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JPH09147856A - 非水二次電池 - Google Patents

非水二次電池

Info

Publication number
JPH09147856A
JPH09147856A JP7301300A JP30130095A JPH09147856A JP H09147856 A JPH09147856 A JP H09147856A JP 7301300 A JP7301300 A JP 7301300A JP 30130095 A JP30130095 A JP 30130095A JP H09147856 A JPH09147856 A JP H09147856A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
snge
snge0
negative electrode
secondary battery
positive electrode
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
JP7301300A
Other languages
English (en)
Inventor
Masayuki Mishima
雅之 三島
Kensuke Aida
健介 合田
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.)
Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film 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 Fuji Photo Film Co Ltd filed Critical Fuji Photo Film Co Ltd
Priority to JP7301300A priority Critical patent/JPH09147856A/ja
Publication of JPH09147856A publication Critical patent/JPH09147856A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い放電作動電圧、大きな放電容量、良好な
充放電サイクル特性をもつ非水二次電池を提供する。 【解決手段】 正極活物質、負極材料、リチウム塩を含
む非水電解質、セパレーターからなる二次電池であっ
て、該負極材料がSn、GeおよびSiを主体とする非
晶質酸化物からなることを特徴とする非水二次電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、放電容量、充放電
サイクル寿命等の充放電特性、および安全性が改善され
た非水二次電池に関するものであり、特に負極材料がS
n、GeおよびSi元素を含む非晶質酸化物である非水
二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】非水二次電池用負極材料としては、リチ
ウム金属やリチウム合金が代表的であるが、それらを用
いると充放電中にリチウム金属が樹枝状に成長し、内部
ショートしたり、その樹枝状金属自体の活性が高く、発
火する危険をはらんでいる。これに対して、最近、リチ
ウムを挿入放出することができる焼成炭素質材料が実用
されるようになってきた。この炭素質材料の欠点は、そ
れ自体が導電性をもつので、過充電や急速充電の際に炭
素質材料の上にリチウム金属が析出することがあり、結
局、樹枝状金属を析出してしまうことになる。これを避
けるために、充電器を工夫したり、正極活物質量を少な
くして、過充電を防止する方法を採用したりしている
が、後者の方法では、活物質の量が限定されるので、そ
のため、放電容量も制限されてしまう。また炭素質材料
は密度が比較的小さいため体積当りの容量が低いという
二重の意味で放電容量が制限されてしまうことになる。
【0003】一方、リチウム金属やリチウム合金または
炭素質材料以外の負極材料としては、リチウムを吸蔵・
放出することができるTiS2 、LiTiS2 (米国特
許第3,983,476)、ルチル構造の遷移金属酸化
物、例えば、WO2 (米国特許第4,198,47
6)、Lix Fe(Fe2 )O4 などのスピネル化合物
(特開昭58−220,362)、電気化学的に合成さ
れたFe23 のリチウム化合物(米国特許第4,46
4,447)、Fe23 のリチウム化合物(特開平3
−112,070)、Nb25 (特公昭62−59,
412、特開平2−824,47)、酸化鉄、FeO、
Fe23 、Fe34 、酸化コバルト、CoO、Co
23 、Co34 (特開平3−291,862、同6
−231765)、アモルファスV25 (特開平4−
223061)、リチウムを挿入した低酸化数金属酸化
物Lix MO(MはMn、Ti、Zn 特開平6−17
6758)、リチウムイオンを挿入することにより結晶
の基本構造を変化させた遷移金属酸化物を負極材料とす
る(欧州特許0567149)ことが知られている。こ
れらの化合物はいずれも酸化還元電位が高いので、3V
級の高放電電位を持ち、かつ高容量の非水二次電池は実
現されていない。
【0004】2価の珪素を主体とした負極材料を用いた
例(特開平6−325765、欧州特許058217
3、同0615296)もあるが、サイクル寿命が極め
て短いという欠点を有している。SnOおよびこれを主
体とした化合物を負極材料に適用した例として、特開平
6−275268と特開平6−338325があるが、
いずれも実用に供する事のできるサイクル寿命を得るこ
とが不可能であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、充放
電サイクル特性を改良し、かつ高い放電電圧と高容量を
実現できる安全性の高い非水二次電池を得ることであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の課題は、正極材
料、負極材料、リチウム塩を含む非水電解質から成る非
水二次電池に関し、該負極材料がSn、GeおよびSi
を主体とする非晶質酸化物からなることを特徴とする非
水二次電池により達成することができた。
【0007】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て説明する 1、正極材料、負極材料、リチウム塩を含む非水電解質
から成る非水二次電池に関し、該負極材料がSn、Ge
およびSiを主体とする非晶質酸化物からなることを特
徴とする非水二次電池。 2、該負極材料が一般式(1) SnGea Sib 1 c 2 d e (1) (式中、M1 は、Al、Pb,As、P、Bから選ばれ
る少なくとも一種以上の元素。M2 は周期律表第1族元
素、第2族元素、第3族元素、ハロゲン元素から選ばれ
る少なくとも一種以上の元素。aは0.001以上1以下の
数字。bは0.001以上2以下の数字。cは0.2以
上2以下の数字、dは0.01以上1以下の数字、eは
1、3以上11以下の数字を表す。)で示される非晶質
酸化物であることを特徴とする前記1記載の非水二次電
池。 3、該負極材料が一般式(2) SnGea Sib 3 c 4 d e (2) (式中、M3 は、Al、P、Bから選ばれる少なくとも
一種以上の元素。M4 はLi、K、Na、Rb、Cs、
Ca、Mg、Ba、Sc、Y、Fから選ばれる少なくと
も一種以上の元素。aは0.001以上1以下の数字。bは
0.001以上2以下の数字。cは0.2以上2以下の
数字、dは0.01以上1以下の数字、eは1、3以上
11以下の数字を表す。)で示される非晶質酸化物であ
ることを特徴とする前記1乃至2記載の非水二次電池。 4、該非水二次電池において、該負極および/又は正極
が保護層を少なくとも一層有することを特徴とする前記
1乃至3記載の非水二次電池。 5、該保護層が実質的に導電性を持たないことを特徴と
する前記1乃至4記載の非水二次電池。 6、該保護層に含まれる粒子が無機カルコゲナイト粒子
であることを特徴とする前記1乃至5記載の非水二次電
池。 7、前記6記載の無機カルコゲナイト粒子がナトリウ
ム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチ
ウム、ジルコニウム、アルミニウム、珪素の酸化物を少
なくとも一種含有していることを特徴とする前記1乃至
6記載の非水二次電池。 8、前記7記載の無機酸化物がアルミナ、二酸化珪素、
ジルコニアであることを特徴とする前記1乃至7記載の
非水二次電池。 9、該保護層の厚みが1μm以上40μm以下であるこ
とを特徴とする前記1乃至8記載の非水二次電池。 10、該保護層が正極上と負極上の両方に形成されてい
ることを特徴とする前記1乃至9記載の非水二次電池。 11、該保護層が負極上に形成されていることを特徴と
する前記1乃至10記載の非水二次電池。 12、該保護層が正極上に形成されていることを特徴と
する前記1乃至11記載の非水二次電池。
【0008】以下、本発明の技術について詳述する。本
発明において、負極材料としてSn、GeおよびSiを
主体とする非晶質酸化物を用いる。SnおよびGeは非
晶質個体中に存在し、リチウムイオンの吸蔵、放出に伴
って価数が変化し機能元素として充放電に寄与する。機
能元素としてはSnだけでも優れた性能を示すがさらに
Geを共存させることにより、特に充放電サイクル性を
一層改善することができる。また、Siも非晶質個体中
に存在するが、これは非晶質形成元素として作用し、さ
らに一層優れた充放電サイクル性を実現することができ
る。中でも一般式(1) SnGea Sib 1 c 2 d e (1) (式中、M1 は、Al、Pb,As、P、Bから選ばれ
る少なくとも一種以上の元素。M2 は周期律表第1族元
素、第2族元素、第3族元素、ハロゲン元素から選ばれ
る少なくとも一種以上の元素。aは0.001 以上1以下の
数字。bは0.001以上2 以下の数字。cは0.2以
上2以下の数字、dは0.01以上1以下の数字、eは
1、3以上11以下の数字を表す。)で示される非晶質
酸化物が好ましい。さらには該負極材料が一般式(2) SnGea Sib 3 c 4 d e (2) (式中、M3 は、Al、P、Bから選ばれる少なくとも
一種以上の元素。M4 はLi、K、Na、Rb、Cs、
Ca、Mg、Ba、Sc、Y、Fから選ばれる少なくと
も一種以上の元素。aは0.001以上1以下の数字。bは
0.001以上2以下の数字。cは0.2以上2以下の
数字、dは0.01以上1以下の数字、eは1、3以上
11以下の数字を表す。)で示される非晶質酸化物であ
ることが特に好ましい。
【0009】一般式(1)、(2)においてGeの量
(a)はSnに対して0.001以上1以下である。好ましく
は0.002 以上0.7 以下であり、さらに好ましくは0.01以
上0.5以下である。これよりも少ないとGe共存効果が
出現しなくなり、またこれよりも多いと充放電効率が悪
化する。本発明において非晶質形成元素として、Si元
素を用いる。Siを用いることにより、網目構造を有す
る安定な非晶質を得ることができ、充放電サイクル性を
改良できる。本発明においては、さらに上記一般式
(1)、(2)中のM1 およびM2 が用いられる。これ
らの元素を用いることにより非晶質酸化物を得ることが
容易になる。中でもSiおよび一般式(1)、(2)中
のM1 およびM2 を共用する事により一層非晶質化が容
易になる。M1 はAl、Pb、As、P、Bから選ばれ
る少なくとも一種以上の周期律表第13〜15族元素で
あり、M2 は周期律表第1族元素、第2族元素、第3族
元素、ハロゲン元素から選ばれる少なくとも1種以上の
元素である。中でもM1 としはAl、P、Bが好まし
い。またM2 としてはLi、Na、K、Rb、Cs、M
g、Ba、Sc、Y、Fが好ましく、さらに好ましくは
K、Rb、Cs、Mgであり、これらのM1 とM2 を共
存させることにより、さらに一層非晶質酸化物を得るこ
とが容易になり、一層優れた充放電サイクル性を示す非
水二次電池を得ることができる。一般式(1)、(2)
においてSiの量(b)はSnに対して、0.001以
上2以下であり、好ましくは0.005以上1.5以下
であり、さらに好ましくは0.01以上1.3以下であ
る。これより小さいとSiの共存効果が出現しなくな
り、またこれよりも多いと機能元素であるSn、Geの
非晶質個体中の濃度が減少し、非水二次電池の放電容量
が低下する原因となり好ましくない。一般式(1)、
(2)においてM1 の量(c)はSnに対して0.2以上
2以下であり、好ましくは0.3以上1.5以下であ
り、さらに好ましくは0.4以上1.3以下である。こ
れより小さいと非晶質化が困難になり、これより多い
と、機能元素であるSn、Geの非晶質個体中の濃度が
減少し、非水二次電池の放電容量が低下する原因となり
好ましくない。一般式(1)、(2)においてM2 の使
用量(d)は0.01以上、1 以下であり、好ましくは0.
03以上0.8以下であり、さらに好ましくは0.05
以上0.5以下である。これより小さいとその添加効果
が小さくなり、またこれより多いと機能元素であるS
n、Geの非晶質個体中の濃度が減少し、非水二次電池
の放電容量が低下する原因となり好ましくない。
【0010】本発明における非晶質複合酸化物の合成法
は焼成法、溶液法いずれの方法も採用することができる
が特に焼成法が好ましい。焼成法について詳細に説明す
るとSn化合物、Ge化合物、Si化合物、および/ま
たはM1 化合物とM2 化合物を混合し、焼成せしめれば
よい。
【0011】Sn化合物としてはたとえばSnO、Sn
23 、Sn34 、水酸化第一錫、亜錫酸、蓚酸第一
錫、燐酸第一錫、オルト錫酸、メタ錫酸、パラ錫酸、弗
化第一錫、塩化第一錫、臭化第一錫、沃化第一錫、セレ
ン化錫、テルル化錫、ピロリン酸第一錫、リン化錫、硫
化第一錫等を挙げることができる。Ge化合物としては
たとえばGeO2 、GeO、四塩化ゲルマニウム、四臭
化ゲルマニウム、ゲルマニウムテトラメトキシド、ゲル
マニウムテトラエトキシド等のアルコキシゲルマニウム
化合物等を挙げることができる。Si化合物としてはた
とえばSiO2 、SiO、四塩化珪素、四臭化珪素、シ
リコンテトラメトキシド、シリコンテトラエトキシド等
のアルコキシシリコン化合物等を挙げることができる。
Al化合物としてはたとえば酸化アルミニウム(α−ア
ルミナ、β−アルミナ)、ケイ酸アルミニウム、アルミ
ニウムトリ−iso−プロポキシド、亜テルル酸アルミ
ニウム、塩化アルミニウム、ホウ化アルミニウム、リン
化アルミニウム、リン酸アルミニウム、乳酸アルミニウ
ム、ほう酸アルミニウム、硫化アルミニウム、硫酸アル
ミニウム、ホウ化アルミニウム等を挙げることができ
る。Pb化合物としてはたとえばPbO2 、PbO、P
23 、Pb34 、PbCl2 、塩素酸鉛、過塩素
酸鉛、硝酸鉛、炭酸鉛、蟻酸鉛、酢酸鉛、四酢酸鉛、酒
石酸鉛、鉛ジエトキシド、鉛ジ(イソプロポキシド)等
を挙げることができる。P化合物としてはたとえば五酸
化リン、オキシ塩化リン、五塩化リン、三塩化リン、三
臭化リン、トリメチルリン酸、トリエチルリン酸、トリ
プロピルリン酸、ピロリン酸第一錫、リン酸ホウ素等を
挙げることができる。B化合物としてはたとえば三二酸
化ホウ素、三塩化ホウ素、三臭化ホウ素、炭化ホウ素、
ホウ酸、ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸
トリプロピル、ホウ酸トリブチル、リン化ホウ素、リン
酸ホウ素等を挙げることができる。As化合物としては
たとえば三二酸化砒素、三塩化砒素、三臭化砒素等を挙
げることができる。
【0012】周期律表第1族から第3族の化合物として
は、それぞれ酸化物、水酸化物、ハロゲン化物、酢酸や
蓚酸等の有機酸の塩、塩酸や燐酸等の無機酸の塩を挙げ
ることができる。Mg化合物の例を挙げると、塩化マグ
ネシウム、酢酸マグネシウム、酸化マグネシウム、蓚酸
マグネシウム、水酸化マグネシウム、錫酸マグネシウ
ム、ピロリン酸マグネシウム、フッ化マグネシウム、ホ
ウフッ化マグネシウム、燐酸マグネシウムなどを用いる
ことができる。F化合物としては、例えばフッ化錫、フ
ッ化マグネシウム、フッ化アルミニウム、フッ化亜鉛、
フッ化インジウム、フッ化珪素酸塩、フッ化ゲルマニウ
ム、フッ化鉄、フッ化チタンなどの各種フッ素化合物が
用いられる。
【0013】焼成条件としては、昇温速度として昇温速
度毎分5℃以上200℃以下であることが好ましく、さ
らに好ましくは7℃以上200℃以下である。とくに好
ましくは10℃以上200℃以下であり、かつ焼成温度
としては1500℃以下であり、500℃以上1500
℃以下であることが好ましく、さらに好ましくは600
℃以上1500℃以下であり、特に好ましくは700℃
以上1500℃以下である。焼成時間としては100時
間以内であり、1時間以上100時間以下であることが
好ましく、さらに好ましくは1時間以上70時間以下で
あり、とくに好ましくは1時間以上20時間以下であ
る。、降温速度としては毎分2℃以上10 7 ℃以下であ
ることが好ましく、さらに好ましくは5℃以上107
以下であり、特に好ましくは10℃以上107 ℃以下で
ある。
【0014】本発明における昇温速度とは「焼成温度
(℃表示)の50%」から「焼成温度(℃表示)の80
%」に達するまでの温度上昇の平均速度であり、本発明
における降温速度とは「焼成温度(℃表示)の80%」
から「焼成温度(℃表示)の50%」に達するまでの温
度降下の平均速度である。降温は焼成炉中で冷却しても
よくまた焼成炉外に取り出して、例えば水中に投入して
冷却してもよい。またセラミックスプロセッシング(技
報堂出版1987)217頁記載のgun法・Hamm
er−Anvil法・slap法・ガスアトマイズ法・
プラズマスプレー法・遠心急冷法・melt drag
法などの超急冷法を用いることもできる。またニューガ
ラスハンドブック(丸善1991)172頁記載の単ロ
ーラー法、双ローラ法を用いて冷却してもよい。焼成中
に溶融する材料の場合には、焼成中に原料を供給しつつ
焼成物を連続的に取り出してもよい。焼成中に溶融する
材料の場合には融液を攪拌することが好ましい。
【0015】焼成ガス雰囲気は好ましくは酸素含有率が
5体積%以下の雰囲気であり、さらに好ましくは不活性
ガス雰囲気である。不活性ガスとしては例えば窒素、ア
ルゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノン等が挙げられ
る。最も好ましい不活性ガスは純アルゴンである。
【0016】本発明で示される化合物の平均粒子サイズ
は0.1〜60μmが好ましい。所定の粒子サイズにす
るには、良く知られた粉砕機や分級機が用いられる。例
えば、乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミ
ル、衛星ボールミル、遊星ボールミル、旋回気流型ジェ
ットミルや篩などが用いられる。粉砕時には水、あるい
はメタノール等の有機溶媒を共存させた湿式粉砕も必要
に応じて行うことが出来る。所望の粒径とするためには
分級を行うことが好ましい。分級方法としては特に限定
はなく、篩、風力分級機などを必要に応じて用いること
ができる。分級は乾式、湿式ともに用いることができ
る。
【0017】本発明で用いられる負極材料は電池組み込
み時に主として非晶質である。ここで言う主として非晶
質とはCuKα線を用いたX線回折法で2θ値で20°
から40°に頂点を有するブロードな散乱帯を有する物
であり、結晶性の回折線を有してもよい。好ましくは2
θ値で40°以上70°以下に見られる結晶性の回折線
の内最も強い強度が、2θ値で20°以上40°以下に
見られるブロードな散乱帯の頂点の回折線強度の500
倍以下であることが好ましく、さらに好ましくは100
倍以下であり、特に好ましくは5倍以下であり、最も好
ましくは 結晶性の回折線を有さないことである。本発
明において、特に優れた効果を得ることができるのは、
Sn、GeおよびSiを含有し、且つSnの価数が2価
で存在する非晶質化合物を負極活物質として用いること
である。Snの価数は化学滴定操作によって求めること
ができる。例えばPhysics and Chemistry of Glasses V
ol.8 No.4 (1967)の165頁に記載の方法で分析するこ
とができる。また、Snの固体核磁気共鳴(NMR)測
定によるナイトシフトから決定することも可能である。
例えば、幅広測定において金属Sn(0価のSn)はS
n(CH34 に対して7000ppm付近と極端に低
磁場にピークが出現するのに対し、SnO(=2価)で
は100ppm付近、SnO2 (=4価)では−600
ppm付近に出現する。このように同じ配位子を有する
場合ナイトシフトが中心金属であるSnの価数に大きく
依存するので、119Sn−NMR測定で求められたピー
ク位置で価数の決定が可能となる。Geの価数は4価で
も2価でもよく、また4価と2価が共存していても良
い。またSiの価数は4価でも2価でもよく、また4価
と2価が共存していても良いが、充放電サイクル性の点
から4価が好ましい。
【0018】本発明で用いられる負極材料の具体例を以
下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。Geが4価の化合物としては、SnGe0・001 Si
0.1 0.1 0.5 3、65、SnGe0・001 Si0.1
0.450.45Mg0、1 0.1 3.152 、SnGe0、005
0.8 0.1 0.1 Mg0.5 0.5 3.76、SnGe
0、01Si0.7 0.2 0. 012.925 、SnGe0、01Si
0.8 0.1 0.1 0.1 3.07、SnGe0.001Si
2.0 0.1 0.1 Mg0.1 5、402 、SnGe0.01Si
1.5 0.2 0.1 4、57、SnGe0.01Si1.7 0.2
Mg0.1 4、82 SnGe0.1 Si0.6 0.2 Al0.1 Mg0.1 2、95 SnGe0,1 Si0,5 0,3 Al0,1 Mg0,1 2.9 SnGe0,1 Si0,4 0,4 Al0,1 Mg0,1 2,85 SnGe0.1 Si0.3 0.5 Al0.1 Mg0.1 2.8
【0019】SnGe0、02Si0.7 0.3
0.1 3.24、SnGe0、02Si0.7 0.150.150.1
3.09、SnGe0、02Si0.6 0.4 0.1 4.209
SnGe0、02Si0.4 0.2 0. 2 2.64、SnGe
0、02Si0.5 0.5 0.1 3、34、SnGe0、02Si
0.5 0.250.250.1 3、09、SnGe0、02Si0.4
0.6 0.1 3.3 、SnGe 0、02Si0.4 0.3
0.3 0.1 Mg0.2 3.29、SnGe0、02Si0.3
0.70.1 3.44、SnGe0、02Si0.3 0.5 0.2
0.1 3.24、SnGe0、02Si0.3 0.4 0.3
0.1 3.14、SnGe0.1 Si0.5 0.3 0.2 Al0.
1 3.2 、SnGe0.1 Si0.4 0.3 0.2 Al0.1
3 、SnGe0.1 Si0.3 0.3 0.2 Al0.1
2.8 、SnGe0.1 Si0.2 0.3 0.2 Al0.1
2.6 、SnGe0.1 Si0.6 0.3 0.2 Al0.1
3.4 、SnGe0.1 Si0.7 0.3 0.2 Al0.1
3.6 、SnGe0.1 Si0.8 0.3 0.2 Al0.1
3.8 、SnGe0.1 Si0.9 0.3 0.2 Al0.1
4.0
【0020】SnGe0、05Si0.3 0.3 0.4 0.1
3.1 、SnGe0、05Si0.2 0.80.1 3、55、S
nGe0、05Si0.2 0.6 0.2 0.1 3、85、SnG
0、05Si0.2 0.4 0.4 0.1 4.15、SnGe
0、05Si0.2 0.2 0.6 0.12、95、SnGe0、05
Si0.2 0.4 0.4 0.1 Mg0.1 3.25、SnGe
0、 05Si0.2 0.6 0.2 Mg0.1 0.1 3、45、Sn
Ge0、05Si0.2 0.3 0.5 Mg0.1 0.1 3.3
【0021】SnGe0、05Si0.1 0.6 0.3 Mg
0.1 0.1 4.0 、SnGe0、05Si0.2 0.450.45
0.2 3、4 、SnGe0、05Si0.1 0.450.45Mg
0.1 0.1 3、34、 SnGe0、05Si0.2 0.450.45
0.1 Mg0. 1 Al0.053、525 、 SnGe0、05Si
0.1 0.4 0.5 Mg0.1 0.1 3.2、SnGe0、05
Si0.010.6 0.4 0.1 3、27、SnGe0、05Si
0.020. 6 0.4 Mg0.1 0.1 3、39、 SnGe0、05
Si0.050.6 0.4 Cs0.1 3、35、SnGe0、05
0.1 0.5 0.5 0.1 3、35、SnGe0、05Si
0.00 1 0.5 0.5 Mg0.1 0.1 3、252 、SnGe
0、05Si0.005 0.5 0.5Al0.1 0.1 3、31、S
nGe0、05Si0.1 0.5 0.5 Mg0.013、301 、S
nGe0、05Si0.010.5 0.5 Al0.05Mg0.1
0.1 3、345 、SnGe 0、05Si0.1 0.5 0.5 Cs
0.1 3、305
【0022】SnGe0、05Si0.1 0.5 0.5 Cs
0.050.053、35、SnGe0、05Si0.1 0.5 0.5
0.5Cs0.5 3、8 、SnGe0、05Si0.050.4
0.6 0.1 3.0 、SnGe0、05Si0.1 0.4 0.6
0.1 Mg0.1 3、35、SnGe0、05Si0.1 0.4
0.6 0.1 Al0.023、28、SnGe0、05Si0.1
0.4 0.6 Cs0.1 3、25、SnGe0、05Si0.1
0.4 0.6 0.2 3、26、SnGe0、05Si0.2 0.4
0.6 Rb0.1 3、45、SnGe0、05Si0.050.3
0.7 0.1 Mg0.1 3、15、SnGe0、05Si0.1
0.1 0.9 0.2 Mg0.1 3.0 、SnGe0、05Si
0.005 0.1 0.9 Mg0.4 3、11、SnGe0、05Si
0.3 1.1 0.1 4.5 、SnGe0、05Si0.1 0.7
0.4 0.1 Mg0.13、8 、SnGe0、05Si0.1
0.6 0.5 0.1 Mg0.1 3、8 、SnGe0、05Si
0.3 0.5 0.6 Cs0.1 3、9 、SnGe0、05Si
0.2 0.4 0.7 0.2 3、65、SnGe0、05Si0.2
0.4 0.70.1 Mg0.1 3、7 、SnGe0、05Si
0.2 1.2 0.1 Mg0.1 4、65、SnGe0、05Si
0.002 0.6 0.6 0.1 Mg0.1 3、654
【0023】SnGe0、1 Si0.3 0.9
0.1 4.1 、SnGe0、1 Si0.3 0.7 0.20.1
Mg0.1 3、9 、SnGe0、1 Si0.2 0.6 0.3
0.1 0.1 3、7 、SnGe0、1 Si0.2 0.45
0.450.1 3、45、 SnGe0、1 Si0.4 0.450.450.2 3、9 、Sn
Ge0、1 Si0.1 0.450.45Mg0.1 0.13、35、 SnGe0、1 Si0.2 0.450.450.1 Mg0.1 Al
0.053、625、SnGe0、 1 Si0.2 0.4 0.5Mg
0.1 0.1 3、5 、SnGe0、1 Si0.1 PK0.1Mg
0.2 4、25、SnGe0、1 Si0.2 0.6 0.4 0.1
3、75、SnGe0、1 Si0.1 0.6 0.4 Mg0.1
0.1 3、65、 SnGe0、1 Si0.2 0.6 0.4 Cs0.1 3、75、S
nGe0、1 Si0.1 0.5 0.5 0.1 3、45
【0024】SnGe0、1 Si0.1 0.5 0.5 Mg
0.1 0.1 3、55、SnGe0、1 Si0.3 0.5 0.5
Al0.1 0.1 3.0 、SnGe0、1Si0.2 0.5
0.5 Ba0.050.1 2、7 、SnGe0、1 Si0.05
0.5 0.5 Pb0.050.1 2、4 、SnGe0、1 Si
0.1 0.5 0.5 Mg0.050.153、525 、SnGe
0、1 Si0.3 0.5 0.5 Mg0.2 0.054.025 、 SnGe0、1 Si0.1 0.5 0.5 Mg0.013、401
SnGe0、1 Si0.050.5 0.5 Al0.05Mg0.1
0.1 3、425 、SnGe 0、1Si0.1 0.5 0.5 Cs
0.1 3、405 、SnGe0、1Si0.5 0.5 0.5 Mg
0.1Li0.1 4、35、SnGe0、1 Si0.3 0.5
0.5 Na0.1 3、805 、SnGe0、1 Si0.1 0.5
0.5 Rb0.3、405 、SnGe0、1 Si0.2 0.5
0.5 0.1 Ca0.053、675 、SnGe0、1 Si0.01
0.5 0.5 Mg0.1 0.1 0.1 3、27、SnGe0、1
Si0.020.5 0.5 0.1 Sc0.023、32、SnGe
0、1 Si0.2 0.5 0. 5 Mg0.1 0.1 0.01
3、765
【0025】SnGe0、1 Si0.2 0.5 0.5 Cs
0.050.053、65、SnGe0、1 Si0.1 0.5 0.5
Mg0.1 0.4Cs0.4 3、9 、SnGe0、1Si0.1
0.5 0.5 0.5 Cs0.5 3、9 、SnGe0、1 Si
0.3 0.4 0. 6 0.1 3、75、SnGe0、1 Si0.1
0.4 0.6 0.1 Mg0.1 3、45、SnGe0、1 Si
0.1 0.4 0.6 0.1 Al0.023、38SnGe0、1
0.10.4 0.6 Cs0.1 3、35、SnGe0、1 Si
0.1 0.4 0.6 0.2 3、36、SnGe0、1 Si0.1
0.4 0.6 Rb0.1 3、35、SnGe0、1 Si0.3
0.3 0.7 0.1 Mg0.1 2、75、SnGe0、1 Si
0.2 0.3 0.7 0.15Mg0.052、325 、SnGe
0、1 Si0.1 0.3 0.7 Cs0.1 2、25、SnGe
0、1 Si0.040.1 0.9 0.2 Mg0.1 2、98、Sn
Ge0、1 Si0.1 0.10.9 Mg0.4 3、4 、SnG
0、1 Si0.4 1.1 0.1 4.8 、SnGe0、 1 Si
0.30.7 0.4 0.1 Mg0.1 4.3 、SnGe0、1
Si0.2 0.6 0 .5 0.1 Mg0.1 4.1 、SnGe
0、1 Si0.1 0.5 0.6 0.1 Al0.023、63 SnGe0、1 Si0.1 0.5 0.6 0.1 Ba0.05
3、65、SnGe0、1 Si0.1 0.50.6Cs0.05
3、535 、SnGe0、1 Si0.050.5 0.6 Cs0.1
3、5 、SnGe0、1 Si0.050.5 0.6 Cs0.05
0.053、5 、SnGe0、1 Si0.050.4 0.7 0.2
3、45、SnGe0、1 Si0.5 1.2 0.1 Mg0.1
5、35、SnGe0、1 Si0.2 0.6 0.6 0.1 Mg
0.1 4.15、SnGe0、1 Si0.7 1.5 0.2 Mg
0.1 6.55
【0026】SnGe0、2 Si0.3 0.7 0.2 0.1
Mg0.1 4.1 、SnGe0、2 Si0.3 0.6 0.3
0.1 0.1 4.1 、SnGe0、2 Si0.2 0.45
0.450.1 3、65、 SnGe0、2 Si0.2 0.450.450.2 3、7 、Sn
Ge0、2 Si0.3 0.450.45Mg0.1 0.1 3、95、 SnGe0、2 Si0.1 0.450.450.1 Mg0.1 Al
0.053、525 、 SnGe0、2 Si0.1 0.4 0.5 Mg0.1 0.1
3、5 、SnGe0、2 Si0.5 PK0.1 Mg0.2 5、25
SnGe0、2 Si0.2 0.6 0.4 0.1 3、95、Sn
Ge0、2 Si0.1 0.6 0.4 Mg0.1 0.1 3、85、 SnGe0、2 Si0.20.6 0.4 Cs0.1 3、95、S
nGe0、2 Si0.3 0.5 0.5 0.1 4.05
【0027】SnGe0、2 Si0.1 0.5 0.5 Mg
0.1 0.1 3、75、SnGe0、2 Si0.050.5 0.5
Al0.1 0.1 3、7 SnGe0、2 Si0.2 0.5 0.5 Mg0.050.15
3、925 、SnGe0、2 Si0.1 0.5 0.5 Mg0.01
3、601 、SnGe0、2 Si0.1 0.5 0.5 Al0.05
0.1 0.1 3、825 、SnGe0、2 Si0.050.5
0.5 Cs0.1 3、505 、SnGe0、2 Si0.1 0.5
0.5 Cs0.050.053、65、SnGe0、2 Si0.1
0.5 0.5 0.5 Cs0.5 4.1 、SnGe0、2 Si
0.050.4 0.6 0.1 3、45、SnGe0、2 Si0.2
0.4 0.6 0.1 Mg0.1 3、85、SnGe0、2 Si
0.1 0.4 0.6 0.1 Al0.023、58、SnGe0、2
Si0.2 0.4 0.6 Cs0.1 3、75、SnGe0、2
0.1 0.4 0.6 0.2 3、56、SnGe0、2 Si
0.3 0.4 0.6 Rb0.1 3、95、SnGe0、2 Si
0.3 0.3 0.7 0.1 Mg0.1 2、95、SnGe0、2
Si0.2 0.1 0.9 0.2 Mg0.1 3、5 SnGe0、2 Si0.4 0.1 0.9Mg0.4 4.2
【0028】SnGe0、2 Si0.5 1.1
0.1 5、2 、SnGe0、2 Si0.4 0.7 0.4 0.1
Mg0.1 4.1 、SnGe0、2 Si0.2 0.6 0.5
0.1 Mg0.1 3、7 、SnGe0、2 Si0.050.5
0.6 Cs0.053、635 、SnGe0、2 Si0.0020.5
0.6 Cs0.1 3、604 、SnGe0、2 Si0.010.4
0.7 0.2 3、57、SnGe0、2 Si0.050.4
0.70.1 Mg0.1 3、7 、SnGe0、2 Si0.6
1.2 0.1 Mg0.1 5.75、SnGe0、2 Si0.005
0.6 0.6 0.1 Mg0.1 3、96
【0029】SnGe0、5 Si0.3 0.70.8 0.2
Mg0.2 5、85、SnGe0、6 Si0.7 0.8 0.8
0.1 6.85、SnGe0、7 Si1.0 1.8
0.2 9 、SnGe0、8 Si1.20.9 0.9 0.2
0.4 6、7 、SnGe1 Si0.8 1 1 Cs0.1
8.65、SnGe1 Si1.2 0.4 As0.1 0.1 0.1
Mg0.1 6.85
【0030】SnGe0.1 Si1.7 4.6 、SnGe
0.3 Si2.0 5、6 、SnGe0.5 Si1.5 5、SnG
0.8 Si1.2 4.0 、SnGeSi2 7 、SnGe
1.3 Si1.8 7.2 、SnGeSiO5等が挙げられ
る。
【0031】またGeが2価の化合物としては、SnG
0、02Si0.7 0.3 0.1 3.14、SnGe0、02Si
1.0 0.150.150.1 3、59、SnGe0、02Si0.5
0.4 0.1 4、99、 SnGe0、02Si0.5 0.2 0.2 2、64、SnGe
0、02Si0.50.5 0.13、24、SnGe0、02Si0.4
0.250.250.1 2.7 、SnGe0、02Si0.4
0.6 0.1 3.2 、SnGe0、02Si0.3 0.3
0.30.1 Mg0.2 2、99、SnGe0、02Si0.2
0.7 0.1 3.14、SnGe0、02Si0.3 0.50.2
0.1 3.14、SnGe0、02Si0.3 0.4 0.3
0.1 3.04
【0032】SnGe0、05Si0.2 0.3 0.4 0.1
2、8、SnGe0、05Si0.3 0.8 0.1 3、65、S
nGe0、05Si0.4 0.6 0.2 0.1 4.15、SnG
0、05Si0.4 0.4 0.4 0.1 3.25、SnGe
0、05Si0.3 0.2 0.6 0.1 3.05、SnGe0、05
Si0.2 0.4 0.4 0.1 Mg0.1 3.15 SnGe0、05Si0.5 0.6 0.2 Mg0.1 0.1
3、95 SnGe0、05Si0.40.3 0.5 Mg0.1 0.1
3.6
【0033】SnGe0、05Si0.2 0.6 0.3 Mg
0.1 0.1 4.1 、SnGe0、05Si0.2 0.450.45
0.2 3.3 SnGe0、05Si0.3 0.450.45Mg0.1 0.1
3、64、 SnGe0、05Si0.1 0.450.450.1 Mg0.1 Al
0.053、225、 SnGe0、05Si0.1 0.4 0.5 Mg0.1 0.1
3.1 SnGe0、05Si0.2 0.6 0.4 0.1 3、45、Sn
Ge0、05Si0.1 0.6 0.4 Mg0.1 0.1 3、35、 SnGe0、05Si0.050.6 0.4 Cs0.1 3、15、S
nGe0、05Si0.1 0.5 0.5 0.1 3、25、SnG
0、05Si0.1 0.5 0.5 Mg0.1 0.1 3、35、S
nGe0、05Si0.050.5 0.5 Al0.1
0.1 3、9、SnGe0、05Si0.1 0.5 0.5 Mg
0.013、201 、SnGe0、05Si0.000.5 0.5 Al
0.05Mg0.1 0.1 3、227 、SnGe0、05Si0.005
0.5 0.5 Cs0.1 3、015
【0034】SnGe0、05Si0.1 0.5 0.5 Cs
0.050.053、25、SnGe0、05Si0.2 0.5 0.5
0.5 Cs0.5 3、9 、SnGe0、05Si0.1 0.4
0.6 0.1 3.0 、SnGe0、05Si0.1 0.4 0.6
0.1 Mg0.1 3、25、SnGe0、05Si0.050.4
0.6 0.1 Al0.023.08 SnGe0、05Si0.050.4 0.6 Cs0.1 3.05、 SnGe0、05Si0.2 0.4 0.6 0.2 3.36、Sn
Ge0、05Si0.1 0.4 0.6 Rb0.1 2、56、SnG
0、05Si0.1 0.3 0.7 0.1 Mg0.1 2、55、S
nGe0、05Si0.1 0.1 0.9 0.2 Mg
0.1 2、9 、SnGe0、05Si0.2 0.1 0.9 Mg
0.4 3、4 、SnGe0、05Si0.5 1.1
0.1 4、8 、SnGe0、05Si0.2 0.7 0.4 0.1
Mg0.1 3、9 、SnGe0、05Si0.1 0.6 0.5
0.1 Mg0.1 3、7 、SnGe0、05Si0.050.5
0.6 Cs0.1 3、3 、SnGe0、05Si0.050.4
0.7 0.2 3、25、SnGe0、05Si0.1 0.4 0.7
0.1 Mg0.1 3、4 SnGe0、05Si0.8 1.2 0.1 Mg0.1 5.75、S
nGe0、05Si0.010.6 0.6 0.1 Mg
0.1 3、57
【0035】SnGe0、1 Si1.0 0.9
0.1 5、4 、SnGe0、1 Si0.6 0.7 0.2 0.1
Mg0.1 4.4 、SnGe0、1 Si0.4 0.6 0.3
0.1 0.1 4.0 、SnGe0、1 Si0.3 0.45
0.450.1 3、65、 SnGe0、1 Si0.3 0.450.450.2 3、6 、Sn
Ge0、1 Si0.2 0.450.45Mg0.1 0.1 3、45、 SnGe0、1 Si0.1 0.450.450.1 Mg0.1 Al
0.053、325、 SnGe0、1 Si0.2 0.4 0.5 Mg0.1 0.1
3、4 、SnGe0、1 Si0.5 PK0.1 Mg0.2 5、05
SnGe0、1 Si0.3 0.6 0.4 0.1 3、85、Sn
Ge0、1 Si0.1 0.6 0.4 Mg0.1 0.1 3、55、 SnGe0、1 Si0.1 0.6 0.4 Cs0.1 3、25、S
nGe0、1 Si0.2 0.5 0.5 0.1 3、55
【0036】SnGe0、1 Si0.050.5 0.5 Mg
0.1 0.1 3、35、SnGe0、1 Si0.1 0.5 0.5
Al0.1 0.1 2、5 、SnGe0、1 Si0.2 0.5
0.5 Ba0.050.1 2、6 、SnGe0、1 Si0.3
0.5 0.5 Pb0.050.1 3.4 、SnGe0、1 Si
0.1 0.5 0.5 Mg0.050.153、425 、SnGe
0、1 Si0.050.5 0.5 Mg0.2 0.053、425 、 SnGe0、1 Si0.3 0.5 0.5 Mg0.013、701
SnGe0、1 Si0.050.5 0.5 Al0.05Mg0.1
0.1 3、425 、SnGe0、1 Si0.001 0.5 0.5
0.1 3、107 、SnGe0、1 Si0.3 0.5 0.5
0.1 Li0.1 3、85、SnGe0、1 Si0.5 0.5
0.5 Na0.1 4、105 、SnGe0、1 Si0.2 0.5
0.5 Rb0.1 3、505 、SnGe0、1 Si0.1 0.5
0.5 0.1 Ca0.053、375、SnGe0、1 Si0.02
0.5 0.5 Mg0.1 0.1 0.1 3、19、SnGe0、1
Si0.1 0.5 0.5 0.1 Sc0.023、38、SnGe
0、1 Si0.050.5 0.5 Mg0.1 0.1 0.01
3、365
【0037】SnGe0、1 Si0.1 0.5 0.5 Cs
0.050.053、25、SnGe0、1 Si0.2 0.5 0.5
Mg0.1 0.4 Cs0.4 3、8 、SnGe0、1 Si0.05
0.5 0.5 0.5 Cs0.5 3、65、SnGe0、1 Si
0.050.4 0.6 0.1 3、10、SnGe0、1 Si0.05
0.4 0.6 0.1 Mg0.1 3、20、SnGe0、1 Si
0.2 0.4 0.6 0.1 Al0.023、28 SnGe0、1 Si0.1 0.4 0.6 Cs0.1 3、25、S
nGe0、1 Si0.1 0.4 0.6 0.2 3、16、SnG
0、1 Si0.3 0.4 0.6 Rb0.1 3、35、SnGe
0、1 Si0.2 0.30.7 0.1 Mg0.1 2、2.5 、S
nGe0、1 Si0.2 0.3 0.7 0.15Mg0.05
2、225 、SnGe0、1 Si0.050.3 0.7 Cs0.1
2.0 、SnGe0、1 Si0.4 0.1 0.9 0.2 Mg
0.1 3.2 、SnGe0、1 Si0.5 0.1 0.9 Mg
0.4 3、6 、SnGe0、1 Si0.7 1.1 0.1 4.0、 SnGe0、1 Si0.2 0.7 0.4 0.1 Mg0.1
3、8 、SnGe0、1 Si0.020.6 0.5 0.1 Mg
0.1 3、64、SnGe0、1 Si0.0050.5 0.6
0.1 Al0.023、335SnGe0、1 Si0.050.5
0.6 0.1 Ba0.053、40、SnGe0、1 Si0.002
0.5 0.6 Cs0.053、237 、SnGe0、1 Si0.001
0.5 0.6 Cs0.1 3、301 、SnGe0、1 Si
0.005 0.5 0.6 Cs0.050.053、305 、SnGe
0、1 Si0.2 0.4 0.7 0.2 3、45、SnGe0、1
Si0.1 0.4 0.7 0.1 Mg0.1 3、45、SnGe
0、1 Si0.4 1.2 0.1 Mg0.1 4、65、SnGe
0、1 Si0.010.6 0.6 0.1 Mg0.1 3、66、Sn
Ge0、1 Si1.2 1.5 0.2 Mg0.1 6.25
【0038】SnGe0、2 Si0.5 0.7 0.2 0.1
Mg0.1 3、9 、SnGe0、2 Si0.4 0.6 0.3
0.1 0.1 3、8、SnGe0、2 Si0.3 0.45
0.450.1 3、45、 SnGe0、2 Si0.4 0.450.450.2 3、6 、Sn
Ge0、2 Si0.1 0.450.45Mg0.1 0.1 3、35、 SnGe0、2 Si0.2 0.450.450.1 Mg0.1 Al
0.053、525、 SnGe0、2 Si0.1 0.4 0.5 Mg0.1 0.1
3、3、SnGe0、2 Si0.4 PK0.1 Mg0.2 4、55
SnGe0、2 Si0.3 0.6 0.4 0.1 3、75、Sn
Ge0、2 Si0.050.6 0.4 Mg0.1 0.1 3、60、 SnGe0、2 Si0.2 0.6 0.4 Cs0.1 3、65、S
nGe0、2 Si0.2 0.5 0.5 0.1 3、55
【0039】SnGe0、2 Si0.10.5 0.5 Mg
0.1 0.1 3、55、SnGe0、2 Si0.2 0.5 0.5
Al0.1 0.1 3、7 、SnGe0、2 Si0.002 0.5
0.5 Mg0.050.153、427 、SnGe0、2 Si0.01
0.5 0.5 Mg0.013、311 、SnGe0、2 Si0.01
0.5 0.5 Al0.05Mg0.1 0.1 3、535、SnG
0、2 Si0.1 0.5 0.5 Cs0.1 3、405 、SnG
0、2 Si0.2 0.5 0.5 Cs0.050.053、55、S
nGe0、2 Si0.3 0.5 0.5 0.5 Cs
0.5 4.1 、SnGe0、2 Si0.1 0.4 0.6 0.1
3、35 SnGe0、2 Si0.2 0.4 0.6 0.1 Mg0.1
3、55、SnGe0、2 Si0.2 0.4 0.6 0.1 Al
0.023、48 SnGe0、2 Si0.1 0.4 0.6 Cs0.1 3、35、S
nGe0、2 Si0.050.4 0.6 0.2 3、31、SnG
0、2 Si0.2 0.4 0.6 Rb0.1 3、45、SnGe
0、2 Si0.3 0.3 0.7 0.1 Mg0.1 3.15、Sn
Ge0、2 Si0.5 0.1 0.9 0.2 Mg0.1 3、5 SnGe0、2 Si0.3 0.1 0.9 Mg0.4 3、6
【0040】SnGe0、2 Si2.0 1.1
0.1 6、1 、SnGe0、2 Si0.7 0.7 0.4 0.1
Mg0.1 4.5 、SnGe0、2 Si0.002 0.6 0.5
0.1 Mg0.1 3、802 、SnGe0、2 Si0.010.5
0.6 Cs0.053、445 、SnGe0、2 Si0.1 0.5
0.6 Cs0.1 3、6 、SnGe0、2 Si0.1 0.4
0.7 0.2 3、55、SnGe0、2 Si0.3 0.4 0.7
0.1 Mg0.1 3、8 、SnGe0、2 Si0.8 1.2
0.1 Mg0.1 5.25、SnGe0、2 Si0.005 0.6
0.6 0.1 Mg0.1 3、255 、等を挙げることができ
る。
【0041】本発明においては、以上示した化合物を負
極材料として用いることにより、より充放電サイクル特
性の優れた、かつ高い放電電圧、高容量の非水二次電池
を得ることができる。
【0042】本発明の負極活物質に各種化合物を含ませ
ることができる。例えば、遷移金属(Sc、Ti、V、
Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、M
o、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、ランタノイ
ド系金属(Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、
Au、Hg)や、また電子伝導性をあげる各種化合物
(例えば、Sb、In、Nbの化合物)のドーパントを
含んでもよい。添加する化合物の量は0〜20モル%が
好ましい。実施例においても示したように本発明の負極
材料を用いることにより、高容量で且つサイクル性の優
れた非水二次電池を得ることができる。
【0043】しかしながら、これらの高容量の電池は、
強制放電等の誤使用により起因した外部短絡等により異
常電流が流れ、内部温度の著しい上昇や内容物の噴出や
電池缶の破裂などの事故を起こすことがある。これらを
防止するため、安全弁の組み込みや、PTCなどの電流
遮蔽素子の組み込みなどの工夫がされているが、発熱に
対しては本質的な解決になっていない。本発明において
は、安全性の向上のために負極および/または正極に保
護層を少なくとも一層設けることが好ましい。
【0044】本発明において、保護層は少なくとも一層
から成り、同種または異種の複数層により構成されてい
てもよい。これらの保護層は実質的に電子伝導性を持た
ない、すなわち絶縁性の層である。保護層が複数層から
形成される場合は、少なくとも最外層は絶縁性である。
保護層の厚みは1μm以上40μm以下が好ましく、よ
り好ましくは2μm以上30μm以下である。更にこれ
らの粒子を含む保護層は300℃以下で融解したり、新
たな皮膜を形成しないものが望ましい。これらの保護層
は、絶縁性の有機或いは無機の粒子を含むことが好まし
い。これらの粒子は0.1μm以上20μm以下が好ま
しく、0.2μm以上15μm以下がより好ましい。
【0045】好ましい有機物の粒子は架橋されたラテッ
クスまたはフッ素樹脂の粉体状であり、ガラス転移点は
250℃以上350℃以下であり、分解したり、皮膜を
形成しないものが好ましい。より好ましいのはテフロン
の粉末である。無機物粒子としては、金属、非金属元素
の炭化物、硅化物、窒化物、硫化物、酸化物を挙げるこ
とができる。炭化物、硅化物、窒化物の中ではSiC、
窒化アルミニウム、BN、BPが絶縁性が高くかつ化学
的に安定で好ましく、特にBeO、Be、BNを燒結助
剤として用いたSiCが特に好ましい。カルコゲナイド
の中では、酸化物が好ましく、酸化或いは還元されにく
い酸化物が好ましい。これらの酸化物としてはAl2
3 、As4 6 、B2 3 、BaO、BeO、CaO、
Li2 O、K2 O、Na2 O、In2 3 、MgO、S
2 5 ,SiO2 、SrO、ZrO4 が挙げられる。
これらの中でも、Al23 、BaO、BeO、Ca
O、K2 O、Na2 O、MgO、SiO2 、SrO、Z
rO4 が特に好ましい。複合酸化物として好ましい化合
物としては、ムライト(3Al2 3 ・2SiO2 )、
フォルステライト(2MgO・SiO2 )、コ−ジェラ
イト(2MgO・2Al2 3 ・5SiO2 )等を挙げ
ることができる。
【0046】これらの無機化合物粒子は、生成条件の制
御や粉砕等の方法により、0.1μm以上20μm以
下、特に好ましくは0.2μm以上15μm以下の粒子
にして用いる。本発明に用いられる粒子の含有量は1〜
80g/m2 、好ましくは2〜40g/m2 である。保
護層は、上記の実質的に導電性を持たない電気絶縁性の
粒子と結着剤を用いて形成する。結着剤は後で述べる電
極合剤を形成するときに用いる結着剤を用いることがで
きる。導電性を持たない粒子と結着剤の比率は両者の総
重量に対して粒子が40重量%以上96重量%以下が好
ましく、50重量%以上92重量%以下がより好まし
い。
【0047】保護層は、正極、負極のいずれか一方に塗
設しても、正極、負極の両者に塗設してもよい。また、
正極や負極が、集電体の両側に合剤を塗設して形成され
ている場合、保護層はその両側に塗設してもよいし、片
面だけ塗設する形態であってもよい。ただし、セパレ−
タ−を介して対向する正極と負極のいずれか一方には塗
設されている必要がある。
【0048】保護層の塗設方式は集電体上に、リチウム
を可逆的に吸蔵放出可能な材料を含む合剤を塗設した後
に、保護層を順次塗設する逐次方式でもよいし、合剤層
と、保護層を同時に塗設する同時塗布方式であってもよ
い。
【0049】以下、本発明の負極材料を用いて、非水二
次電池を作るための他の材料と製造方法について詳述す
る。本発明で用いられる酸化物の正極活物質あるいは負
極材料の表面を、用いられる正極活物質や負極材料と異
なる化学式を持つ酸化物で被覆することができる。この
表面酸化物は、酸性にもアルカリ性にも溶解する化合物
を含む酸化物が好ましい。さらに電子伝導性の高い金属
酸化物が好ましい。例えば、PbO2 、Fe 23 、S
nO2 、In23 、ZnOなどやまたはこれらの酸化
物にドーパント(例えば、酸化物では原子価の異なる金
属、ハロゲン元素など)を含ませることが好ましい。特
に好ましくは、SiO2 、SnO2 、Fe23 、Zn
O、PbO2 である。これらの表面処理に使用される金
属酸化物の量は、該正極活物質・負極材料当たり、0.
1〜10重量%が好ましく、0.2〜5重量%が特に好
ましく、0.3〜3重量%が最も好ましい。また、この
ほかに、正極活物質や負極材料の表面を改質することが
できる。例えば、金属酸化物の表面をエステル化剤によ
り処理、キレ−ト化剤で処理、導電性高分子、ポリエチ
レンオキサイドなどにより処理することが挙げられる。
【0050】本発明で用いられる正極活物質は可逆的に
リチウムイオンを挿入・放出できる遷移金属酸化物でも
良いが、特にリチウム含有遷移金属酸化物が好ましい。
本発明で用いられる好ましいリチウム含有遷移金属酸化
物正極活物質としては、リチウム含有Ti、V、Cr、
Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Wを含む酸化物
があげられる。またリチウム以外のアルカリ金属(周期
律表の第IA、第IIAの元素)、及びまたはAl、G
a、In、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Si、P、
Bなどを混合してもよい。混合量は遷移金属に対して0
〜30モル%が好ましい。本発明で用いられるより好ま
しいリチウム含有遷移金属酸化物正極活物質としては、
リチウム化合物/遷移金属化合物(ここで遷移金属と
は、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Mo、
Wから選ばれる少なくとも1種)の合計のモル比が0.
3〜2.2になるように混合して合成することが好まし
い。本発明で用いられるとくに好ましいリチウム含有遷
移金属酸化物正極活物質としては、リチウム化合物/遷
移金属化合物(ここで遷移金属とは、V、Cr、Mn、
Fe、Co、Niから選ばれる少なくとも1種)の合計
のモル比が0.3〜2.2になるように混合して合成す
ることが好ましい。本発明で用いられるとくに好ましい
リチウム含有遷移金属酸化物正極活物質とは、Lix Q
Oy (ここでQは主として、その少なくとも一種がC
o、Mn、Ni、V、Feを含む遷移金属)、x=0.
02〜1.2、y=1.4〜3)であることが好まし
い。Qとしては遷移金属以外にAl、Ga、In、G
e、Sn、Pb、Sb、Bi、Si、P、Bなどを混合
してもよい。混合量は遷移金属に対して0〜30モル%
が好ましい。
【0051】本発明で用いられる最も好ましいリチウム
含有遷移金属酸化物正極活物質としては、Lix CoO
2 、Lix NiO2 、Lix MnO2 、Lix Cog
1 -g2 、Lix Mn24 、Lix Cof 1-f
z (ここでx=0.02〜1.2、g=0.1〜0.
9、f=0.9〜0.98、z=2.01〜2.3)が
あげられる。本発明で用いられる最も好ましいリチウム
含有遷移金属酸化物正極活物質としては、Lix CoO
2 、Lix NiO2 、Lix MnO2 、Lix Cog
1- g 2 、Lix Mn24 、Lix Cof 1-f
z (ここでx=0.02〜1.2、g=0.1〜0.
9、f=0.9〜0.98、z=2.02〜2.3)が
あげられる。ここで、上記のx値は、充放電開始前の値
であり、充放電により増減する。
【0052】正極活物質は、リチウム化合物と遷移金属
化合物を混合、焼成する方法や溶液反応により合成する
ことができるが、特に焼成法が好ましい。本発明で用い
られる焼成温度は、本発明で用いられる混合された化合
物の一部が分解、溶融する温度であればよく、例えば2
50〜2000℃が好ましく、特に350〜1500℃
が好ましい。焼成に際しては250〜900℃で仮焼す
る事が好ましい。焼成時間としては1〜72時間が好ま
しく、更に好ましくは2〜20時間である。また、原料
の混合法は乾式でも湿式でもよい。また、焼成後に20
0℃〜900℃でアニールしてもよい。焼成ガス雰囲気
は特に限定されず酸化雰囲気、還元雰囲気いずれもとる
ことができる。たとえば空気中、あるいは酸素濃度を任
意の割合に調製したガス、あるいは水素、一酸化炭素、
窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノン、二
酸化炭素等が挙げられる。
【0053】本発明の正極活物質の合成に際し、遷移金
属酸化物に化学的にリチウムイオンを挿入する方法とし
ては、リチウム金属、リチウム合金やブチルリチウムと
遷移金属酸化物と反応させることにより合成する方法が
好ましい。本発明で用いる正極活物質の平均粒子サイズ
は特に限定されないが、0.1〜50μmが好ましい。
比表面積としては特に限定されないが、BET法で0.
01〜50m2 /gが好ましい。また正極活物質5gを
蒸留水100mlに溶かした時の上澄み液のpHとして
は7以上12以下が好ましい。所定の粒子サイズにする
には、良く知られた粉砕機や分級機が用いられる。例え
ば、乳鉢、ボールミル、振動ボールミル、振動ミル、衛
星ボールミル、遊星ボールミル、旋回気流型ジェットミ
ルや篩などが用いられる。焼成によって得られた正極活
物質は水、酸性水溶液、アルカリ性水溶液、有機溶剤に
て洗浄した後使用してもよい。
【0054】本発明に用いられる負極材料と正極活物質
との組み合わせは、Sn、GeおよびSiを主体とする
非晶質酸化物とLix CoO2 、Lix NiO2 、Li
x Cog Ni1-g 2 、Lix MnO2 、Lix Mn2
4 、またはLix Cof 1-f z (ここでx=0.
02〜1.2、g=0.1〜0.9、f=0.9〜0.
98、z=2.02〜2.3)の組み合わせであり、好
ましくは、一般式(1)で示される非晶質酸化物とLi
x CoO2 、Lix NiO2 、Lix Cog Ni1-g
2 、Lix MnO2 、Lix Mn24 、またはLix
Cof 1-f z (ここでx=0.02〜1.2、g=
0.1〜0.9、f=0.9〜0.98、z=2.02
〜2.3)の組み合わせであり、さらに好ましくは、一
般式(2)で示される非晶質酸化物とLix CoO2
Lix NiO2 、Lix Cog Ni1-g 2 、Lix
nO2 、Lix Mn24 、またはLix Cof 1-f
z (ここでx=0.02〜1.2、g=0.1〜0.
9、f=0.9〜0.98、z=2.02〜2.3)の
組み合わせであり、これらの場合に高い放電電圧、高容
量で充放電サイクル特性の優れた非水二次電池を得るこ
とができる。
【0055】本発明の負極材料へのリチウム挿入の当量
は3〜10当量になっており、この当量に合わせて正極
活物質との使用量比率を決める。この当量に基づいた使
用量比率に、0.5〜2倍の係数をかけて用いることが
好ましい。リチウム供給源が正極活物質以外では(例え
ば、リチウム金属や合金、ブチルリチウムなど)、負極
材料のリチウム放出当量に合わせて正極活物質の使用量
を決める。このときも、この当量に基づいた使用量比率
に、0.5〜2倍の係数をかけて用いることが好まし
い。前記化合物例のSnGeSiO5 を例に挙げて説明
する。この化合物にA当量のリチウムを挿入(充電)す
ると、LiA SnGeSiO5 になり、これからB当量
のリチウムを放出(放電)するとLiA-B SnGeSi
5 となる。充放電はこれらの間で式(4)に従いおこ
なわれ、これが繰り返されることになる。 SnGeSiO5 → LiA SnGeSiO5 (式−3) (放電) LiA SnGeSiO5 LiA-B SnGeSiO5 (式−4) (充電)
【0056】本発明に併せて用いることができる負極材
料としては、リチウム金属、リチウム合金(Al、Al
−Mn、Al−Mg、Al−Sn、Al−In、Al−
Cd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があげられる。上記リチ
ウム金属やリチウム合金の併用目的は、本発明で用いる
負極材料にリチウムを電池内で挿入させるためのもので
あり、電池反応として、リチウム金属などの溶解・析出
反応を利用するものではない。
【0057】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。導電剤は、構成された電
池において、化学変化を起こさない電子伝導性材料であ
れば何でもよい。通常、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、ア
セチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維や金
属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀(特開昭63−1
48,554)など)粉、金属繊維あるいはポリフェニ
レン誘導体(特開昭59−20,971)などの導電性
材料を1種またはこれらの混合物として含ませることが
できる。黒鉛とアセチレンブラックの併用がとくに好ま
しい。その添加量は、1〜50重量%が好ましく、特に
2〜30重量%が好ましい。カーボンや黒鉛では、2〜
15重量%が特に好ましい。
【0058】結着剤には、通常、でんぷん、ポリビニル
アルコール、カルボキシメチルセルロース、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、ポリ弗化ビニリデン、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエ
ンターポリマー(EPDM)、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などの多糖類、熱可塑性樹脂、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。また、多糖類のようにリチウムと
反応するような官能基を含む化合物を用いるときは、例
えば、イソシアネート基のような化合物を添加してその
官能基を失活させることが好ましい。その結着剤の添加
量は、1〜50重量%が好ましく、特に2〜30重量%
が好ましい。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。
【0059】本発明の負極材料を非水二次電池系におい
て使用するに当たっては、本発明の化合物を含む水分散
合剤ペーストを集電体上に塗布・乾燥し、かつ該水分散
合剤ペーストのpHが5以上10未満、さらには6以上
9未満であることが好ましい。また、該水分散ペースト
の温度を5℃以上80℃未満に保ち、かつペーストの調
製後7日以内に集電体上への塗布を行うことが好まし
い。
【0060】電解質としては、有機溶媒として、プロピ
レンカ−ボネ−ト、エチレンカ−ボネ−ト、ブチレンカ
ーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネ
ート、γ−ブチロラクトン、1,2−ジメトキシエタ
ン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラ
ン、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(特開昭60−23,973)、トリメト
キシメタン(特開昭61−4,170)、ジオキソラン
誘導体(特開昭62−15,771、同62−22,3
72、同62−108,474)、スルホラン(特開昭
62−31,959)、3−メチル−2−オキサゾリジ
ノン(特開昭62−44,961)、プロピレンカ−ボ
ネ−ト誘導体(特開昭62−290,069、同62−
290,071)、テトラヒドロフラン誘導体(特開昭
63−32,872)、ジエチルエ−テル(特開昭63
−62,166)、1,3−プロパンサルトン(特開昭
63−102,173)などの非プロトン性有機溶媒の
少なくとも1種以上を混合した溶媒とその溶媒に溶ける
リチウム塩、例えば、LiClO4 、LiBF 4 、Li
PF6 、LiCF3 SO3 、LiCF3 CO2 、LiA
sF6 、LiSbF6 、LiB10Cl10(特開昭57−
74,974)、低級脂肪族カルボン酸リチウム(特開
昭60−41,773)、LiAlCl4 、LiCl、
LiBr、LiI(特開昭60−247,265)、ク
ロロボランリチウム(特開昭61−165,957)、
四フェニルホウ酸リチウム(特開昭61−214,37
6)などの1種以上の塩から構成されている。なかで
も、プロピレンカ−ボネ−トあるいはエチレンカボート
と1,2−ジメトキシエタンおよび/あるいはジエチル
カーボネートの混合液にLiCF3 SO3 、LiClO
4 、LiBF4 および/あるいはLiPF6 を含む電解
質が好ましい。これら電解質を電池内に添加する量は、
特に限定されないが、正極活物質や負極材料の量や電池
のサイズによって必要量用いることができる。支持電解
質の濃度は、電解液1リットル当たり0.2〜3モルが
好ましい。
【0061】また、電解液の他に次の様な固体電解質も
用いることができる。固体電解質としては、無機固体電
解質と有機固体電解質に分けられる。無機固体電解質に
は、Liの窒化物、ハロゲン化物、酸素酸塩などがよく
知られている。なかでも、Li3 N、LiI、Li5
2 、Li3 N−LiI−LiOH、LiSiO4 、L
iSiO4 −LiI−LiOH(特開昭49−81,8
99)、xLi3 PO 4 −(1−x)Li4 SiO4
(特開昭59−60,866)、Li2 SiS3(特開
昭60−501,731)、硫化リン化合物(特開昭6
2−82,665)などが有効である。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−(特開昭63−135,447)、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−、イオ
ン解離基を含むポリマ−(特開昭62−254,30
2、同62−254,303、同63−193,95
4)、イオン解離基を含むポリマ−と上記非プロトン性
電解液の混合物(米国特許第4,792,504、同
4,830,939、特開昭62−22,375、同6
2−22,376、同63−22,375、同63−2
2,776、特開平1−95,117)、リン酸エステ
ルポリマ−(特開昭61−256,573)が有効であ
る。さらに、ポリアクリロニトリルを電解液に添加する
方法もある(特開昭62−278,774)。また、無
機と有機固体電解質を併用する方法(特開昭60−1,
768)も知られている。
【0062】また、放電や充放電特性を改良する目的
で、以下で示す化合物を電解質に添加することが知られ
ている。例えば、ピリジン(特開昭49−108,52
5)、トリエチルフォスファイト(特開昭47−4,3
76)、トリエタノ−ルアミン(特開昭52−72,4
25)、環状エ−テル(特開昭57−152,68
4)、エチレンジアミン(特開昭58−87,77
7)、n−グライム(特開昭58−87,778)、ヘ
キサリン酸トリアミド(特開昭58−87,779)、
ニトロベンゼン誘導体(特開昭58−214,28
1)、硫黄(特開昭59−8,280)、キノンイミン
染料(特開昭59−68,184)、N−置換オキサゾ
リジノンとN,N’−置換イミダゾリジノン(特開昭5
9−154,778)、エチレングリコ−ルジアルキル
エ−テル(特開昭59−205,167)、四級アンモ
ニウム塩(特開昭60−30,065)、ポリエチレン
グリコ−ル(特開昭60−41,773)、ピロ−ル
(特開昭60−79,677)、2−メトキシエタノ−
ル(特開昭60−89,075)、AlCl3 (特開昭
61−88,466)、導電性ポリマ−電極活物質のモ
ノマ−(特開昭61−161,673)、トリエチレン
ホスホルアミド(特開昭61−208,758)、トリ
アルキルホスフィン(特開昭62−80,976)、モ
ルフォリン(特開昭62−80,977)、カルボニル
基を持つアリ−ル化合物(特開昭62−86,67
3)、ヘキサメチルホスホリックトリアミドと4−アル
キルモルフォリン(特開昭62−217,575)、二
環性の三級アミン(特開昭62−217,578)、オ
イル(特開昭62−287,580)、四級ホスホニウ
ム塩(特開昭63−121,268)、三級スルホニウ
ム塩(特開昭63−121,269)などが挙げられ
る。
【0063】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。(特開昭48−36,
632) また、高温保存に適性をもたせるために電解
液に炭酸ガスを含ませることができる(特開昭59−1
34,567)。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48−3
6,633)、電解液(特開昭57−124,870)
を含ませる方法が知られている。
【0064】本発明で用いられるセパレ−タ−として
は、大きなイオン透過度を持ち、所定のの機械的強度を
持ち、絶縁性の微多孔または隙間のある材料が用いられ
る。更に安全性向上のためには、80℃以上で上記の隙
間を閉塞して抵抗を上げ、電流を遮断する機能を持つこ
とが必要である。これらの隙間の閉塞温度は90℃以
上、180℃以下である。隙間の作り方は材料によって
異なるが公知のいずれの方法であってもよい。多孔質フ
ィルムの場合には、孔の形状は通常円形や楕円形で、大
きさは0.05μmから30μmであり、0.1μmか
ら20μmが好ましい。さらに延伸法、相分離法で作っ
た場合のように、棒状や不定形の孔であってもよい。布
の場合は隙間は繊維間の空隙であり織布不織布の作り方
に依存する。これらの隙間のしめる比率すなわち気孔率
は20%から90%であり、35%から80%が好まし
い。
【0065】本発明のセパレ−タ−は、5μm以上10
0μm以下、より好ましくは10μm以上80μm以下
の微多孔性のフィルム、織布、不織布などの布である。
本発明のセパレ−タ−は、エチレン成分を少なくとも2
0重量%含むものが好ましく、特に好ましいのは30%
以上含むものである。エチレン以外の成分としては、プ
ロピレン、ブテン、ヘキセン、フッ化エチレン、塩化ビ
ニル、酢酸ビニル、アセタ−ル化ビニルアルコ−ルがあ
げられれ、プロピレンフッ化エチレンが特に好ましい。
【0066】微多孔性のフィルムはポリエチレン、エチ
レン−プロピレン共重合ポリマ−やエチレン−ブテン共
重合ポリマ−からなるものが好ましい。さらにポリエチ
レンとポリプロピレンポリエチレンとポリ4フッ化エチ
レンを混合溶解して作ったものも好ましい。不織布や織
布は、糸の径が0、1μmから5μmで、ポリエチレ
ン、エチレンープロピレン共重合ポリマー、エチレンー
ブテン1共重合ポリマー、エチレンーメチルブテン共重
合ポリマー、エチレンーメチルペンテン共重合ポリマ
ー、ポリプロピレン、ポリ4フッ化エチレン繊維からな
るものが好ましい。
【0067】これらのセパレーターは、単一の材料であ
っても、複合材料であってもよい。特に孔径、気孔率や
孔の閉塞温度などを変えた2種以上の微多孔フィルムを
積層したもの、微多孔フィルムと不織布、微多孔フィル
ムと織布、不織布と紙など異なる形態の材料を複合した
ものが特に好ましい。本発明のセパレーターは、ガラス
繊維、炭素繊維などの無期繊維や、二酸化珪素、ゼオラ
イト、アルミナやタルクなどの無機物の粒子を含んでい
てもよい。さらに空隙や表面を界面活性剤で処理して親
水化したものでも良い。
【0068】正・負極の集電体としては、構成された電
池において化学変化を起こさない電子伝導体であれば何
でもよい。例えば、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、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。
特に、アルミニウムあるいはアルミニウム合金が好まし
い。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、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。特に、銅あるいは銅合金が好ましい。これらの材料
の表面を酸化することも用いられる。また、表面処理に
より集電体表面に凹凸を付けることが望ましい。形状
は、フォイルの他、フィルム、シート、ネット、パンチ
されたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形
体などが用いられる。厚みは、特に限定されないが、1
〜500μmのものが用いられる。
【0069】電池の形状はコイン、ボタン、シート、シ
リンダー、偏平、角などいずれにも適用できる。電池の
形状がコインやボタンのときは、正極活物質や負極材料
の合剤はペレットの形状に圧縮されて主に用いられる。
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、電池の形状がシート、シリンダー、角のと
き、正極活物質や負極材料の合剤は、集電体の上に塗布
(コート)、乾燥、圧縮されて、主に用いられる。塗布
方法は、一般的な方法を用いることができる。例えば、
リバースロール法、ダイレクトロール法、ブレード法、
ナイフ法、エクストルージョン法、カーテン法、グラビ
ア法、バー法、ディップ法及びスクイーズ法を挙げるこ
とができる。 そのなかでもブレード法、ナイフ法及び
エクストルージョン法が好ましい。塗布は、0.1〜1
00m/分の速度で実施されることが好ましい。この
際、合剤の溶液物性、乾燥性に合わせて、上記塗布方法
を選定することにより、良好な塗布層の表面状態を得る
ことができる。塗布は、片面ずつ逐時でも両面同時でも
よい。また、塗布は連続でも間欠でもストライプでもよ
い。その塗布層の厚み、長さや巾は、電池の大きさによ
り決められるが、片面の塗布層の厚みは、ドライ後の圧
縮された状態で、1〜2000μmが特に好ましい。
【0070】ペレットやシート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500ppm以下にすることがサイ
クル性の点で好ましい。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/分が好ましく、プレス温度は室温〜2
00℃が好ましい。正極シートに対する負極シート幅の
比は、0.9〜1.1が好ましく、0.95〜1.0が
特に好ましい。正極活物質と負極材料の含有量比は、化
合物種類や合剤処方により異なるため、限定できない
が、容量、サイクル性、安全性の観点で最適な値に設定
できる。
【0071】該合剤シートとセパレーターを介して重ね
合わせた後、それらのシートは、巻いたり、折ったりし
て缶に挿入し、缶とシートを電気的に接続した後、電解
液を注入し、封口板を用いて電池缶を形成する。この
時、安全弁を封口板として用いることができる。安全弁
の他、従来から知られている種々の安全素子を備えつけ
ても良い。例えば、過電流防止素子として、ヒューズ、
バイメタル、PTC素子などが用いられる。また、安全
弁のほかに電池缶の内圧上昇の対策として、電池缶に切
込を入れる方法、ガスケット亀裂方法あるいは封口板亀
裂方法あるいはリード板との切断方法を利用することが
できる。また、充電器に過充電や過放電対策を組み込ん
だ保護回路を具備させるか、あるいは独立に接続させて
もよい。また、過充電対策として、電池内圧の上昇によ
り電流を遮断する方式を具備することができる。このと
き、内圧を上げる化合物を合剤あるいは電解質に含ませ
ることができる。内圧を上げる為に用いられる化合物の
例としては、Li2 CO 3 、LiHCO3 、Na2 CO
3 、NaHCO3 、CaCO3 、MgCO3 などの炭酸
塩などを挙げることが出来る。
【0072】缶やリード板は、電気伝導性をもつ金属や
合金を用いることができる。例えば、鉄、ニッケル、チ
タン、クロム、モリブデン、銅、アルミニウムなどの金
属あるいはそれらの合金が用いられる。 キャップ、
缶、シート、リード板の溶接法は、公知の方法(例、直
流又は交流の電気溶接、レーザー溶接、超音波溶接)を
用いることができる。封口用シール剤は、アスファルト
などの従来から知られている化合物や混合物を用いるこ
とができる。
【0073】本発明の非水二次電池の用途には、特に限
定されないが、例えば、電子機器に搭載する場合、カラ
ーノートパソコン、白黒ノートパソコン、ペン入力パソ
コン、ポケット(パームトップ)パソコン、ノート型ワ
ープロ、ポケットワープロ、電子ブックプレーヤー、携
帯電話、コードレスフォン子機、ページャー、ハンディ
ーターミナル、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリ
ンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶
テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニ
ディスク、電気シェーバー、電子翻訳機、自動車電話、
トランシーバー、電動工具、電子手帳、電卓、メモリー
カード、テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電
源、メモリーカードなどが挙げられる。その他民生用と
して、自動車、電動車両、モーター、照明器具、玩具、
ゲーム機器、ロードコンディショナー、アイロン、時
計、ストロボ、カメラ、医療機器(ペースメーカー、補
聴器、肩もみ機など)などが挙げられる。更に、各種軍
需用、宇宙用として用いることができる。また、太陽電
池と組み合わせることもできる。
【0074】
【実施例】以下に具体例をあげ、本発明をさらに詳しく
説明するが、発明の主旨を越えない限り、本発明は実施
例に限定されるものではない。
【0075】合成例−1 ピロリン酸錫10.3g、一酸化錫6.7g、三酸化二
硼素1.7g、炭酸カリウム0.69g、酸化マグネシ
ウム0.4g、二酸化ゲルマニウム1.0g、二酸化珪
素0.6gを乾式混合し、アルミナ製るつぼに入れ、ア
ルゴン雰囲気下15℃/分で1100℃まで昇温した。
1100℃で12時間焼成した後、10℃/分で室温に
まで降温し、焼成炉より取り出して、SnGe0.1 Si
0.1 0. 5 0.5 Mg0.1 0.1 3.55を得た。該化合
物を粗粉砕し、さらにジェットミルで粉砕し、平均粒径
7.0μmの粉末を得た(化合物1−1)。これはCu
Kα線を用いたX線回折法において2θ値で28°付近
に頂点を有するブロードなピークを有する物であり、2
θ値で40°以上70°以下には結晶性の回折線は見ら
れなかった。同様の方法で、それぞれ化学量論量の原料
を混合、焼成、粉砕し以下に示す化合物を合成した。
【0076】 SnGe0.1 Si0.5 0.2 0.3 Al0.1 3.3 (1-2) SnGe0.1 Si0.5 0.2 Mg0.1 Al0.1 2.75(1-3) SnGe0.1 Si0.1 0.5 Al0.1 0.1 3、6 (1-4) SnGe0.1 Si0.2 0.5 0.5 Ba0.050.1 3、3(1-5) SnGe0.1 Si0.2 0.5 0.5 Pb0.050.1 3、35(1-6) SnGe0.1 Si0.050.5 0.5 Cs0.1 3、26 (1-7) SnGe0.1 Si0.2 0.5 0.5 Mg0.013、25 (1-8) SnGe0.1 Si0.30.50.5Mg0.1Li0.13、65 (1-9) SnGe0.1 Si0.2 0.5 0.5 Na0.1 3、65 (1-10) SnGe0.1 Si0.1 0.5 0.5 Rb0.1 3、45 (1-11) SnGe0.1 Si0.2 0.5 0.5 Ca0.050.1 3、7(1-12) SnGe0.1 Si0.1 0.5 0.5 Mg0.1 0.1 0.1 3、35 (1-13) SnGe0.1 Si0.020.5 0.5 Sc0.020.1 3、32 (1-14) SnGe0.1 Si0.2 0.5 0.5 0.010.1 3、665(1-15) SnGe0.1 Si0.1 0.5 0.5 Mg0.1 0.1 Al0.053.675(1-16) SnGe0.2 Si0.3 0.1 0.1 Mg0.5 0.5 3.15(1-17) SnGe0.1 Si0.7 0.1 0.1 0.5 3.25 (1-18) SnGe0.1 Si0.4 0.350.35Mg0.2 0.1 3.65(1-19) SnGe0.1 Si0.5 0.6 0.3 Mg0.1 0.1 4、3(1-20) SnGe0.1 Si0.2 0.450.45Mg0.1 0.1 3、45(1-21) SnGe0.2 Si0.3 0.450.45Mg0.1 0.1 3、95(1-22) SnGe0.01Si0.2 0.450.45Mg0.1 0.1 2、77(1-23) SnGe0.001 Si0.3 0.450.45Mg0.1 0.1 3.552(1-24) SnGe0.05Si0.1 0.450.45Mg0.1 0.1 3、25(1-25) SnGe0.02Si0.1 0.450.45Mg0.1 0.1 3、29(1-26) SnGe0.1 Si0.7 0.4 As0.1 0.1 0.1 Mg0.1 4.15(1-27) SnGe0.1 Si0.010.4 0.6 Mg0.1 0.1 3、27(1-28) SnGe0.1 Si0.1 0.4 0.6 Cs0.1 3、35 (1-29) SnGe0.1 Si0.5 1.0 Mg0.2 0.1 4、95 (1-30) SnGe0.1 Si0.010.6 0.6 0.1 Mg0.013、68(1-31) SnGe0.5 Si0.2 0.7 0.8 0.2 Mg0.2 5、65(1-32) SnGe0.8 Si0.050.9 0.9 0.1 Mg0.1 6、75(1-33) SnGe1.0 Si0.001 1.0 1.0 Cs0.1 7、052 (1-34) SnGe1.3 Si0.005 1.0 1.0 0.2 8.71 (1-35) SnGeSiO5 (1-36) SnGeSi2 7 (1-37) SnGe1.3 Si1.6 6.8 (1-38) SnGe0.3 Si2.0 6.6 (1-39) SnGe0、05Si0.3 0、450、45Mg0、1 0、1 3、34(1-40) SnGe0、05Si0.2 0、5 0、5 Al0、1 Mg0、1 0、1 3、425 (1-41) SnGe0、1 Si0.1 0、5 0、5 Mg0、1 0、1 3、35(1-42) SnGe0、1 Si0.1 0、4 0、6 Cs0、1 3、25 (1-43) SnGe0、2 Si0.2 0、5 0、5 Cs0、050、053、75(1-44) SnGe0、7 Si1.0 0、7 0、1 3、74 (1-45) SnSi0.5 0.2 Al0.1 Mg0.1 2.55 (1-46) SnSiO3 (1-47) SnGeO3 (1-48) これらの化合物は同様にCuKα線を用いたX線回折法
において2θ値で20°から40°に頂点を有するブロ
ードな散乱帯を有する物であった。ただし、化合物1ー
48は結晶物であった。
【0077】実施例−1 合剤の調整法として、負極材料では、合成例−1で合成
した化合物1−1を82重量%、導電剤として鱗片状黒
鉛を8重量%、アセチレンブラックを4重量%、結着剤
として、ポリ弗化ビニリデンを6重量%の混合比で混合
した合剤を圧縮成形させたペレット(13mmΦ、22
mg)をドライボックス(露点−40〜−70℃、乾燥
空気)中で遠赤外線ヒーター(150℃ 3時間)にて
乾燥後用いた。正極材料では、正極活物質LiCoO2
を82重量%、導電剤として鱗片状黒鉛を8重量%、ア
セチレンブラックを4重量%、結着剤として、テトラフ
ルオロエチレンを6重量%の混合比で混合した合剤を圧
縮成形させた正極ペレット(13mmΦ、化合物A−1
のリチウム挿入容量に合わせた。LiCoO2 の充電容
量は140mAh/gとした。)を上記と同じドライボ
ックス中で遠赤外線ヒーター(150℃3時間)にて乾
燥後用いた。集電体には、正・負極缶ともに80μm厚
のSUS316のネットをコイン缶に溶接して用いた。
電解質として支持塩が0、95mol/LのLiPF6
と0、05mol/LのLiBF4の混合支持塩 (エチ
レンカーボネート、ジエチルカーボネートの2:8容量
混合液)のものを200μl用い、更に、セパレーター
として微孔性のポリプロピレンシートとポリプロピレン
不織布を用いて、その電解液を不織布に含浸させて用い
た。そして、図1の様なコイン型非水二次電池を上記と
同じドライボックス中で作製した。
【0078】この非水二次電池を0.75mA/cm2
の定電流密度にて、4.15〜2.8Vの範囲で充放電
試験を行なった(試験はすべて充電からはじめた。)。
その結果を表1に示した。尚、表1に示す略号は、
(a)本発明の負極材料、(b)第1回目放電容量(負
極材料1g当りmAh)、(c)放電平均電圧(V)、
(d)充放電サイクル性(第一回目の放電容量の60%
の容量になるサイクル数)をそれぞれ示す。合成例で示
した化合物1−2〜1ー45についても同様の方法でコ
イン型非水二次電池を作製し、充放電試験をおこなっ
た。その結果を表1に示した。この結果から本発明に用
いられる負極活物質は充放電サイクル性に優れ、かつ高
い放電電圧、高容量の非水二次電池を与えることが分か
る。
【0079】
【表1】
【0080】
【表2】
【0081】比較例−1 実施例−1において、負極材料1−Aのかわりに、試薬
のSnO、合成例1で合成した化合物1ー46〜1−4
8を用いる以外は実施例−1と同じ方法でコイン型非水
二次電池を作製し、充放電試験をおこなった。これらの
化合物について充放電試験を行った結果を表1に示し
た。この結果から本発明の化合物は比較化合物のいずれ
に対しても、充放電サイクル特性と容量に優れているこ
とがわかる。
【0082】実施例−2 負極材料として、合成例−1で合成した化合物1−1を
用いて、それを88重量%、鱗片状黒鉛6重量%、更に
結着剤としてポリフッ化ビニリデンの水分散物を4重量
%およびカルボキシメチルセルロース1重量%および酢
酸リチウム1重量%を加え、水を媒体として混練してス
ラリーを作製した。該スラリーを厚さ18μmの銅箔の
両面に、エクストルージョン法により塗布し、乾燥後カ
レンダープレス機により圧縮成型し、所定の幅、長さに
切断して帯状の負極シートを作製した。負極シートの厚
みは78μmであった。正極材料として、LiCoO2
を87重量%、鱗片状黒鉛6重量%、アセチレンブラッ
ク3重量%、さらに結着剤としてポリテトラフルオロエ
チレン水分散物3重量%とポリアクリル酸ナトリウム1
重量%を加え、水を媒体として混練して得られたスラリ
ーを厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に上記と同じ
方法で塗布、乾燥、プレス、切断した。そして、厚み2
50μmの帯状正極シートを作製した。上記負極シート
および正極シートのそれぞれ端部にそれぞれニッケル、
アルミニウムのリード板をスポット溶接した後、露点ー
40℃以下の乾燥空気中で230℃30分脱水乾燥し
た。さらに、脱水乾燥済み正極シート(8)、微多孔性
ポリエチレンフィルムセパレーター、脱水乾燥済み負極
シート(9)およびセパレーター(10)の順で積層
し、これを巻き込み機で渦巻き状に巻回した。
【0083】この巻回体を、負極端子を兼ねるニッケル
メッキを施した鉄製の有底円筒型電池缶(11)に収納
した。さらに、電解質として実施例ー1と同じものを電
池缶に注入した。正極端子を有する電池蓋(12)をガ
スケット(13)を介してかしめて円筒型電池を作製し
た。なお、正極端子(12)は正極シート(8)と、電
池缶(11)は負極シート(9)とあらかじめリード端
子により接続した。図2に円筒型電池の断面を示した。
なお、(14)は安全弁である。充放電条件は、4.1
5〜2.8V、1mA/cm2 とした。その結果を、表
2に示した。尚、表2に示す略号は(b)、(c)、
(d)ともに実施例−1と同じである。(e)は単3電
池当たりのエネルギー密度を示す。合成例−1で合成し
た化合物1−2、1−3、1−4、1−7、1−12、
1−16、1−17、1−19、1−21、1−22、
1−23、1−24、1−26、1−27、1−30、
1−33、1−34、1−36、1−37、1−41、
1ー44について、それぞれ同様に評価した結果を表2
に示す。
【0084】
【表3】
【0085】比較例−2 実施例−2において、負極活物質として、化合物1−1
の代わりにSnO、化合物1ー46、1ー47、1ー4
8を用いる以外は実施例−2と同じ方法で円筒型電池を
作成し、充放電試験を行った。その結果を表2に示し
た。
【0086】実施例ー3 負極材料として、合成例−1で合成した化合物1−1を
用いて、それを88重量%、鱗片状黒鉛6重量%、更に
結着剤としてポリフッ化ビニリデンの水分散物を4重量
%およびカルボキシメチルセルロース1重量%および酢
酸リチウム1重量%を加え、水を媒体として混練してス
ラリーを作製した。該スラリーを厚さ18μmの銅箔の
両面に、エクストルージョン法により塗布した。この上
に、αーAl2 3 (平均粒径1μm)94、5重量
%、ポリフッ化ビニリデン4、5重量%、カルボキシメ
チルセルロース1重量%の割合で混合し、水を媒体とし
て混練してスラリー化したものを塗布し、保護層を設け
た。乾燥後カレンダープレス機により圧縮成型し、所定
の幅、長さに切断して帯状の負極シートを作製した。負
極シートの厚みは100μmであった。正極材料とし
て、LiCoO2 を87重量%、鱗片状黒鉛6重量%、
アセチレンブラック3重量%、さらに結着剤としてポリ
テトラフルオロエチレン水分散物3重量%とポリアクリ
ル酸ナトリウム1重量%を加え、水を媒体として混練し
て得られたスラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔の
両面に上記と同じ方法で塗布した。この上に、αーAl
23(平均粒径1μm)94、5重量%、ポリフッ化ビ
ニリデン4、5重量%、カルボキシメチルセルロース1
重量%の割合で混合し、水を媒体として混練してスラリ
ー化したものを塗布し、保護層を設けた。乾燥後カレン
ダープレス機により圧縮成型し、所定の幅、長さに切断
して帯状の正極シートを作製した。正極シートの厚みは
265μmであった。これらの負極シート、正極シート
を用いて実施例2と同じ方法で円筒型電池を作成した。
該電池を10個作成し、1mA/cm2で4、15Vまで
充電した後、60℃にて3週間保存した。3週間後にそ
れぞれの電池の回路電圧を測定し、次の結果を得た。
【0087】 1、 4、11V 2、 4、10V 3、 4、10V 4、 4、10V 5、 4、09V 6、 4、11V 7、 4、09V 8、 4、11V 9、 4、10V 10、 4、11V
【0088】実施例ー4 負極材料として化合物1ー2を用いて実施例−3と同じ
方法で保護層を設けた円筒型電池を10個作成し、実施
例−3と同じ試験をした。これらの結果を下に示した。
【0089】 1、 4、10V 2、 4、11V 3、 4、11V 4、 4、10V 5、 4、09V 6、 4、10V 7、 4、09V 8、 4、10V 9、 4、11V 10、 4、10V
【0090】比較例−3 負極材料として、SnOを用いて比較例−2と同じ円筒
型電池を10個作成し(電池A−1〜10)、実施例−
3と同じ試験をした。また、負極材料としてSnOを用
いて実施例−3と同じ方法で保護層を設けた円筒型電池
を10個作成(電池B−1〜10)し、実施例−3と同
じ試験をした。これらの結果を下に示した。 電池A−1 1.02V 電池B−1 4.10V −2 0.47V −2 2.38V −3 0.72V −3 4.12V −4 0.92V −4 4.09V −5 1.21V −5 4.10V −6 0.02V −6 3.22V −7 0.66V −7 4.10V −8 1.01V −8 2.19V −9 0.55V −9 4.11V −10 0.47V −10 4.10V 以上の結果から、本発明の電池は明らかに保存中の電圧
降下が少なく、性能が安定していることがわかる。
【0091】実施例ー5 実施例ー3と同じ電池を300個作成し、4、15Vま
で充電した。充電不良の電池の個数を求めたところ、0
個であった。
【0092】実施例ー6 実施例ー4と同じ電池を300個作成し、4、15Vま
で充電した。充電不良の電池の個数を求めたところ、0
個であった。
【0093】比較例−4 比較例−3と同じ電池を(A電池およびB電池)、それ
ぞれ300個作成し、実施例−4と同じ方法で試験を行
った。その結果、A電池では充電不良電池は10個、B
電池では3個であった。以上の結果から、明らかに本発
明の電池は短絡し難く、不良品発生率が少なく安全であ
ることがわかる。
【0094】
【発明の効果】本発明のように、負極材料として、少な
くとも1種の特定のSnおよびGeを主体とする非晶質
複合酸化物を用いると高い放電作動電圧、大きな放電容
量と優れた充放電サイクル特性を与える非水二次電池を
得ることができる。また負極、および/または正極に保
護層を設けることにより、安全性を備えた非水二次電池
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に使用したコイン型電池の断面図を示し
たものである。
【図2】実施例に使用した円筒型電池の断面図を示した
ものである。
【符号の説明】
1 負極封口板 2 負極合剤ペレット 3 セパレーター 4 正極合剤ペレット 5 集電体 6 正極ケース 7 ガスケット 8 正極シート 9 負極シート 10 セパレーター 11 電池缶 12 電池蓋 13 ガスケット 14 安全弁

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極材料、負極材料、リチウム塩を含む
    非水電解質、セパレ−タ−から成る非水二次電池に関
    し、該負極材料がSn、GeおよびSiを主体とする非
    晶質酸化物からなることを特徴とする非水二次電池。
  2. 【請求項2】 該負極材料が一般式(1) SnGea Sib 1 c 2 d e (1) (式中、M1 は、Al、Pb,As、P、Bから選ばれ
    る少なくとも一種以上の元素。M2 は周期律表第1族元
    素、第2族元素、第3族元素、ハロゲン元素から選ばれ
    る少なくとも一種以上の元素。aは0.001 以上1以下の
    数字。bは0.001以上2 以下の数字。cは0.2以
    上2以下の数字、dは0.01以上1以下の数字、eは
    1、3以上11以下の数字を表す。)で示される非晶質
    酸化物であることを特徴とする請求項1記載の非水二次
    電池。
  3. 【請求項3】 該負極材料が一般式(2) SnGea Sib 3 c 4 d e (1) (式中、M3 は、Al、P、Bから選ばれる少なくとも
    一種以上の元素。M4 はLi、K、Na、Rb、Cs、
    Ca、Mg、Ba、Sc、Y、Fから選ばれる少なくと
    も一種以上の元素。aは0.001以上1以下の数字。bは
    0.001以上2以下の数字。cは0.2以上2以下の
    数字、dは0.01以上1以下の数字、eは1、3以上
    11以下の数字を表す。)で示される非晶質酸化物であ
    ることを特徴とする請求項1乃至2記載の非水二次電
    池。
  4. 【請求項4】 該非水二次電池において、該負極および
    /又は正極が保護層を少なくとも一層有することを特徴
    とする請求項1乃至3記載の非水二次電池
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