさにより決められるが、コートの厚みは、ド
ライ後の圧縮された状態で、1〜2000μmが特に好
ましい。ペレットやシートのプレス法は、一般に採用さ
れている方法を用いることができるが、特に金型プレス
法やカレンダープレス法が好ましい。プレス圧は、特に
限定されないが、0.2〜3t/cm2 が好ましい。カレ
ンダープレス法のプレス速度は、0.1〜50m/分が
好ましい。プレス温度は、室温〜200℃が好ましい。
電極合剤には、導電剤や結着剤やフィラーなどを添加す
ることができる。導電剤の種類は特に限定されず、金属
粉末でもよいが、炭素系のものが特に好ましい。炭素材
料はもっとも一般的で、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒
鉛、土状黒鉛など)、人工黒鉛、カ−ボンブラック、チ
ャンネルブラック、サーマルブラック、ファーネスブラ
ック、アセチレンブラック、炭素繊維等が使われる。ま
た、金属では、銅、ニッケル、銀等の金属粉、金属繊維
が用いられる。導電性高分子も使用される。炭素の添加
量は、混合比は活物質の電気伝導度、電極形状等により
異なり特に限定されないが、負極の場合1〜90重量%
が好ましい。
The shape of the electrode can be various shapes such as a plate shape, a film shape, a column shape, or a shape formed on a metal foil depending on the intended battery. When the shape of the battery is a coin or a button, the mixture of the positive electrode active material and the negative electrode active material is used by being compressed into a pellet shape. Further, in the case of a thin coin or button, a sheet-shaped electrode may be punched and used. The thickness and diameter of the pellet are determined by the size of the battery. Further, when the battery has a sheet, cylinder, or square shape, the mixture of the positive electrode active material and the negative electrode active material is mainly used after being coated, dried, and compressed on the current collector. The coat thickness, length and width are
The thickness of the coat, which is determined by the size of the battery, is particularly preferably 1 to 2000 μm in the compressed state after drying. As a pellet or sheet pressing method, a generally adopted method can be used, but a die pressing method or a calendar pressing method is particularly preferable. The pressing pressure is not particularly limited, but is preferably 0.2 to 3 t / cm @ 2. The press speed of the calendar press method is preferably 0.1 to 50 m / min. The pressing temperature is preferably room temperature to 200 ° C.
A conductive agent, a binder, a filler, or the like can be added to the electrode mixture. The type of the conductive agent is not particularly limited and may be a metal powder, but a carbon-based one is particularly preferable. The most common carbon materials are natural graphite (scaly graphite, flake graphite, earth graphite, etc.), artificial graphite, carbon black, channel black, thermal black, furnace black, acetylene black, carbon fiber, etc. . Further, as the metal, metal powder such as copper, nickel, silver or the like, or metal fiber is used. Conducting polymers are also used. The amount of carbon added varies depending on the electrical conductivity of the active material, the electrode shape, etc., and is not particularly limited, but in the case of the negative electrode, it is 1 to 90 wt%
Is preferred.

【0024】炭素の粒径は平均粒径で0.5〜50μm
の範囲、好ましくは0.5〜15μmの範囲、より好ま
しくは0.5〜6μmの範囲にすると活物質間の接触性
が良好になり、電子伝導のネットワーク形成が向上し、
電気化学的な反応に関与しない活物質が減少する。結着
剤は、電解液に不溶のものが好ましいが特に限定される
もではない。通常、ポリアクリル酸およびポリアクリル
酸中和物、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセ
ルロース、でんぷん、ヒドロキシプロピルセルロース、
再生セルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルク
ロリド、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレ
ン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、エチレン−プロピレン−ジエンポリマー(EPD
M)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム、
ポリブタジエン、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシド、
ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの多糖
類、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ゴム弾性を有するポ
リマーなどが1種またはこれらの混合物として用いられ
る。 結着剤の添加量は、特に限定されないが、1〜5
0重量%が好ましい。
The average particle size of carbon is 0.5 to 50 μm.
, Preferably in the range of 0.5 to 15 μm, and more preferably in the range of 0.5 to 6 μm, the contact between the active materials becomes good, and the electron conduction network formation is improved,
The active material that does not participate in the electrochemical reaction is reduced. The binder is preferably insoluble in the electrolytic solution, but is not particularly limited. Usually, polyacrylic acid and neutralized polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, starch, hydroxypropyl cellulose,
Regenerated cellulose, diacetyl cellulose, polyvinyl chloride, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPD
M), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber,
Polybutadiene, fluororubber, polyethylene oxide,
Polyimide, an epoxy resin, a polysaccharide such as a phenol resin, a thermoplastic resin, a thermosetting resin, a polymer having rubber elasticity and the like are used alone or as a mixture thereof. The amount of the binder added is not particularly limited, but is 1 to 5
0% by weight is preferred.

【0025】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、0
〜30重量%が好ましい。電解液は、特に限定されるこ
となく従来の非水二次電池に用いられている有機溶媒が
用いられる。上記有機溶媒には、環状エステル類、鎖状
エステル類、環状エーテル類、鎖状エーテル類等が用い
られ、具体的には、プロピレンカ−ボネ−ト(PC)、
エチレンカ−ボネ−ト(EC)、ブチレンカーボネート
(BC)、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネー
ト(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、γ−
ブチロラクトン(γBL)、2メチル‐γ‐ブチロラク
トン、アセチル‐γ‐ブチロラクトン、γ‐バレロラク
トン、1,2−ジメトキシエタン(DME)、1,2‐
エトキシエタン、ジエチルエーテル、エチレングリコー
ルジアルキルエーテル、ジエチレングリコールジアルキ
ルエーテル、トリエチレングリコールジアルキルエーテ
ル、テトラエチレングリコールジアルキルエーテル、ジ
プロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、メ
チルブチルカーボネート、メチルプロピルカーボネー
ト、エチルブチルカーボネート、エチルプロピルカーボ
ネート、ブチルプロピルカーボネート、プロピオン酸ア
ルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸ア
ルキルエステル、テトラヒドロフラン(THF)、アル
キルテトラヒドロフラン、ジアルキルアルキルテトラヒ
ドロフラン、アルコキシテトラヒドロフラン、ジアルコ
キシテトラヒドロフラン、1,3‐ジオキソラン、アル
キル‐1,3‐ジオキソラン、1,4‐ジオキソラン、
2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシ
ド、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホ
ルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメ
タン、蟻酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、
プロピオン酸エチル、リン酸トリエステルなどの有機溶
媒およびこれらの誘導体や混合物などが好ましく用いら
れる。溶媒の還元分解反応を抑える観点から、炭酸ガス
(CO2)を溶解した電解液を用いると、容量とサイク
ル寿命の向上に効果的である。前記混合溶媒(非水溶
媒)中に存在する主な不純物としては、水分と、有機過
酸化物(例えばグリコール類、アルコール類、カルボン
酸類)などが挙げられる。前記各不純物は、黒鉛化物の
表面に絶縁性の被膜を形成し、電極の界面抵抗を増大さ
せるものと考えられる。したがって、サイクル寿命や容
量の低下に影響を与える恐れがある。また高温(60℃
以上)貯蔵時の自己放電も増大する恐れがある。このよ
うなことから、非水溶媒を含む電解液においては前記不
純物はできるだけ低減されることが好ましい。具体的に
は、水分は50ppm以下、有機過酸化物は1000p
pm以下であることが好ましい。支持塩としては過塩素
酸リチウム(LiClO4 )、六フッ化リン酸リチウム
(LiPF6 )、ホウフッ化リチウム(LiBF4 )、
六フッ化砒素リチウム(LiAsF6 )、トリフルオロ
メタスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )、ビスト
リフルオロメチルスルホニルイミドリチウム[LiN
(CF3 SO2 )2 ]、チオシアン塩、アルミニウムフ
ッ化塩などのリチウム塩(電解質)などの1種以上の塩
を用いることができる。非水溶媒に対する溶解量は、
0.5〜3.0モル/1とすることが望ましい。
As the filler, any fibrous material which does not cause a chemical change in the constructed battery can be used. Generally, olefin polymers such as polypropylene and polyethylene, fibers such as glass and carbon are used. The amount of the filler added is not particularly limited, but is 0
-30% by weight is preferred. The electrolytic solution is not particularly limited, and an organic solvent used in conventional non-aqueous secondary batteries is used. As the organic solvent, cyclic esters, chain esters, cyclic ethers, chain ethers and the like are used, and specifically, propylene carbonate (PC),
Ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), γ-
Butyrolactone (γBL), 2-methyl-γ-butyrolactone, acetyl-γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane (DME), 1,2-
Ethoxyethane, diethyl ether, ethylene glycol dialkyl ether, diethylene glycol dialkyl ether, triethylene glycol dialkyl ether, tetraethylene glycol dialkyl ether, dipropyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl butyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl butyl carbonate, ethyl propyl carbonate , Butyl propyl carbonate, propionic acid alkyl ester, malonic acid dialkyl ester, acetic acid alkyl ester, tetrahydrofuran (THF), alkyl tetrahydrofuran, dialkylalkyltetrahydrofuran, alkoxytetrahydrofuran, dialkoxytetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, alkyl-1,3- Geo SORUN, 1,4-dioxolane,
2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, methyl propionate,
Organic solvents such as ethyl propionate and phosphoric acid triester, and derivatives and mixtures thereof are preferably used. From the viewpoint of suppressing the reductive decomposition reaction of the solvent, use of an electrolytic solution in which carbon dioxide gas (CO2) is dissolved is effective in improving the capacity and the cycle life. Main impurities present in the mixed solvent (non-aqueous solvent) include water and organic peroxides (eg glycols, alcohols, carboxylic acids) and the like. It is considered that each of the impurities forms an insulating film on the surface of the graphitized product and increases the interfacial resistance of the electrode. Therefore, the cycle life and the capacity may be reduced. High temperature (60 ℃
Above) self-discharge during storage may increase. Therefore, it is preferable that the impurities are reduced as much as possible in the electrolytic solution containing the non-aqueous solvent. Specifically, the water content is 50 ppm or less, and the organic peroxide is 1000 p
It is preferably pm or less. As the supporting salt, lithium perchlorate (LiClO4), lithium hexafluorophosphate (LiPF6), lithium borofluoride (LiBF4),
Lithium arsenide hexafluoride (LiAsF6), lithium trifluorometasulfonate (LiCF3 SO3), lithium bistrifluoromethylsulfonylimide [LiN
(CF3 SO2) 2], one or more salts such as a lithium salt (electrolyte) such as a thiocyanate salt and an aluminum fluoride salt can be used. The amount dissolved in a non-aqueous solvent is
It is desirable to set it to 0.5 to 3.0 mol / 1.

【0026】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。有機固体電解質では、ポリエチレンオキ
サイド誘導体か該誘導体を含むポリマ−、ポリプロピレ
ンオキサイド誘導体か該誘導体を含むポリマ−、リン酸
エステルポリマ−等が有効である。 無機と有機固体電
解質を併用する方法も知られている。
In addition to the electrolytic solution, the following solid electrolytes can be used. Solid electrolytes are classified into inorganic solid electrolytes and organic solid electrolytes. Li-nitrides, halides, oxyacid salts, and the like are well known as inorganic solid electrolytes. For the organic solid electrolyte, a polyethylene oxide derivative or a polymer containing the derivative, a polypropylene oxide derivative or a polymer containing the derivative, a phosphoric acid ester polymer and the like are effective. A method of using an inorganic and organic solid electrolyte in combination is also known.

【0027】また、放電や充放電特性を改良する目的
で、添加物を加えてもよい。活物質に直接添加してもよ
いが、電解液に添加する方法がもっとも一般的である。
例えば、トルエン、ピリジン等がある。また、電解液を
不燃性にするために含ハロゲン溶媒、例えば、四塩化炭
素、三弗化塩化エチレンを電解液に含ませることができ
る。
Additives may be added for the purpose of improving discharge and charge / discharge characteristics. Although it may be added directly to the active material, the most common method is to add it to the electrolytic solution.
For example, there are toluene, pyridine and the like. Further, in order to make the electrolytic solution nonflammable, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride chloride can be contained in the electrolytic solution.

【0028】また、正極や負極の合剤には電解液あるい
は電解質を含ませることができる。例えば、前記イオン
導電性ポリマ−やニトロメタン(特開昭48−36,6
33)、電解液(特開昭57−124,870)を含ま
せる方法が知られている。電極活物質の集電体として
は、電気抵抗の小さい金属板または金属箔が好まれる。
例えば、正極には、材料としてステンレス鋼、ニッケ
ル、アルミニウム、チタン、タングステン、金、白金、
焼成炭素などの他に、アルミニウムやステンレス鋼の表
面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させ
たものが用いられる。ステンレス鋼は二相ステンレスが
腐食に対して有効である。コイン、ボタン電池の場合は
電池の外部になる方にニッケルめっきすることが行われ
る。処理の方法としては、湿式めっき、乾式めっき、C
VD、PVD、圧着によるクラッド化、塗布等がある。
Further, the mixture of the positive electrode and the negative electrode may contain an electrolytic solution or an electrolyte. For example, the ion conductive polymer or nitromethane (Japanese Patent Laid-Open No. 48-36,6).
33), a method of adding an electrolytic solution (JP-A-57-124,870) is known. As the collector of the electrode active material, a metal plate or metal foil having a low electric resistance is preferred.
For example, for the positive electrode, materials such as stainless steel, nickel, aluminum, titanium, tungsten, gold, platinum,
In addition to calcined carbon, aluminum or stainless steel whose surface is treated with carbon, nickel, titanium or silver is used. Duplex stainless steel is effective for corrosion. In the case of coin and button batteries, nickel plating is performed on the outside of the battery. Treatment methods include wet plating, dry plating, C
There are VD, PVD, clad formation by pressure bonding, coating, and the like.

【0029】負極には、材料としてステンレス鋼、ニッ
ケル、銅、チタン、アルミニウム、タングステン、金、
白金、焼成炭素などの他に、銅やステンレス鋼の表面に
カーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたも
の、Al−Cd合金などが用いられる。処理の方法とし
ては、湿式めっき、乾式めっき、CVD、PVD、圧着
によるクラッド化、塗布等がある。
For the negative electrode, as materials, stainless steel, nickel, copper, titanium, aluminum, tungsten, gold,
In addition to platinum and calcined carbon, copper or stainless steel whose surface is treated with carbon, nickel, titanium or silver, or an Al—Cd alloy is used. Examples of the treatment method include wet plating, dry plating, CVD, PVD, cladding by pressure bonding, coating and the like.

【0030】これらの材料の表面を酸化することもある
が、防錆処理としてベンゾトリアゾール、トリアジンチ
オール、アルキルチオール、フッ素系発水剤、シリコン
系発水剤等が用いられることもある。形状は、フォイル
の他、コインボタン電池の缶、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
維群の成形体などが用いられる。厚みは、特に限定され
ない。コインボタン電池の缶の場合、基板に実装するた
め端子を抵抗溶接、レーザー溶接等により取り付けるこ
とも行われる。端子の材料としてはステンレス鋼、ステ
ンレス・ニッケルクラッド材、ステンレス鋼にニッケル
や金のめっきを施したもの等があり、金属であれば特に
限定されるものではない。
Although the surface of these materials may be oxidized, benzotriazole, triazine thiol, alkyl thiol, fluorine-based water-generating agent, silicon-based water-generating agent or the like may be used for rust-preventing treatment. As the shape, in addition to the foil, a coin button battery can, a film, a sheet, a net, a punched product, a lath body, a porous body, a foamed body, a molded body of fibers, and the like are used. The thickness is not particularly limited. In the case of a coin button battery can, in order to mount it on a substrate, the terminal may be attached by resistance welding, laser welding, or the like. The material of the terminal includes stainless steel, stainless-nickel clad material, stainless steel plated with nickel or gold, and the like, and is not particularly limited as long as it is a metal.

【0031】セパレーターは、電解液或は電極活物質等
に対し、耐久性のある連通気孔を有する電子伝導性のな
い多孔体であり、通常ガラス繊維、ポリエチレン或はポ
リプロピレン等からなる布、不織布或は多孔体が用いら
れる。セパレーターの孔径は、一般に電池用として用い
られる範囲が用いられる。例えば、0.01〜10μm
が用いられる。セパレーターの厚みは、一般に電池用の
範囲で用いられる例えば、5〜300μmが用いられ
る。セパレーターは電池ケース内に実用上問題が生じな
いように固定される。また、安全対策とし温度によりイ
オン透過性を変化させるセパレーターを用いることも有
効である。
The separator is a porous body which has continuous ventilation holes and is durable against an electrolytic solution or an electrode active material and has no electron conductivity, and is usually a cloth, a non-woven cloth or a non-woven cloth made of glass fiber, polyethylene or polypropylene. Is a porous body. The pore size of the separator is in the range generally used for batteries. For example, 0.01 to 10 μm
Is used. The thickness of the separator is, for example, 5 to 300 μm, which is generally used in the range for batteries. The separator is fixed in the battery case so that there is no practical problem. Also, as a safety measure, it is effective to use a separator that changes the ion permeability depending on the temperature.

【0032】電極活物質と集電体を導電性の接着剤によ
り固定することも可能である。導電性の接着剤として
は、溶剤に溶かした樹脂に炭素や金属の粉末や繊維を添
加したものや導電性高分子を溶解したもの等が用いられ
る。ペレット状の電極の場合は、集電体と電極ペレット
の間に塗布し電極を固定する。この場合の導電性接着剤
には熱硬化型の樹脂が含まれる場合が多い。シート状の
場合の電極の場合は集電体と電極を物理的に接着すると
いうよりは、電気的に接続する目的で用いられる。
It is also possible to fix the electrode active material and the current collector with a conductive adhesive. As the conductive adhesive, a resin obtained by adding powder or fibers of carbon or metal to a resin dissolved in a solvent, a solution obtained by dissolving a conductive polymer, or the like is used. In the case of a pellet-shaped electrode, it is applied between the current collector and the electrode pellet to fix the electrode. The conductive adhesive in this case often contains a thermosetting resin. In the case of an electrode in the case of a sheet, it is used for the purpose of electrically connecting the current collector and the electrode rather than physically adhering them.

【0033】コイン、ボタン電池として用いる場合は、
ガスケットとして、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポ
リアミド樹脂、各種エンジニアリングプラスチックが用
いられる。通常は、ポリプロピレン製が一般的である
が、電池を基板に実装する際のリフロー温度に対応する
ため耐熱温度の高いエンジニアリングプラスチック等の
材料を用いてもよい。
When used as a coin or button battery,
As the gasket, polypropylene, polyethylene, polyamide resin, various engineering plastics are used. Usually, polypropylene is generally used, but a material such as engineering plastic having a high heat resistant temperature may be used in order to cope with the reflow temperature when the battery is mounted on the substrate.

【0034】コイン、ボタン電池の場合ガスケットと正
・負極缶の間にアスファルトピッチ、ブチルゴム、フッ
素系オイル、クロロスルホン化ポリエチレン、エポキシ
樹脂等の1種または混合物のシール剤が用いられる。シ
ール剤が透明の場合は着色して、塗布の有無を明確にす
ることも行われる。シール剤の塗布法としては、ガスケ
ットへのシール剤の注入、正・負極缶への塗布、ガスケ
ットのシール剤溶液へのディッピング等がある。
In the case of coin and button batteries, a sealant of one kind or a mixture of asphalt pitch, butyl rubber, fluorinated oil, chlorosulfonated polyethylene, epoxy resin and the like is used between the gasket and the positive and negative electrode cans. When the sealant is transparent, it is also colored to clarify the presence or absence of application. Examples of the method for applying the sealing agent include injecting the sealing agent into the gasket, applying it to the positive and negative electrode cans, and dipping the gasket into the sealing agent solution.

【0035】電池の形状はコイン、ボタン、シ−ト、シ
リンダ−、角などいずれにも適用できる。本発明の非水
電解質二次電池の用途には、特に限定されないが、例え
ば、携帯電話、ページャー等のバックアップ電源、発電
機能を有する腕時計の電源等がある。
The shape of the battery can be any of coins, buttons, sheets, cylinders, corners and the like. Applications of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention are not particularly limited, but include, for example, backup power supplies for mobile phones, pagers, and the like, power supplies for wristwatches having a power generation function, and the like.

【0036】本発明の電池は除湿雰囲気または、不活性
ガス雰囲気で組み立てることが望ましい。また、組み立
てる部品も事前に乾燥するとこが好ましい。ペレットや
シートおよびその他の部品の乾燥又は脱水方法として
は、一般に採用されている方法を利用することができ
る。特に、熱風、真空、赤外線、遠赤外線、電子線及び
低湿風を単独あるいは組み合わせて用いることが好まし
い。温度は80〜350℃の範囲が好ましく、特に10
0〜250℃の範囲が好ましい。含水量は、電池全体で
2000ppm以下が好ましく、正極合剤、負極合剤や
電解質ではそれぞれ50ppm以下にすることがサイク
ル性の点で好ましい。
The battery of the present invention is preferably assembled in a dehumidifying atmosphere or an inert gas atmosphere. It is also preferable that the parts to be assembled are also dried in advance. As a method of drying or dehydrating the pellets, sheets and other parts, a generally adopted method can be used. In particular, it is preferable to use hot air, vacuum, infrared rays, far infrared rays, electron beams, and low humidity air alone or in combination. The temperature is preferably in the range of 80 to 350 ° C, particularly 10
The range of 0 to 250 ° C. is preferable. The water content of the whole battery is preferably 2000 ppm or less, and each of the positive electrode mixture, the negative electrode mixture and the electrolyte is preferably 50 ppm or less from the viewpoint of cycleability.

【0037】[0037]

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。 (実施例1)本実施例は、正極活物質として活性炭、負
極活物質としてSiOを用いた場合である。電池断面図
を図1に示した。また、電池の大きさは外径6.8m
m、厚さ2.1mmとした。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples. (Example 1) In this example, activated carbon was used as the positive electrode active material and SiO was used as the negative electrode active material. A cross-sectional view of the battery is shown in FIG. The size of the battery is 6.8m in outer diameter.
m and thickness 2.1 mm.

【0038】正極は次の様にして作製した。市販の活性
炭に導電剤としてカーボンブラックを、結着剤としてフ
っ素樹脂を重量比80:12:8の割合で混合して正極
合剤とし、シート状に加圧成形し、厚みを0.8mmと
した。このシートの体積密度は0.4g/cm3となっ
た。このシートをφ4mm径で打ち抜いた。その後、こ
の様にして得られた正極ペレット101を炭素を導電性
フィラーとする導電性樹脂接着剤からなる電極集電体1
02を用いて正極ケース103に接着し一体化した後、
150℃で8時間減圧加熱乾燥した。
The positive electrode was manufactured as follows. Carbon black was mixed with commercially available activated carbon as a conductive agent and fluorine resin as a binder at a weight ratio of 80: 12: 8 to obtain a positive electrode mixture, which was pressure-molded into a sheet and had a thickness of 0. It was 8 mm. The volume density of this sheet was 0.4 g / cm 3. This sheet was punched out with a diameter of 4 mm. Thereafter, the positive electrode pellet 101 thus obtained is used as an electrode current collector 1 made of a conductive resin adhesive containing carbon as a conductive filler.
After being bonded and integrated with the positive electrode case 103 using 02,
It was dried under reduced pressure at 150 ° C. for 8 hours.

【0039】負極は、次の様にして作製した。市販の一
酸化ケイ素(SiO)を自動乳鉢により粒径44μm以
下に粉砕整粒したものを作用極の活物質として用いた。
この活物質に導電剤としてグラファイトを、結着剤とし
てポリアクリル酸をそれぞれ重量比45:40:15の
割合で混合して負極合剤とした。合剤を2ton/cm
2で直径4mm厚さ0.19mmのペレットに加圧成形
した。ペレット重量は4.2mgとした。その後、この
様にして得られた負極ペレット104を炭素を導電性フ
ィラーとする導電性樹脂接着剤からなる電極集電体10
2を用いて負極ケース105に接着し一体化した後、1
00℃で8時間減圧加熱乾燥した。さらに、ペレット上
にリチウムフォイル106を直径4mm、厚さ0.16
mmに打ち抜いたものを圧着し、リチウム−負極ペレッ
ト積層電極とした。
The negative electrode was manufactured as follows. Commercially available silicon monoxide (SiO) was pulverized and sized to a particle size of 44 μm or less by an automatic mortar and used as the active material of the working electrode.
Graphite as a conductive agent and polyacrylic acid as a binder were mixed with this active material at a weight ratio of 45:40:15 to prepare a negative electrode mixture. 2 ton / cm
2 was pressed into pellets having a diameter of 4 mm and a thickness of 0.19 mm. The pellet weight was 4.2 mg. Thereafter, the negative electrode pellet 104 thus obtained is used as an electrode current collector 10 made of a conductive resin adhesive containing carbon as a conductive filler.
After using 2 to adhere to and integrate with the negative electrode case 105, 1
It was dried under reduced pressure at 00 ° C. for 8 hours. Further, a lithium foil 106 having a diameter of 4 mm and a thickness of 0.16 is placed on the pellet.
What was punched out in mm was pressure-bonded to obtain a lithium-negative electrode pellet laminated electrode.

【0040】電解液107は、γ−ブチロラクトンとエ
チレンカ−ボネ−トの体積比1:1混合溶媒にLiBF
4を1モル/l溶解したものを用いた。この様にして作
製された電池について50μA定電流、終止電圧0Vの
過放電と50μA定電流、3.3Vまでの充電という条
件で過放電サイクルを行った。このときの充放電特性を
図4に示した。
The electrolytic solution 107 was prepared by adding LiBF to a mixed solvent of γ-butyrolactone and ethylene carbonate in a volume ratio of 1: 1.
What melt | dissolved 1 mol / l of 4 was used. The battery thus produced was subjected to an over-discharge cycle under the conditions of 50 μA constant current, over-discharge at a final voltage of 0 V and 50 μA constant current, and charging up to 3.3 V. The charge / discharge characteristics at this time are shown in FIG.

【0041】(実施例2)本実施例は正極活物質として
活性炭、負極活物質としてSnOを用いた場合である。
リチウム−負極ペレット積層電極の作製方法以外は実施
例1と同じとした。負極は、次の様にして作製した。市
販の一酸化スズ(SnO)を自動乳鉢により粒径44μ
m以下に粉砕整粒したものを作用極の活物質として用い
た。この活物質に導電剤としてグラファイトを、結着剤
としてポリアクリル酸をそれぞれ重量比70.5:2
1.8:8の割合で混合して負極合剤とした。合剤を2
ton/cm2で直径4mm厚さ0.23mmのペレッ
トに加圧成形した。ペレット重量は10mgとした。そ
の後、この様にして得られた負極ペレット104を炭素
を導電性フィラーとする導電性樹脂接着剤からなる電極
集電体102を用いて負極ケース105に接着し一体化
した後、100℃で8時間減圧加熱乾燥した。さらに、
ペレット上にリチウムフォイル106を直径3mm、厚
さ0.35mmに打ち抜いたものを圧着し、リチウム−
負極ペレット積層電極とした。
Example 2 In this example, activated carbon is used as the positive electrode active material and SnO is used as the negative electrode active material.
The same procedure was performed as in Example 1 except for the method for producing the lithium-negative electrode pellet laminated electrode. The negative electrode was manufactured as follows. Commercially available tin monoxide (SnO) with automatic mortar, particle size 44μ
What was pulverized and sized to m or less was used as the active material of the working electrode. Graphite as a conductive agent and polyacrylic acid as a binder were added to the active material in a weight ratio of 70.5: 2, respectively.
The mixture was mixed at a ratio of 1.8: 8 to obtain a negative electrode mixture. Mix 2
It was pressure molded into pellets having a diameter of 4 mm and a thickness of 0.23 mm at ton / cm 2. The pellet weight was 10 mg. After that, the negative electrode pellets 104 thus obtained are bonded and integrated with the negative electrode case 105 using the electrode current collector 102 made of a conductive resin adhesive containing carbon as a conductive filler, and then integrated at 100 ° C. for 8 hours. It was dried under reduced pressure for an hour. further,
Lithium foil 106 having a diameter of 3 mm and a thickness of 0.35 mm was punched on the pellet and pressure-bonded to form a lithium-
A negative electrode pellet laminated electrode was used.

【0042】(実施例3)本実施例は正極活物質として
活性炭、負極活物質としてNb2O5を用いた場合であ
る。リチウム−負極ペレット積層電極の作製方法以外は
実施例1と同じとした。負極は、次の様にして作製し
た。市販の水酸化ニオブ(Nb2O5・nH2O)を5
00℃の温度で大気中で焼成し五酸化ニオブ(Nb2O
5)を得た。その後自動乳鉢により粒径44μm以下に
粉砕整粒したものを作用極の活物質として用いた。この
活物質に導電剤としてグラファイトを、結着剤としてポ
リアクリル酸をそれぞれ重量比58:40:2の割合で
混合して負極合剤とした。合剤を4ton/cm2で直
径4mm厚さ0.36mmのペレットに加圧成形した。
ペレット重量は11.1mgとした。その後、この様に
して得られた負極ペレット104を炭素を導電性フィラ
ーとする導電性樹脂接着剤からなる電極集電体102を
用いて負極ケース105に接着し一体化した後、100
℃で8時間減圧加熱乾燥した。さらに、ペレット上にリ
チウムフォイル106を直径3mm、厚さ0.18mm
に打ち抜いたものを圧着し、リチウム−負極ペレット積
層電極とした。
(Example 3) In this example, activated carbon was used as the positive electrode active material and Nb2O5 was used as the negative electrode active material. The same procedure was performed as in Example 1 except for the method for producing the lithium-negative electrode pellet laminated electrode. The negative electrode was manufactured as follows. Add commercially available niobium hydroxide (Nb2O5 ・ nH2O) to 5
Niobium pentoxide (Nb2O) was burned in the air at a temperature of 00 ° C.
5) was obtained. After that, the one pulverized and sized to a particle size of 44 μm or less by an automatic mortar was used as the active material of the working electrode. Graphite as a conductive agent and polyacrylic acid as a binder were mixed with this active material at a weight ratio of 58: 40: 2 to prepare a negative electrode mixture. The mixture was pressed at 4 ton / cm 2 into pellets having a diameter of 4 mm and a thickness of 0.36 mm.
The pellet weight was 11.1 mg. Thereafter, the negative electrode pellets 104 thus obtained are bonded and integrated with the negative electrode case 105 using the electrode current collector 102 made of a conductive resin adhesive containing carbon as a conductive filler, and then 100
It was dried under reduced pressure at 8 ° C. for 8 hours. Further, a lithium foil 106 having a diameter of 3 mm and a thickness of 0.18 mm is formed on the pellet.
What was punched out was pressed to obtain a lithium-negative electrode pellet laminated electrode.

【0043】(実施例4)本実施例は正極活物質として
活性炭、負極活物質としてMoO2を用いた場合であ
る。リチウム−負極ペレット積層電極の作製方法以外は
実施例1と同じとした。負極は、次の様にして作製し
た。市販の二酸化モリブデン(MoO2)を自動乳鉢に
より粒径44μm以下に粉砕整粒したものを作用極の活
物質として用いた。この活物質に導電剤としてグラファ
イトを、結着剤としてポリアクリル酸をそれぞれ重量比
45:40:15の割合で混合して負極合剤とした。合
剤を4ton/cm2で直径4mm厚さ0.42mmの
ペレットに加圧成形した。ペレット重量は13.6mg
とした。その後、この様にして得られた負極ペレット1
04を炭素を導電性フィラーとする導電性樹脂接着剤か
らなる電極集電体102を用いて負極ケース105に接
着し一体化した後、100℃で8時間減圧加熱乾燥し
た。さらに、ペレット上にリチウムフォイル106を直
径3mm、厚さ0.12mmに打ち抜いたものを圧着
し、リチウム−負極ペレット積層電極とした。
Example 4 In this example, activated carbon was used as the positive electrode active material and MoO 2 was used as the negative electrode active material. The same procedure was performed as in Example 1 except for the method for producing the lithium-negative electrode pellet laminated electrode. The negative electrode was manufactured as follows. Commercially available molybdenum dioxide (MoO2) was crushed and sized by an automatic mortar to have a particle size of 44 μm or less, and used as the active material of the working electrode. Graphite as a conductive agent and polyacrylic acid as a binder were mixed with this active material at a weight ratio of 45:40:15 to prepare a negative electrode mixture. The mixture was pressed at 4 ton / cm @ 2 into pellets having a diameter of 4 mm and a thickness of 0.42 mm. Pellet weight is 13.6 mg
And Then, the negative electrode pellet 1 thus obtained was obtained.
04 was adhered to and integrated with the negative electrode case 105 using the electrode current collector 102 made of a conductive resin adhesive containing carbon as a conductive filler, and dried under reduced pressure at 100 ° C. for 8 hours. Further, a lithium foil 106 having a diameter of 3 mm and a thickness of 0.12 mm punched out on the pellet was pressure-bonded to obtain a lithium-negative electrode pellet laminated electrode.

【0044】(実施例5)本実施例は正極活物質として
活性炭、負極活物質としてTiO2を用いた場合であ
る。リチウム−負極ペレット積層電極の作製方法と充放
電の条件以外は実施例1と同じとした。負極は、次の様
にして作製した。市販のアナターゼ型二酸化チタン(T
iO2)を自動乳鉢により粒径44μm以下に粉砕整粒
したものを作用極の活物質として用いた。この活物質に
導電剤としてグラファイトを、結着剤としてポリアクリ
ル酸をそれぞれ重量比82:10:8の割合で混合して
負極合剤とした。合剤を4ton/cm2で直径4mm
厚さ0.54mmのペレットに加圧成形した。ペレット
重量は13.6mgとした。その後、この様にして得ら
れた負極ペレット104を炭素を導電性フィラーとする
導電性樹脂接着剤からなる電極集電体102を用いて負
極ケース105に接着し一体化した後、100℃で8時
間減圧加熱乾燥した。さらに、ペレット上にリチウムフ
ォイル106を直径4mm、厚さ0.1mmに打ち抜い
たものを圧着し、リチウム−負極ペレット積層電極とし
た。このリチウム量は、すべて負極活物質に吸蔵された
場合に電位が1.5V以下(vs.Li)ならないリチ
ウム量である。
Example 5 In this example, activated carbon was used as the positive electrode active material and TiO 2 was used as the negative electrode active material. The same procedure as in Example 1 was carried out except for the method for producing the lithium-anode pellet laminated electrode and the charging / discharging conditions. The negative electrode was manufactured as follows. Commercially available anatase type titanium dioxide (T
iO2) was pulverized and sized to a particle size of 44 μm or less with an automatic mortar and used as the active material of the working electrode. Graphite as a conductive agent and polyacrylic acid as a binder were mixed with this active material at a weight ratio of 82: 10: 8 to obtain a negative electrode mixture. Mixture is 4 ton / cm2 and diameter is 4mm
It was pressed into pellets having a thickness of 0.54 mm. The pellet weight was 13.6 mg. After that, the negative electrode pellets 104 thus obtained are bonded and integrated with the negative electrode case 105 using the electrode current collector 102 made of a conductive resin adhesive containing carbon as a conductive filler, and then integrated at 100 ° C. for 8 hours. It was dried under reduced pressure for an hour. Further, a lithium foil 106 having a diameter of 4 mm and a thickness of 0.1 mm was punched out on the pellets and pressed to obtain a lithium-negative electrode pellet laminated electrode. This amount of lithium is the amount of lithium at which the potential does not become 1.5 V or less (vs. Li) when all are stored in the negative electrode active material.

【0045】この様にして作製された電池について50
μA定電流、終止電圧0Vの過放電と50μA定電流、
2Vまでの充電という条件で充放電サイクルを行った。
このときの過放電特性を図5に示した。 (比較例)本比較例は正極活物質として活性炭、負極活
物質として金属リチウムを用いた場合である。リチウム
−負極積層電極の作製方法以外は実施例1と同じとし
た。
Regarding the battery thus manufactured, 50
μA constant current, over discharge of 0V end voltage and 50μA constant current,
A charging / discharging cycle was performed under the condition of charging up to 2V.
The overdischarge characteristics at this time are shown in FIG. Comparative Example This comparative example is a case where activated carbon is used as the positive electrode active material and metallic lithium is used as the negative electrode active material. The procedure was the same as in Example 1 except for the method for producing the lithium-anode laminated electrode.

【0046】負極は、次の様にして作製した。図1にお
いての負極ペレット104は用いずに負極ケース105
上にリチウムフォイル106を直径4mm、厚さ0.8
mmに打ち抜いたものを直接圧着し、リチウム負極電極
とした。この様にして作製された電池について50μA
定電流、終止電圧0Vの過放電と50μA定電流、3.
3Vまでの充電という条件で充放電サイクルを行った。
このときの過放電特性を図6に示した。
The negative electrode was manufactured as follows. Negative electrode case 104 without using negative electrode pellet 104 in FIG.
Lithium foil 106 with a diameter of 4 mm and a thickness of 0.8
What was punched out in mm was directly pressure-bonded to obtain a lithium negative electrode. 50 μA for batteries manufactured in this way
2. Constant current, over-discharge of 0V final voltage and 50μA constant current, 3.
The charging / discharging cycle was performed under the condition of charging up to 3V.
The overdischarge characteristics at this time are shown in FIG.

【0047】これらの電池について1000サイクルの
過放電サイクルを行い容量維持率を求めた。また初期の
内部抵抗(1mA、1kHzの交流インピーダンス法に
よる測定)と60℃の環境の中で3.3Vの電圧を10
0日間印可した耐電圧試験後の内部抵抗の変化を測定
し、これらの結果を表1に示した。本発明を用いた実施
例1−6の二次電池はすべて0Vまでの過放電特性に優
れた電池であることがわかる。また負極にチタン酸化物
を用いた電池以外は、耐電圧特性にも優れた電池である
ことがわかる。
These batteries were subjected to an overdischarge cycle of 1000 cycles to obtain the capacity retention rate. In addition, the initial internal resistance (measured by the alternating current impedance method of 1 mA and 1 kHz) and a voltage of 3.3 V in an environment of 60 ° C.
Changes in internal resistance after a withstand voltage test applied for 0 days were measured, and these results are shown in Table 1. It can be seen that all the secondary batteries of Examples 1-6 using the present invention are excellent in over-discharge characteristics up to 0V. Further, it is understood that the batteries are excellent in withstand voltage characteristics other than batteries using titanium oxide for the negative electrode.

【0048】[0048]

【表1】 [Table 1]

【0049】[0049]

【発明の効果】以上詳述した様に、本発明は、非水電解
質二次電池の正極の優れた特性を引き出すために、金属
リチウムやリチウム合金負極では成し得ない0〜2V
(vs.Li)の範囲で安定に繰り返し充放電できる負
極活物質である、リチウムを吸蔵させたSi、Sn、N
b、Mo、Tiのいずれかの金属酸化物と組み合わせれ
ば、過放電特性を向上させることができ、Tiの除いた
ものでは耐電圧特性も優れたものとすることができる。
As described above in detail, according to the present invention, in order to bring out the excellent characteristics of the positive electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery, 0 to 2 V which cannot be achieved with the metallic lithium or lithium alloy negative electrode.
Li, which is a negative electrode active material that can be repeatedly charged and discharged in a stable manner in the range of (vs.Li), Si, Sn, N
When combined with any of the metal oxides of b, Mo, and Ti, the overdischarge characteristics can be improved, and the ones other than Ti can have excellent withstand voltage characteristics.

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

【図1】本発明のコイン型リチウム二次電池の断面図で
ある。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a coin-type lithium secondary battery of the present invention.

【図2】本発明の作用極、活性炭と対極金属リチウムで
作製したテストセルの充放電カーブ
FIG. 2 is a charging / discharging curve of a test cell made of a working electrode of the present invention, activated carbon, and counter electrode metallic lithium.

【図3】本発明の作用極、 SiO、SnO、Nb2O
5、MoO2、TiO2と対極金属リチウムで作製した
テストセルの充放電特性図。
FIG. 3 is a working electrode of the present invention, SiO, SnO, and Nb2O.
5 is a charge / discharge characteristic diagram of a test cell made of MoO2, TiO2, and counter electrode lithium.

【図4】正極活物質に活性炭を用い、負極活物質にSi
O、SnO、Nb2O5、MoO2を用いた本発明のリ
チウム二次電池の充放電特性図。
FIG. 4 uses activated carbon as the positive electrode active material and Si as the negative electrode active material.
The charge / discharge characteristic figure of the lithium secondary battery of this invention which used O, SnO, Nb2O5, and MoO2.

【図5】正極活物質に活性炭を用い、負極活物質にTi
O2を用いた本発明のリチウム二次電池の充放電特性
図。
FIG. 5: Activated carbon is used as the positive electrode active material, and Ti is used as the negative electrode active material.
The charge / discharge characteristic figure of the lithium secondary battery of this invention using O2.

【図6】正極活物質に活性炭を用い、負極活物質に金属
リチウムを用いた本発明との比較例であるリチウム二次
電池の充放電特性図。
FIG. 6 is a charge / discharge characteristic diagram of a lithium secondary battery that is a comparative example with the present invention in which activated carbon is used as a positive electrode active material and metallic lithium is used as a negative electrode active material.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 正極ペレット 102 電極集電体 103 正極ケース 104 負極ペレット 105 負極ケース 106 リチウムホイル 107 電解液 108 ガスケット 109 セパレータ 101 Positive electrode pellet 102 electrode collector 103 Positive case 104 negative electrode pellet 105 Negative electrode case 106 lithium foil 107 Electrolyte 108 gasket 109 separator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 豊郎 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 高杉 信一 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セイコーインスツルメンツ株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−83807(JP,A) 特開 平3−95856(JP,A) 特開 平6−338325(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/02 H01M 10/40 H01M 4/36 - 4/62 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toyoro Harada 1-8 Nakase, Mihama-ku, Chiba, Chiba Seiko Instruments Inc. (72) Shinichi Takasugi 1-8 Nakase, Mihama-ku, Chiba Seiko Instruments Inc. (56) Reference JP 10-83807 (JP, A) JP 3-95856 (JP, A) JP 6-338325 (JP, A) (58) Fields investigated ( Int.Cl. 7 , DB name) H01M 4/02 H01M 10/40 H01M 4/36-4/62

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 活性炭を主体とする分極性電極材料を用
いた正極と、リチウムを吸蔵させた金属酸化物を用いた
負極と、リチウム塩を含む非水電解質とを備え、前記金
属酸化物がSi、Sn、Nb、Mo、Tiのいずれかを
含んだ酸化物であることを特徴とする非水電解質二次電
池。
With a 1. A positive electrode using the polarizable electrode material made mainly of activated carbon, a negative electrode employing a lithium metallic oxide is occluded, and a nonaqueous electrolyte containing a lithium salt, the gold
The group oxide contains Si, Sn, Nb, Mo, or Ti
A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by being an oxide containing .
【請求項2】 活性炭を主体とする分極性電極材料を用
いた正極と、リチウムを吸蔵するとともにSi、Sn、
Nb、Mo、Tiのいずれかを含んだ酸化物を、2つ以
上混合した物質を活物質とした負極と、リチウム塩を含
む非水電解質とを備えることを特徴とする非水電解質二
次電池。
2. A positive electrode using a polarizable electrode material mainly composed of activated carbon, and Si, Sn, which absorbs lithium and
Two or more oxides containing Nb, Mo, or Ti
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a negative electrode using the above-mixed substance as an active material and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt.
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