JPH10270080A - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Non-aqueous electrolyte secondary battery

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JPH10270080A
JPH10270080A JP9076139A JP7613997A JPH10270080A JP H10270080 A JPH10270080 A JP H10270080A JP 9076139 A JP9076139 A JP 9076139A JP 7613997 A JP7613997 A JP 7613997A JP H10270080 A JPH10270080 A JP H10270080A
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aqueous electrolyte
negative electrode
secondary battery
electrolyte secondary
battery
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篤雄 小丸
Akira Yamaguchi
晃 山口
Masayuki Nagamine
政幸 永峰
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 充放電の繰り返しによる容量劣化が小さく、
長い充放電サイクル寿命が得られ、サイクル累積容量の
大きな非水電解液二次電池を提供する。 【解決手段】 非水電解液に、Naイオンを5〜300
0ppmなる濃度で含有させる。
(57) [Abstract] [Problem] Small capacity deterioration due to repeated charge and discharge,
Provided is a non-aqueous electrolyte secondary battery having a long charge-discharge cycle life and a large cycle accumulated capacity. SOLUTION: A non-aqueous electrolyte contains 5-300 Na ions.
It is contained at a concentration of 0 ppm.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解液二次電
池に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の電子技術のめざましい進歩は、電
子機器の小型・軽量化を次々と実現させている。それに
伴い、ポータブル用電源としての電池に対しても益々小
型・軽量且つ高エネルギー密度への要求が高まってい
る。
2. Description of the Related Art In recent years, remarkable progress in electronic technology has enabled electronic devices to become smaller and lighter one after another. Along with this, there is an increasing demand for a battery as a portable power supply to be smaller, lighter and have a higher energy density.

【0003】従来、一般用途の二次電池としては鉛電
池、ニッケル・カドミウム電池等の水溶液系電池が主流
である。しかし、これらの水溶液系の二次電池は、サイ
クル特性にはある程度満足できるが、電池重量やエネル
ギー密度の点では満足できる特性とは言えない。
Conventionally, aqueous secondary batteries such as lead batteries and nickel-cadmium batteries have been the mainstream as secondary batteries for general use. However, although these aqueous secondary batteries can satisfy the cycle characteristics to some extent, they cannot be said to have satisfactory characteristics in terms of battery weight and energy density.

【0004】一方、最近、リチウムあるいはリチウム合
金を負極に用いた非水電解液二次電池の研究開発が盛ん
に行われている。この電池は、例えばLiCoO2に代
表されるようなLi含有複合酸化物を正極材料に用いる
ことで高エネルギー密度を有するものになり、また、自
己放電も少なく、軽量という優れた特性を有する。
On the other hand, recently, research and development of a non-aqueous electrolyte secondary battery using lithium or a lithium alloy for a negative electrode has been actively conducted. This battery has a high energy density by using a Li-containing composite oxide typified by, for example, LiCoO 2 for the positive electrode material, and has excellent characteristics such as low self-discharge and light weight.

【0005】しかしながら、このようなリチウムあるい
はリチウム合金を負極に用いた非水電解液二次電池は、
充放電サイクルの進行に伴って、充電時にリチウムがデ
ンドライト状に結晶成長し、正極に到達して内部ショー
トに至るといった可能性がある。また、デンドライト生
成が促進されてしまうために、実用的な急速充放電がで
きないといった問題がある。この理由から、このリチウ
ムまたはリチウム合金を負極に用いる非水電解液二次電
池の実用化は遠いものとなっている。
However, a non-aqueous electrolyte secondary battery using such a lithium or lithium alloy for the negative electrode is:
As the charge / discharge cycle progresses, lithium may grow in a dendrite shape during charging, reach the positive electrode, and cause an internal short circuit. In addition, since the generation of dendrite is promoted, there is a problem that practical rapid charging and discharging cannot be performed. For this reason, practical use of a non-aqueous electrolyte secondary battery using this lithium or lithium alloy for the negative electrode has been distant.

【0006】そこで、このような問題を解消するものと
して、酸化物や炭素等の層状化合物にリチウムイオンを
取り込んだものを負極材料に用いる、いわゆるロッキン
グチエアー型の非水電解液二次電池(リチウムイオン二
次電池)が注目されている。
In order to solve such a problem, a so-called rocking-chair type non-aqueous electrolyte secondary battery (which uses a layered compound such as an oxide or carbon into which lithium ions are incorporated) as a negative electrode material has been proposed. Lithium-ion secondary batteries) are attracting attention.

【0007】この非水電解液二次電池は、このような層
状化合物の層間にリチウムイオンがドープ・脱ドープさ
れるのを負極反応に利用するものであり、充放電サイク
ルが進行しても、デンドライト状析出が認められず、良
好な充放電サイクル特性を示す。
This non-aqueous electrolyte secondary battery utilizes the doping / dedoping of lithium ions between layers of such a layered compound for a negative electrode reaction. No dendrite-like precipitation is observed, showing good charge / discharge cycle characteristics.

【0008】ところで、非水電解液二次電池の負極材料
として使用し得る炭素材料は各種挙げられるが、初めに
負極材料として実用化されたものはコークスやガラス状
炭素等の難黒鉛化性炭素材料,すなわち有機材料を比較
的低温で熱処理することによって得られる結晶性の低い
炭素材料である。これら難黒鉛化性炭素材料で構成され
た負極と炭酸プロピレン(PC)を主溶媒とする電解液
を組み合わせた非水電解液二次電池が既に商品化されて
いる。
[0008] By the way, there are various carbon materials which can be used as a negative electrode material of a non-aqueous electrolyte secondary battery, and those which were first put to practical use as a negative electrode material include hardly graphitizable carbon such as coke and glassy carbon. A material, that is, a carbon material with low crystallinity obtained by heat-treating an organic material at a relatively low temperature. Non-aqueous electrolyte secondary batteries in which a negative electrode composed of these non-graphitizable carbon materials and an electrolyte mainly containing propylene carbonate (PC) as a main solvent have been commercialized.

【0009】さらに、最近では、結晶構造が発達した黒
鉛類も負極材料として使用できるようになっている。黒
鉛類の場合、主溶媒として用いられるPCを分解してし
まうことから、このことが、負極材料とする上での障害
となっていた。しかし、安定性の高い炭酸エチレン(E
C)を主溶媒とすることでこのような問題も解消され、
負極材料として使用できるようになっている。
Further, recently, graphites having a developed crystal structure can be used as a negative electrode material. In the case of graphites, PC used as a main solvent is decomposed, and this has been an obstacle to use as a negative electrode material. However, highly stable ethylene carbonate (E
By using C) as the main solvent, such a problem is also solved.
It can be used as a negative electrode material.

【0010】黒鉛類は、鱗片状のものが比較的容易に入
手でき、従来よりアルカリ電池用導電剤等として広く用
いられている。この黒鉛類は、難黒鉛化性炭素材料に比
べて結晶性が高く、真密度が高い。したがって、黒鉛類
によって負極を構成すれば、高い電極充填性が得られ、
電池のエネルギー密度が高められることになる。このこ
とから、黒鉛類は負極材料として期待の大きな材料であ
ると言える。
[0010] Graphites are relatively easily available in the form of scales and have been widely used as conductive agents for alkaline batteries. These graphites have higher crystallinity and higher true density than the non-graphitizable carbon material. Therefore, if the negative electrode is made of graphite, a high electrode filling property can be obtained,
The energy density of the battery will be increased. From this, it can be said that graphites are promising materials as negative electrode materials.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
炭素材料を負極に用いるリチウムイオン二次電池は、金
属リチウムやリチウム合金を負極に用いる二次電池に比
べれば、サイクル寿命が向上している。
The lithium ion secondary battery using a carbon material for the negative electrode has an improved cycle life as compared with a secondary battery using metal lithium or a lithium alloy for the negative electrode. .

【0012】しかしながら、最近では地球環境や省エネ
ルギーの観点から、二次電池に対する要求はさらに高ま
っている。
However, recently, from the viewpoint of global environment and energy saving, the demand for secondary batteries has been further increased.

【0013】例えば、1回の充放電における容量が大き
いことに加え、電池サイクル時の累積エネルギーの向上
も求められている。特に、自動車用途等で用いられる二
次電池では、車体本体と同等以上の耐用年数が要求さ
れ、サイクル寿命のより一層の向上が切望される。
For example, in addition to a large capacity in one charge / discharge, an improvement in the accumulated energy during a battery cycle is also required. In particular, a secondary battery used for an automobile or the like is required to have a service life equal to or longer than that of a vehicle body, and further improvement in cycle life is desired.

【0014】このような点から見たときに、これまでの
リチウムイオン二次電池の充放電サイクル寿命は十分で
あるとは言えず、さらなる改良が必要である。
In view of the above, the charge / discharge cycle life of the conventional lithium ion secondary battery cannot be said to be sufficient, and further improvement is required.

【0015】そこで、本発明は、このような従来の実情
に鑑みて提案されたものであって、充放電サイクル寿命
を向上させることによって、1回の充放電容量が大き
く、さらにサイクル累積容量が大きな非水電解液二次電
池を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention has been proposed in view of such a conventional situation. By improving the charge / discharge cycle life, a single charge / discharge capacity is increased, and the cycle accumulated capacity is further increased. It is an object to provide a large non-aqueous electrolyte secondary battery.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の非水電解液二次電池は、リチウムをドー
プ・脱ドープすることが可能な負極、正極及び非水溶媒
に電解質が溶解されてなる非水電解液を有してなる非水
電解液二次電池であって、上記非水電解液は、Naイオ
ンが5〜3000ppmなる濃度で含有されていること
を特徴とするものである。
In order to achieve the above-mentioned object, a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises an anode, a cathode and a non-aqueous solvent capable of doping / dedoping lithium. Is a non-aqueous electrolyte secondary battery having a non-aqueous electrolyte in which is dissolved, wherein the non-aqueous electrolyte contains Na ions at a concentration of 5 to 3000 ppm. Things.

【0017】非水電解液二次電池において、非水電解液
にNaイオンを5〜3000ppmなる濃度で含有させ
ると、充放電の繰り返しによる容量劣化が抑えられ、充
放電サイクル寿命が長くなり、サイクル累積容量が向上
する。
In a non-aqueous electrolyte secondary battery, when the non-aqueous electrolyte contains Na ions at a concentration of 5 to 3000 ppm, capacity deterioration due to repeated charge / discharge is suppressed, and the charge / discharge cycle life is prolonged. The accumulated capacity is improved.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.

【0019】本発明の非水電解液二次電池は、リチウム
をドープ・脱ドープすることが可能な負極、正極及び非
水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を有して構
成される。
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises a negative electrode capable of doping / dedoping lithium, a positive electrode, and a non-aqueous electrolyte in which an electrolyte is dissolved in a non-aqueous solvent. You.

【0020】そして、この非水電解液二次電池では、特
に上記非水電解液にNaイオンが5〜3000ppmな
る濃度で含有されている。非水電解液に、この濃度でN
aイオンが含有されていると、電池の充放電サイクル特
性が向上する。Naイオンによって効果が得られる詳細
な理由は不明であるが、例えば炭素材料を負極に用いる
場合には以下のように考えられる。
In this non-aqueous electrolyte secondary battery, the non-aqueous electrolyte particularly contains Na ions at a concentration of 5 to 3000 ppm. At this concentration, N
When the a ion is contained, the charge / discharge cycle characteristics of the battery are improved. Although the detailed reason why the effect is obtained by Na ions is unknown, for example, when a carbon material is used for the negative electrode, it is considered as follows.

【0021】すなわち、炭素材料よりなる負極では、充
電時には負極の炭素層間にLiイオンがドープされ黒鉛
層間化合物あるいは炭素層間化合物が形成される。ま
た、放電時にはこのドープされたLiイオンが炭素層間
から引き抜かれる。このように負極にはリチウムがドー
プ・脱ドープされるが、このリチウムのドープ・脱ドー
プに際しては負極が膨張・収縮する現象が見られる。こ
の負極の膨張・収縮は、電極構造を劣化させ、電池の充
放電サイクル寿命を短くする原因となる。
That is, in a negative electrode made of a carbon material, Li ions are doped between carbon layers of the negative electrode during charging to form a graphite intercalation compound or a carbon intercalation compound. At the time of discharge, the doped Li ions are extracted from the carbon layer. As described above, although the negative electrode is doped and undoped with lithium, a phenomenon in which the negative electrode expands and contracts during the doping and undoping of lithium is observed. The expansion and contraction of the negative electrode deteriorates the electrode structure and causes the charge / discharge cycle life of the battery to be shortened.

【0022】ここで、Naイオンを電解液中に存在させ
ておくと、Naはリチウムと同じアルカリ金属ではある
が黒鉛層間化合物や炭素層間化合物を形成せず、負極の
炭素層間の入り口に存在し、柱となって負極の収縮を抑
制するものと考えられる。このことが、電池の充放電サ
イクルを向上させるものと推測される。
When Na ions are present in the electrolyte, Na is the same alkali metal as lithium, but does not form a graphite intercalation compound or a carbon intercalation compound, but exists at the entrance between the carbon layers of the negative electrode. It is considered that they become pillars and suppress the contraction of the negative electrode. This is presumed to improve the charge / discharge cycle of the battery.

【0023】但し、電解液中に含有させるNaイオン濃
度は、5ppm以上3000ppm以下であることが必
要である。Naイオン濃度が5ppmを下回る場合に
は、効果が小さ過ぎ、電池の充放電サイクルを十分に向
上させることができない。また、Naイオン濃度が30
00ppmよりも高い場合には、金属Naの析出等によ
り充放電反応が阻害される。なお、Naイオン濃度のよ
り好ましい範囲は、10ppm以上2000ppm以下
である。
However, it is necessary that the concentration of Na ions contained in the electrolyte is 5 ppm or more and 3000 ppm or less. If the Na ion concentration is less than 5 ppm, the effect is too small, and the charge / discharge cycle of the battery cannot be sufficiently improved. When the Na ion concentration is 30
When it is higher than 00 ppm, the charge / discharge reaction is inhibited by precipitation of metallic Na and the like. Note that a more preferable range of the Na ion concentration is 10 ppm or more and 2000 ppm or less.

【0024】Naイオンを含有する電解液を得るには、
電解質を溶解させた非水溶液に、ナトリウムを含むイオ
ン結晶を添加して電解液を調製すれば良い。
To obtain an electrolyte containing Na ions,
An ionic crystal containing sodium may be added to a non-aqueous solution in which an electrolyte is dissolved to prepare an electrolyte.

【0025】イオン結晶としては、電解液に溶解可能な
あらゆるナトリウム塩が使用可能である。具体的には、
NaCl、NaBr、NaClO4、NaBF4、NaA
sF6、NaB(C654、CH3SO3Na、CF3
3Na、NaN(CF3SO22、NaC(CF3
23等が挙げられ、中でもNaPF6が好適である。
NaPF6を電解液に添加すると、電解質として汎用さ
れるLiPF6を用いた場合には、NaPF6を添加した
分だけ電解質濃度を高くしたのと同様の効果が得られ
る。なお、これらイオン結晶は1種類を単独で用いて
も、複数種を組み合わせて用いても差し支えない。
As the ionic crystal, any sodium salt that can be dissolved in the electrolytic solution can be used. In particular,
NaCl, NaBr, NaClO 4 , NaBF 4 , NaA
sF 6 , NaB (C 6 H 5 ) 4 , CH 3 SO 3 Na, CF 3 S
O 3 Na, NaN (CF 3 SO 2 ) 2 , NaC (CF 3 S
O 2 ) 3 and the like, and NaPF 6 is particularly preferable.
When NaPF 6 is added to the electrolytic solution, when LiPF 6 , which is widely used as an electrolyte, is used, the same effect as when the electrolyte concentration is increased by the amount of NaPF 6 added can be obtained. These ionic crystals may be used alone or in combination of two or more.

【0026】また、Naイオン源としては金属Naも使
用できる。アルカリ金属は非水溶媒に溶解することがで
き、金属Naも同様である。したがって、金属Naを電
解液に添加することによって、間接的あるいは直接的に
電解液中にNaイオンを生じさせることができる。
As the Na ion source, metallic Na can also be used. Alkali metals can be dissolved in non-aqueous solvents, as well as metal Na. Therefore, by adding metal Na to the electrolytic solution, Na ions can be generated indirectly or directly in the electrolytic solution.

【0027】なお、電解液の非水溶媒や電解質として
は、この種の非水電解液二次電池で通常用いられている
ものがいずれも使用可能である。
As the non-aqueous solvent or the electrolyte of the electrolytic solution, any of those usually used in this type of non-aqueous electrolytic solution secondary battery can be used.

【0028】例えば非水溶媒としては、テトラヒドロフ
ラン,エチレングリコールジエチルエーテル,ジメチル
エーテルや環状ポリエーテル等のエーテル類、ヘキサメ
チルホスホルアミド等のアミン類の他、液体アンモニア
等も使用可能である。
For example, as the non-aqueous solvent, ethers such as tetrahydrofuran, ethylene glycol diethyl ether, dimethyl ether and cyclic polyether, amines such as hexamethylphosphoramide, liquid ammonia and the like can be used.

【0029】また、次のような比較的誘電率の高い溶媒
を主体とし、これに低粘度溶媒を添加したものを用いる
ようにしても良い。
Alternatively, a solvent mainly composed of a solvent having a relatively high dielectric constant as described below and a low-viscosity solvent added thereto may be used.

【0030】誘電率の高い溶媒としては、エチレンカー
ボネート(EC)の他、プロピレンカーボネート(P
C),ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボ
ネート(VC)、スルホラン酸、ブチロラクトン酸、バ
レロラクトン類等が使用可能である。
Examples of the solvent having a high dielectric constant include propylene carbonate (P) in addition to ethylene carbonate (EC).
C), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), sulfolanoic acid, butyrolactonic acid, valerolactones and the like can be used.

【0031】低粘度溶媒としては、ジエチルカーボネー
ト,ジメチルカーボネート等の対称の鎖状炭酸エステ
ル、メチルエチルカーボネート,メチルプロピルカーボ
ネート等の非対称の鎖状炭酸エステル、プロピオン酸メ
チル,プロピオン酸エチル等のカルボン酸エステル、さ
らにリン酸トリメチル,リン酸トリエチル等のリン酸エ
ステル等が使用可能である。これらのうち1種類を用い
てもよく、2種類以上を組み合わせて用いても差し支え
ない。
Examples of the low-viscosity solvent include symmetric chain carbonates such as diethyl carbonate and dimethyl carbonate, asymmetric chain carbonates such as methyl ethyl carbonate and methyl propyl carbonate, and carboxylic acids such as methyl propionate and ethyl propionate. Esters, and phosphate esters such as trimethyl phosphate and triethyl phosphate can be used. One of these may be used, or two or more of them may be used in combination.

【0032】但し、負極に黒鉛材料を用いる場合には、
他の高誘電率溶媒に比べて黒鉛による分解がされ難いこ
とから、エチレンカーボネートあるいはエチレンカーボ
ネートの水素原子をハロゲンで置換した化合物を主溶媒
として用いるのが望ましい。
However, when a graphite material is used for the negative electrode,
It is preferable to use ethylene carbonate or a compound in which a hydrogen atom of ethylene carbonate is substituted with a halogen as the main solvent, since decomposition by graphite is harder than in other high dielectric constant solvents.

【0033】なお、プロピレンカーボネートのように黒
鉛材料と反応性があるものであっても、エチレンカーボ
ネートやエチレンカーボネートのハロゲン化物を主溶媒
とし、これの一部を置き換える第2の成分溶媒として添
加するのであれば使用しても差し支えない。
Even if the material is reactive with the graphite material, such as propylene carbonate, ethylene carbonate or a halide of ethylene carbonate is used as a main solvent, and is added as a second component solvent which replaces a part of this. If it is, you can use it.

【0034】第2の成分溶媒として用いられるものは、
プロピレンカーボネートの他、ブチレンカーボネート、
ビニレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、
1,2−ジエトキシメタン、γ−ブチロラクトン、バレ
ロラクトン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒ
ドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,
3−ジオキソラン、スルホラン、メチルスルホラン等が
挙げられる。このうち、プロピレンカーボネート、ブチ
レンカーボネート、ビニレンカーボネート等の炭酸エス
テル系溶媒を用いるのが好ましい。なお、これらの添加
量は40容量%以下、さらには20容量%以下とするの
が望ましい。
The one used as the second component solvent is
Other than propylene carbonate, butylene carbonate,
Vinylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane,
1,2-diethoxymethane, γ-butyrolactone, valerolactone, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolan, 4-methyl-1,
3-dioxolan, sulfolane, methylsulfolane and the like. Among them, it is preferable to use a carbonate-based solvent such as propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate. In addition, the addition amount of these is preferably 40% by volume or less, more preferably 20% by volume or less.

【0035】非水溶媒に溶解する電解質塩としては、こ
の主の電池に用いられるものがいずれも使用可能であ
る。具体的にはLiPF6 、LiClO4 、LiAsF
6 、LiBF4 、LiB(C6 5 4 、CH3 SO3
Li、CF3 SO3 Li,LiN(CF3 SO22
LiC(CF3SO23、LiCl、LiBr等が挙げ
られる。これら電解質塩は1種類を単独で使用しても、
複数種を組み合わせて使用しても構わない。なお、組み
合わせて使用する場合、LiPF6 を主成分とするのが
望ましい。
As the electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent, any of those used for the main battery can be used. Specifically, LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF
6 , LiBF 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , CH 3 SO 3
Li, CF 3 SO 3 Li, LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ,
LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiCl, LiBr and the like can be mentioned. Even if these electrolyte salts are used alone,
A plurality of types may be used in combination. When used in combination, it is desirable that LiPF 6 be the main component.

【0036】なお、電解液にNaイオンを含有させるに
は、このように直接電解液にNaイオン源を添加するこ
との他、電解液以外の電池の構成要素に、Naのイオン
結晶を付着させておき、これを電解液中に溶出させるこ
とで行っても良い。このNaのイオン結晶を含ませてお
く電池の構成要素としては、セパレータ、インシュレー
タ等の樹脂材料、電池缶,リード等の金属材料、リチウ
ム遷移金属複合酸化物を主体とする正極材料等が挙げら
れる。
In order to make the electrolyte contain Na ions, in addition to directly adding the Na ion source to the electrolyte as described above, an ion crystal of Na is attached to the components of the battery other than the electrolyte. In advance, this may be performed by eluting this into the electrolytic solution. The constituent elements of the battery containing the Na ion crystals include resin materials such as separators and insulators, metal materials such as battery cans and leads, and positive electrode materials mainly composed of a lithium transition metal composite oxide. .

【0037】以上のように本発明ではNaイオンを含有
する電解液を用いるが、負極,正極としては次のような
ものが使用される。
As described above, in the present invention, an electrolytic solution containing Na ions is used, but the following are used as the negative electrode and the positive electrode.

【0038】まず、負極材料としては、リチウムイオン
をドープ・脱ドープすることが可能な炭素材料や、結晶
質あるいは非晶質の金属カルコゲン化物が用いられる。
First, as a negative electrode material, a carbon material capable of doping / dedoping lithium ions or a crystalline or amorphous metal chalcogenide is used.

【0039】このうち、炭素材料としては、易黒鉛化性
炭素材料、難黒鉛化性炭素材料、黒鉛材料が使用でき
る。
Among these, as the carbon material, a graphitizable carbon material, a non-graphitizable carbon material, and a graphite material can be used.

【0040】難黒鉛化性炭素材料としては、(002)
面間隔が0.37nm以上、真密度が1.70g/cm
3未満、空気中での示差熱分析(DTA)において、7
00℃以上に発熱ピークを有さないといった物性パラメ
ータを有する材料が好適である。
As the non-graphitizable carbon material, (002)
Plane spacing 0.37 nm or more, true density 1.70 g / cm
Less than 3 , 7 in differential thermal analysis (DTA) in air
Materials having physical property parameters such as not having an exothermic peak above 00 ° C. are preferred.

【0041】このような難黒鉛化性炭素材料は、有機材
料を例えば1000℃程度の低温で熱処理することで得
られる。
Such a non-graphitizable carbon material can be obtained by heat-treating an organic material at a low temperature of, for example, about 1000 ° C.

【0042】出発原料の代表としては、フルフリルアル
コールやフルフラールのホモポリマー,コポリマーある
いは他の樹脂と共重合したフラン樹脂等が挙げられる。
Representative starting materials include furfuryl alcohol and furfural homopolymers and copolymers, and furan resins copolymerized with other resins.

【0043】さらに、フェノール樹脂、アクリル樹脂、
ハロゲン化ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイ
ミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセチレン、ポリ(p
−フェニレン)等の共役系樹脂、セルロースおよびその
誘導体、任意の有機高分子系化合物を使用することがで
きる。
Further, a phenol resin, an acrylic resin,
Vinyl halide resin, polyimide resin, polyamide imide resin, polyamide resin, polyacetylene, poly (p
Conjugated resins such as -phenylene), cellulose and derivatives thereof, and any organic polymer compounds can be used.

【0044】また、特定のH/C原子比を有する石油ピ
ッチに、酸素を含む官能基を導入(いわゆる酸素架橋)
したものも、上記フラン樹脂と同様、炭素化の過程(4
00℃以上)で溶融せず、固相状態で最終的に難黒鉛化
性炭素材料になる。
In addition, a functional group containing oxygen is introduced into a petroleum pitch having a specific H / C atomic ratio (so-called oxygen crosslinking).
The carbonized product (4
(00 ° C. or higher), and eventually becomes a non-graphitizable carbon material in a solid state.

【0045】上記石油ピッチは、コールタール,エチレ
ンボトム油,原油等の高温熱分解で得られるタール類、
アスファルトなどより蒸留(真空蒸留、常圧蒸留、スチ
ーム蒸留),熱重縮合,抽出,化学重縮合等の操作によ
って得られる。このとき、石油ピッチのH/C原子比が
重要で、難黒鉛化性炭素とするためにはこのH/C原子
比を0.6〜0.8とする必要がある。
The above-mentioned petroleum pitch includes tars obtained by high-temperature pyrolysis of coal tar, ethylene bottom oil, crude oil and the like,
It can be obtained from asphalt or the like by operations such as distillation (vacuum distillation, atmospheric distillation, and steam distillation), thermal polycondensation, extraction, and chemical polycondensation. At this time, the H / C atomic ratio of the petroleum pitch is important, and the H / C atomic ratio needs to be 0.6 to 0.8 in order to obtain non-graphitizable carbon.

【0046】これらの石油ピッチに、酸素架橋を形成す
るための具体的な手段は限定されないが、例えば硝酸,
混酸,硫酸,次亜塩素酸等の水溶液による湿式法、ある
いは酸化性ガス(空気、酸素)による乾式法、さらに硫
黄,硝酸アンモニウム,過硫酸アンモニア,塩化第二鉄
等の固体試薬による反応などが用いられる。
The specific means for forming an oxygen bridge in these petroleum pitches is not limited.
Wet method using aqueous solution of mixed acid, sulfuric acid, hypochlorous acid, etc., dry method using oxidizing gas (air, oxygen), and reaction with solid reagents such as sulfur, ammonium nitrate, ammonium persulfate, ferric chloride, etc. Can be

【0047】この酸素含有率は、特に限定されないが、
特開平3−252053号公報に記載されるように、好
ましくは3%以上、さらに好ましくは5%以上である。
この酸素含有率は、最終的に製造される炭素材料の結晶
構造に影響を与え、酸素含有率をこの範囲としたとき
に、上述したような(002)面間隔を0.37nm以
上、空気気流中での示差熱分析(DTA)において70
0℃以上に発熱ピークを有さないといった物性パラメー
タを有するものになり、負極容量が向上する。
Although the oxygen content is not particularly limited,
As described in JP-A-3-252553, it is preferably at least 3%, more preferably at least 5%.
This oxygen content affects the crystal structure of the finally manufactured carbon material, and when the oxygen content is within this range, the (002) plane spacing is 0.37 nm or more, and the air flow is In differential thermal analysis (DTA)
It has physical property parameters such as not having an exothermic peak at 0 ° C. or higher, and the negative electrode capacity is improved.

【0048】なお、出発原料はこれらに限定されず、他
のあらゆる有機材料、すなわち酸素架橋処理等によって
固相炭素化過程を経て難黒鉛化炭素材料となるものであ
ればいずれも使用可能である。
The starting material is not limited to these, and any other organic material can be used as long as it becomes a non-graphitizable carbon material through a solid phase carbonization process by an oxygen crosslinking treatment or the like. .

【0049】また、以上のような有機材料を出発原料と
する難黒鉛化性炭素材料の他、特開平3−137010
号公報に記載されるリン、酸素、炭素を主成分とする化
合物も難黒鉛化性炭素材料と同様の物性パラメータを示
し、負極の材料として好ましい。
Further, in addition to the non-graphitizable carbon materials using the above-mentioned organic materials as starting materials,
The compound mainly containing phosphorus, oxygen, and carbon described in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-284, also shows the same physical property parameters as the non-graphitizable carbon material, and is preferable as the material for the negative electrode.

【0050】難黒鉛化性炭素材料は、以上のような有機
材料を焼成等によって炭素化することによって得られる
が、この焼成は次のようなプロセスで行うのが望まし
い。
The non-graphitizable carbon material can be obtained by carbonizing the above organic material by firing or the like. This firing is desirably performed by the following process.

【0051】すなわち、難黒鉛化性炭素材料を合成する
には、有機材料を温度300〜700℃で炭化した後、
昇温速度毎分1〜100℃、到達温度900〜1300
℃、到達温度での保持時間0〜30時間程度の条件で焼
成を行う。なお、場合によっては炭化操作は省略しても
良い。そして、このようにして得られた焼結体は、この
後、粉砕・分級して負極に供されるが、この粉砕は炭
化、か焼、高温熱処理の前後で行っても昇温過程の間で
行っても構わない。
That is, to synthesize a non-graphitizable carbon material, an organic material is carbonized at a temperature of 300 to 700 ° C.
Heating rate 1-100 ° C per minute, ultimate temperature 900-1300
The sintering is performed under the conditions of 0 ° C. and a holding time at the ultimate temperature of about 0 to 30 hours. In some cases, the carbonization operation may be omitted. The sintered body thus obtained is then pulverized and classified and provided to a negative electrode. This pulverization may be performed before or after carbonization, calcination, or high-temperature heat treatment during the heating process. You can go there.

【0052】次に、黒鉛材料としては、真密度が2.1
g/cm3以上であるのが好ましく、2.18g/cm3
以上であるのがより好ましい。そのような真密度を得る
には、X線回折法で測定される(002)面間隔が好ま
しくは0.340nm未満、さらに好ましくは0.33
5nm以上、0.337nm以下であり、(002)面
のC軸結晶子厚みが14.0nm以上であることが必要
である。
Next, the graphite material has a true density of 2.1.
g / cm 3 or more, preferably 2.18 g / cm 3
More preferably. In order to obtain such a true density, the (002) plane spacing measured by X-ray diffraction is preferably less than 0.340 nm, more preferably 0.33 nm.
It is necessary to be 5 nm or more and 0.337 nm or less, and it is necessary that the C-axis crystallite thickness of the (002) plane is 14.0 nm or more.

【0053】また、黒鉛材料では、以上のような真密度
や結晶構造パラメータの他、嵩密度、平均形状パラメー
タxave,比表面積,粒度分布,粒子破壊強度といった
特性も重要になる。次に、これらの特性について説明す
る。
In the graphite material, in addition to the above-described true density and crystal structure parameters, characteristics such as bulk density, average shape parameter x ave , specific surface area, particle size distribution, and particle breaking strength are also important. Next, these characteristics will be described.

【0054】まず、嵩密度は、JIS K−1469に
記載される方法に準じて測定される。この測定方法を以
下に示す。
First, the bulk density is measured according to the method described in JIS K-1469. This measuring method will be described below.

【0055】<嵩密度測定方法>予め質量を測定してお
いた容量100cm3 のメスシリンダーを斜めにし、こ
れに試料粉末100cm3 を、さじを用いて徐々に投入
する。そして、全体の質量を最小目盛り0.1gで測
り、その質量からメスシリンダーの質量を差し引くこと
で試料粉末の質量Mを求める。
<Method of Measuring Bulk Density> A measuring cylinder having a capacity of 100 cm 3, whose mass has been measured in advance, is slanted, and 100 cm 3 of sample powder is gradually poured into the measuring cylinder using a spoon. Then, the total mass is measured at the minimum scale of 0.1 g, and the mass M of the sample powder is obtained by subtracting the mass of the measuring cylinder from the mass.

【0056】次に、試料粉末が投入されたメスシリンダ
ーにコルク栓をし、その状態のメスシリンダーを、ゴム
板に対して約5センチメートルの高さから50回落下さ
せる。その結果、メスシリンダー中の試料粉末は圧縮さ
れるので、その圧縮された試料粉末の容積Vを読み取
る。そして、下記の式1により嵩密度(g/cm3 )を
算出する。
Next, the graduated cylinder into which the sample powder has been charged is cork-stopped, and the graduated cylinder in that state is dropped 50 times from a height of about 5 cm on the rubber plate. As a result, since the sample powder in the measuring cylinder is compressed, the volume V of the compressed sample powder is read. Then, the bulk density (g / cm 3 ) is calculated by the following equation 1.

【0057】D=M/V・・・式1 D:嵩密度(g/cm3 ) M:メスシリンダー中の試料粉末の質量(g) V:50回落下後のメスシリンダー中の試料粉末の容積
(cm3 ) 黒鉛材料としては、この嵩密度が0.4g/cm3以上
のものを用いるのが望ましい。黒鉛材料は形状が鱗片状
であることから電極から剥がれ落ち易く、このことがサ
イクル寿命を短くする原因になる。但し、このように嵩
密度が0.4g/cm3以上の黒鉛材料であれば、剥が
れ落ちが抑えられ、サイクル寿命が向上する。なお、嵩
密度のより好ましい範囲は、0.5g/cm3以上、さ
らには0.6g/cm3以上である。
D = M / V Formula 1 D: Bulk density (g / cm 3 ) M: Mass of sample powder in graduated cylinder (g) V: Sample powder in graduated cylinder after falling 50 times Volume (cm 3 ) It is desirable to use a graphite material having a bulk density of 0.4 g / cm 3 or more. Since the graphite material has a scale-like shape, it is easily peeled off from the electrode, which causes a reduction in cycle life. However, with such a graphite material having a bulk density of 0.4 g / cm 3 or more, exfoliation is suppressed and cycle life is improved. In addition, a more preferable range of the bulk density is 0.5 g / cm 3 or more, and more preferably 0.6 g / cm 3 or more.

【0058】次に、平均形状パラメータxaveは以下の
ようにして求められるものである。
Next, the average shape parameter x ave is obtained as follows.

【0059】<平均形状パラメータxave:SEM法>
すなわち、黒鉛材料の代表的な粒子形状は、図1あるい
は図2の模式図で示すように偏平な円柱状あるいは直方
体状である。この黒鉛粒子の最も厚さの薄い部分の厚さ
をT、最も長さの長い長軸方向の長さをL、奥行きに相
当する長軸と直交する方向の長さをWとしたときに、L
とWそれぞれをTで除した値の積が上記形状パラメータ
xである。この形状パラメータxが小さいもの程、底面
積に対する高さが高く偏平度が小さいことを意味する。
<Average shape parameter x ave : SEM method>
That is, the typical particle shape of the graphite material is a flat columnar shape or a rectangular parallelepiped shape as shown in the schematic diagram of FIG. 1 or FIG. When the thickness of the thinnest part of the graphite particles is T, the length of the longest major axis direction is L, and the length in the direction orthogonal to the major axis corresponding to the depth is W, L
And the product of W and T divided by T is the shape parameter x. The smaller the shape parameter x, the higher the height relative to the bottom area and the smaller the flatness.

【0060】x=(W/T)×(L/T)・・・式2 x:形状パラメータ T:粉末の最も厚さの薄い部分の厚さ L:粉末の長軸方向の長さ W:粉末の長軸と直交する方向の長さ このような形状パラメータxを、実際の黒鉛粉末につい
て測定するには、黒鉛粉末の形状をSEM(走査型電子
顕微鏡)を用いて観察し、最も長さの長い部分の長さが
平均粒径の±30%であるような粉末を10個選択す
る。そして、選択した10個の粉末それぞれについて式
2により形状パラメータを計算し、その平均を算出す
る。この算出された平均値が平均形状パラメータxave
である。
X = (W / T) × (L / T) Formula 2 x: Shape parameter T: Thickness of the thinnest portion of powder L: Length of powder in the major axis direction W: Length in the direction orthogonal to the major axis of the powder To measure such a shape parameter x for an actual graphite powder, the shape of the graphite powder is observed using an SEM (scanning electron microscope), and the length is measured. Are selected such that the length of the long part is ± 30% of the average particle size. Then, for each of the selected ten powders, the shape parameters are calculated according to Equation 2, and the average is calculated. The calculated average value is the average shape parameter x ave
It is.

【0061】この平均形状パラメータxaveは125以
下であるのが望ましい。嵩密度が上述の範囲内であっ
て、且つこのようにして求められる平均形状パラメータ
aveが125以下であるような偏平度の低い黒鉛粉末
を用いると、電極の構造がさらに改善され、黒鉛粉末が
剥がれ落ち難くなる。これにより、サイクル寿命がより
一層向上することになる。なお、平均形状パラメータx
ave のより好ましい範囲は、2以上115以下、さらに
は2以上100以下である。
The average shape parameter x ave is desirably 125 or less. When a graphite powder having a low flatness such that the bulk density is within the above range and the average shape parameter x ave thus obtained is 125 or less is used, the structure of the electrode is further improved, and the graphite powder is improved. Is difficult to peel off. As a result, the cycle life is further improved. Note that the average shape parameter x
The more preferable range of ave is 2 or more and 115 or less, and further 2 or more and 100 or less.

【0062】続いて、黒鉛粉末の比表面積であるが、こ
れは窒素吸着BET法によって求められ、9m2/g以
下であるのが望ましい。嵩密度、平均形状パラメータx
aveが上記条件を満たすとともに、この比表面積が9m2
/g以下の黒鉛粉末を用いることによって、電池のサイ
クル寿命がさらに改善される。
Subsequently, the specific surface area of the graphite powder is determined by the nitrogen adsorption BET method, and is preferably 9 m 2 / g or less. Bulk density, average shape parameter x
ave satisfies the above conditions and the specific surface area is 9 m 2
The cycle life of the battery is further improved by using a graphite powder of not more than / g.

【0063】なお、比表面積の規制が電池のサイクル寿
命に効果を示すのは、この比表面積が、黒鉛粉末への微
粒子の付着を反映するからである。
The reason why the regulation of the specific surface area has an effect on the cycle life of the battery is that this specific surface area reflects the adhesion of the fine particles to the graphite powder.

【0064】すなわち、黒鉛粉末にはサブミクロン程度
の微粒子が付着している場合が多く、微粒子の付着が黒
鉛材料の嵩密度を低くしているものと考えられる。した
がって、黒鉛粉末への微粒子の付着はできるだけ少ない
方が望ましい。
That is, fine particles of about submicron are often attached to the graphite powder, and it is considered that the attachment of the fine particles lowers the bulk density of the graphite material. Therefore, it is desirable that the adhesion of the fine particles to the graphite powder is as small as possible.

【0065】一方、黒鉛粉末の比表面積は、同じ粒度で
あれば、微粒子の付着が多い程大きくなり、逆に微粒子
の付着が少ない程小さくなる。つまり、比表面積は微粒
子の付着の程度の指標となり、この比表面積が9m2
g以下に抑えれているということは、この微粒子の付着
が非常に少ないことを意味しており、高い嵩密度が得ら
れ長サイクル寿命が得られる。なお、この比表面積は、
より好ましくは7m2/g以下、さらに好ましくは5m2
/g以下である。
On the other hand, the specific surface area of the graphite powder increases as the number of fine particles increases, and decreases as the amount of fine particles decreases, as long as the particle size is the same. That is, the specific surface area is an index of the degree of adhesion of the fine particles, and the specific surface area is 9 m 2 /
g means that adhesion of the fine particles is very small, a high bulk density is obtained, and a long cycle life is obtained. The specific surface area is
More preferably 7m 2 / g or less, more preferably 5 m 2
/ G or less.

【0066】黒鉛粉末の粒度は、粒度分布図(横軸:粒
径、縦軸:粒子個数)から求められる累積10%粒径、
累積50%粒径、累積90%粒径によって最適化され
る。この累積10%粒径、累積50%粒径、累積90%
粒径とは、粒度分布図において、それぞれ0μmから積
分した面積が全面積の10%,50%,90%となった
ときの粒径のことである。
The particle size of the graphite powder is determined by a cumulative 10% particle size obtained from a particle size distribution diagram (horizontal axis: particle size, vertical axis: number of particles),
Optimized by cumulative 50% particle size, cumulative 90% particle size. This cumulative 10% particle size, cumulative 50% particle size, cumulative 90%
The particle size is the particle size when the area integrated from 0 μm is 10%, 50%, and 90% of the total area in the particle size distribution diagram.

【0067】このうち、累積10%粒径は3μm以上、
累積50%粒径は10μm以上、累積90%粒径は70
μm以下であるのが望ましい。これは 以下の理由から
である。
Among them, the cumulative 10% particle size is 3 μm or more,
The cumulative 50% particle size is 10 μm or more, and the cumulative 90% particle size is 70 μm.
It is desirable that it is not more than μm. This is for the following reasons.

【0068】すなわち、電極充填性を考えた場合、黒鉛
粉末の粒度分布は、横軸(粒径)にある程度幅をもった
分布であり、特に正規分布となっていると高い充填効率
が得られ、望ましい。
That is, in consideration of the electrode filling property, the particle size distribution of the graphite powder has a certain width on the horizontal axis (particle size). ,desirable.

【0069】但し、過充電等の異常事態になった場合、
電池に発熱が生じる可能性があり、このような場合に、
小粒径の黒鉛粉末の分布嵩が大きいと、発熱温度が高く
なる傾向がある。
However, if an abnormal situation such as overcharging occurs,
The battery can generate heat, and in such cases,
If the distribution bulk of the graphite powder having a small particle size is large, the heat generation temperature tends to increase.

【0070】一方、電池の充電時には、黒鉛層間へリチ
ウムイオンが挿入されるため結晶子が約10%膨張す
る。そして、この膨張によって正極やセパレータが圧迫
され、初充電時に内部ショート等の初期不良が起こり易
い状態になる。このような膨張による不良は、大粒径の
黒鉛粉末の分布嵩が大きい程顕著になる。
On the other hand, when the battery is charged, the crystallites expand about 10% because lithium ions are inserted between the graphite layers. Then, the positive electrode and the separator are squeezed by this expansion, and an initial failure such as an internal short-circuit is likely to occur at the time of the first charge. Such a defect due to expansion becomes more remarkable as the distribution bulk of the graphite powder having a large particle size increases.

【0071】つまり、黒鉛粉末は、小粒径のものが多す
ぎても、大粒径のものが多すぎても不具合があり、粒径
の大きい粒子から小さい粒子までバランス良く配合され
ているのが望ましい。
In other words, the graphite powder has a problem that there are too many particles having a small particle diameter or too many particles having a large particle diameter. Is desirable.

【0072】上述の累積10%粒径、累積50%粒径、
累積90%粒径の範囲はこれらの点に着目して設定され
たものであり、これを満たす黒鉛材料は粒径の大きい粒
子から小さい粒子までバランス良く配合されている。し
たがって、過充電時等において電池の発熱が抑えられる
とともに初期不良が低減し、高い信頼性が得られる。な
お、これら累積粒径のうち、特に累積90%粒径は、初
期不良を防止する点から60μm以下であるのが望まし
い。
The above-described cumulative 10% particle size, cumulative 50% particle size,
The range of the 90% cumulative particle size is set by paying attention to these points, and the graphite material that satisfies these conditions is blended in a well-balanced manner from large to small particles. Therefore, heat generation of the battery is suppressed at the time of overcharging and the like, and initial failure is reduced, and high reliability is obtained. It is to be noted that among these cumulative particle diameters, particularly, the 90% cumulative particle diameter is desirably 60 μm or less from the viewpoint of preventing initial failure.

【0073】なお、粒子の粒径及び粒子個数は、例えば
マイクロトラック粒度分析計を用い、レーザー光の散乱
によって測定することができる。
The particle size and the number of particles can be measured, for example, by scattering a laser beam using a Microtrac particle size analyzer.

【0074】次に、黒鉛粉末の破壊強度は次のようにし
て測定される、 <平均粒子破壊強度の測定方法>破壊強度の測定は、島
津微小圧縮試験機(島津製作所社製 商品名MCTM−
500)を用いて行う。
Next, the breaking strength of the graphite powder is measured as follows. <Measurement method of average particle breaking strength> The breaking strength is measured by a Shimadzu micro compression tester (trade name: MCTM-, manufactured by Shimadzu Corporation).
500).

【0075】まず、付属の光学顕微鏡によって黒鉛粉末
を観察し、最も長さの長い部分の長さが平均粒径の±1
0%であるような粉末を10個選択する。そして、選択
した10個の粉末それぞれについて、荷重を掛けて破壊
強度を測定し、その平均値を算出する。この算出された
平均値が黒鉛粉末の平均粒子破壊強度である。
First, the graphite powder was observed with the attached optical microscope, and the length of the longest part was ± 1 of the average particle diameter.
Select 10 powders that are 0%. Then, a load is applied to each of the selected 10 powders to measure the breaking strength, and the average value is calculated. The calculated average value is the average particle breaking strength of the graphite powder.

【0076】実用電池として十分な重負荷特性を得るに
は、黒鉛粉末の平均粒子破壊強度が6.0kgf/mm
2以上であるのが望ましい。なお、この破壊強度と負荷
特性には次のような関係がある。
In order to obtain sufficient heavy load characteristics for a practical battery, the average particle breaking strength of graphite powder is 6.0 kgf / mm.
It is desirable that it be 2 or more. Note that the following relationship exists between the breaking strength and the load characteristics.

【0077】まず、負荷特性には放電時のイオンの動き
易さが影響する。
First, the load characteristics are influenced by the ease of movement of ions during discharge.

【0078】ここで、電極材料に空孔が多く存在する場
合には、電極中に電解液が含浸され易いため、イオンが
移動し易く、良好な負荷特性が得られる。電極材料に空
孔が少ないと、イオンが移動し難いため、負荷特性の点
で劣ってしまう。
Here, when the electrode material has many pores, the electrolyte is easily impregnated into the electrode, so that the ions can easily move and good load characteristics can be obtained. If the electrode material has few vacancies, it is difficult for ions to move, resulting in poor load characteristics.

【0079】一方、結晶性の高い黒鉛材料は、a軸結晶
方向に黒鉛六角網面が発達しており、その積み重なりに
よってC軸の結晶子が成り立っている。この炭素六角網
面同士の結合はファンデルワールス力という弱い結合で
あり、応力に対して変形しやすい。このため、黒鉛材料
は、通常、圧縮成型によって電極に充填する際に潰れ易
く、イオンの移動をし易くするための空孔を確保してお
くのが難しい。
On the other hand, a graphite material having a high crystallinity has a hexagonal network of graphite developed in the a-axis crystal direction, and a C-axis crystallite is formed by stacking. The bond between the carbon hexagonal mesh planes is a weak bond called van der Waals force, and is easily deformed by stress. For this reason, the graphite material is usually easily crushed when filling the electrode by compression molding, and it is difficult to secure holes for facilitating the movement of ions.

【0080】上述したような破壊強度は、このような空
孔の潰れ難さの指標となるものである。黒鉛材料であっ
ても、破壊強度を6.0kg/mm2以上に規制して用
いれば、空孔が確保され、良好な負荷特性が得られるよ
うになる。
The breaking strength as described above is an index of the difficulty in crushing such a hole. Even if a graphite material is used with the breaking strength regulated to 6.0 kg / mm 2 or more, pores are secured and good load characteristics can be obtained.

【0081】黒鉛材料としては以上のような物性を有す
るものが選択して用いられるが、この黒鉛材料は、天然
黒鉛であっても、有機材料を炭素化し、さらに高温処理
することで得られる人造黒鉛であっても良い。
As the graphite material, those having the above-mentioned physical properties are selected and used. Even if this graphite material is natural graphite, it is an artificial material obtained by carbonizing an organic material and further performing high-temperature treatment. It may be graphite.

【0082】人造黒鉛を生成するに際して、出発原料と
なる有機材料としては石炭やピッチが代表的である。
Coal and pitch are typical examples of organic materials used as starting materials for producing artificial graphite.

【0083】ピッチとしては、コールタール、エチレン
ボトム油、原油等の高温熱分解で得られるタール類、ア
スファルトなどより蒸留(真空蒸留、常圧蒸留、スチー
ム蒸留)、熱重縮合、抽出、化学重縮合等の操作によっ
て得られるものや、その他木材材乾留時に生成するピッ
チ等もある。
The pitch can be obtained by distillation (vacuum distillation, normal pressure distillation, steam distillation) from coal tar, ethylene bottom oil, crude oil, etc. obtained by high-temperature pyrolysis, asphalt, etc., thermal polycondensation, extraction, chemical weight There are also ones obtained by operations such as condensation, and other pitches formed during carbonization of wood materials.

【0084】さらにピッチとなる出発原料としてはポリ
塩化ビニル樹脂,ポリビニルアセテート,ポリビニルブ
チラート,3,5−ジメチルフェノール樹脂等がある。
Further, starting materials for forming the pitch include polyvinyl chloride resin, polyvinyl acetate, polyvinyl butyrate, 3,5-dimethylphenol resin and the like.

【0085】これら石炭,ピッチは、炭素化の途中、最
高400℃程度で液状で存在し、その温度で保持するこ
とで芳香環同士が縮合,多環化し積層配向した状態とな
り、その後500℃程度以上の温度になると固体の炭素
前駆体,すなわちセミコークスを形成する。このような
過程を液相炭素化過程と呼び、易黒鉛化炭素の典型的な
生成過程である。
During the carbonization, these coals and pitches exist in a liquid state at a maximum of about 400 ° C., and when held at that temperature, the aromatic rings are condensed and polycyclic to form a laminated orientation. At the above temperature, a solid carbon precursor, that is, semi-coke is formed. Such a process is called a liquid phase carbonization process and is a typical production process of graphitizable carbon.

【0086】その他、ナフタレン,フェナントレン,ア
ントラセン,トリフェニレン,ピレン,ペリレン,ペン
タフェン,ペンタセン等の縮合多環炭化水素化合物、そ
の他誘導体(例えばこれらのカルボン酸,カルボン酸無
水物,カルボン酸イミド等)あるいは混合物、アセナフ
チレン,インドール,イソインドール,キノリン,イソ
キノリン,キノキサリン,フタラジン,カルバゾール,
アクリジン,フェナジン,フェナントリジン等の縮合複
素環化合物、さらにはその誘導体も原料として使用可能
である。
In addition, condensed polycyclic hydrocarbon compounds such as naphthalene, phenanthrene, anthracene, triphenylene, pyrene, perylene, pentaphene, pentacene, other derivatives (eg, carboxylic acids, carboxylic anhydrides, carboxylic imides, etc.) or mixtures thereof , Acenaphthylene, indole, isoindole, quinoline, isoquinoline, quinoxaline, phthalazine, carbazole,
Condensed heterocyclic compounds such as acridine, phenazine and phenanthridine, and their derivatives can also be used as raw materials.

【0087】以上の有機材料を出発原料として人造黒鉛
を生成するには、例えば、上記有機材料を窒素等の不活
性ガス気流中、温度300〜700℃で炭化した後、不
活性ガス気流中、昇温速度毎分1〜100℃、到達温度
900〜1500℃、到達温度での保持時間0〜30時
間程度の条件で仮焼し(このプロセスまで経たものが易
黒鉛化性炭素材料である)、さらに温度2000℃以
上、好ましくは2500℃以上で熱処理する。勿論、場
合によっては炭化や仮焼操作は省略しても良い。
In order to produce artificial graphite using the above organic material as a starting material, for example, the above organic material is carbonized in a stream of inert gas such as nitrogen at a temperature of 300 to 700 ° C., and then in a stream of inert gas. Calcination is carried out under the conditions of a heating rate of 1 to 100 ° C. per minute, a reached temperature of 900 to 1500 ° C., and a holding time at the reached temperature of about 0 to 30 hours. And heat treatment at a temperature of 2000 ° C. or higher, preferably 2500 ° C. or higher. Of course, in some cases, the carbonization and calcination operations may be omitted.

【0088】生成された黒鉛材料は分級あるいは粉砕・
分級して負極材料に供されるが、粉砕は、炭化、仮焼の
前後、あるいは、黒鉛化前の昇温過程の間のいずれで行
っても良い。なお、これらの場合には、最終的に粉末状
態で黒鉛化のための熱処理が行われる。
The produced graphite material is classified or pulverized.
The particles are classified and provided to the negative electrode material. The pulverization may be performed before or after carbonization or calcination, or during a temperature raising process before graphitization. In these cases, a heat treatment for graphitization is finally performed in a powder state.

【0089】但し、嵩密度や破壊強度の高い黒鉛粉末を
得るには、原料を成型体としたかたちで熱処理を行い、
得られた黒鉛化成型体を粉砕、分級するのが望ましい。
However, in order to obtain a graphite powder having a high bulk density and a high breaking strength, a heat treatment is performed in the form of a raw material as a molded body.
It is desirable to pulverize and classify the obtained graphitized molded body.

【0090】すなわち、黒鉛化成型体を作製するには、
フィラーとなるコークスと、成型剤あるいは焼結剤とな
るバインダーピッチを混合して成型する。そして、この
成型体を1000℃以下の低温で熱処理した後、溶融さ
せたバインダーピッチを含浸させるといったピッチ含浸
/焼成工程を数回繰り返した後、高温で熱処理する。含
浸させたバインダーピッチは、以上の熱処理過程で炭素
化し、黒鉛化される。そして、得られた黒鉛化成型体を
粉砕して黒鉛粉末とする。
That is, to produce a graphitized molded body,
A coke as a filler and a binder pitch as a molding agent or a sintering agent are mixed and molded. Then, after a heat treatment is performed on the molded body at a low temperature of 1000 ° C. or less, a pitch impregnation / firing step of impregnating with a molten binder pitch is repeated several times, and then a heat treatment is performed at a high temperature. The impregnated binder pitch is carbonized and graphitized in the above heat treatment process. Then, the obtained graphitized molded body is pulverized into graphite powder.

【0091】このようにして得られた黒鉛化成型体の粉
砕粉は、嵩密度や破壊強度が高く、性能に優れた電極が
得られる。
The pulverized powder of the graphitized molded body thus obtained has high bulk density and high breaking strength, and an electrode excellent in performance can be obtained.

【0092】また、フィラー(コークス)とバインダー
ピッチを原料にしているため、多結晶体として黒鉛化
し、また原料に含まれる硫黄や窒素が熱処理時にガスと
なって発生するため、その通り路にミクロな空孔が形成
される。空孔が形成されていると、負極の反応、すなわ
ちリチウムのドープ・脱ドープ反応が進行し易くなる。
また、空孔が空いていると、工業的に処理効率が高いと
いう利点もある。
Further, since filler (coke) and binder pitch are used as raw materials, the raw material is graphitized as a polycrystal, and sulfur and nitrogen contained in the raw materials are generated as a gas during heat treatment. Pores are formed. When the pores are formed, the reaction of the negative electrode, that is, the doping / dedoping reaction of lithium, easily proceeds.
In addition, there is an advantage that the processing efficiency is industrially high when the holes are open.

【0093】なお、成型体の原料としては、それ自身に
成型性、焼結性を有するフィラーを用いても良い。この
場合には、バインダーピッチの使用は不要である。
As the raw material of the molded body, a filler having moldability and sinterability itself may be used. In this case, it is not necessary to use a binder pitch.

【0094】負極材料としては、炭素材料の他、リチウ
ムイオンのドープ・脱ドープ可能な金属酸化物も使用可
能である。
As the negative electrode material, in addition to a carbon material, a metal oxide capable of doping / dedoping lithium ions can be used.

【0095】金属酸化物としては、遷移金属を含有する
酸化物が好適であり、具体的には酸化鉄、酸化ルテニウ
ム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタン、
酸化スズ、酸化珪素等を主体とする結晶化合物あるいは
非結晶化合物が挙げられる。なお、このうち充放電電位
が比較的金属Liに近いものを用いるのは望ましい。
As the metal oxide, an oxide containing a transition metal is preferable. Specifically, iron oxide, ruthenium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, titanium oxide,
A crystalline compound or an amorphous compound mainly composed of tin oxide, silicon oxide, or the like can be given. In addition, it is desirable to use one having a charge / discharge potential relatively close to metal Li.

【0096】以上のように負極の材料としては、黒鉛、
難黒鉛化性炭素材料、金属酸化物等が使用されるが、こ
のうちリチウムイオンのドープ・脱ドープに伴った膨張
・収縮は黒鉛において顕著である。本発明の効果、すな
わち電解液にNaイオンを含有させる効果は、このよう
な黒鉛を用いた場合に最も大きく発揮される。
As described above, the materials of the negative electrode include graphite,
A non-graphitizable carbon material, a metal oxide, or the like is used. Among them, expansion and contraction accompanying doping and undoping of lithium ions are remarkable in graphite. The effect of the present invention, that is, the effect of including Na ions in the electrolytic solution, is most exerted when such graphite is used.

【0097】次に、正極の材料について説明する。Next, the material of the positive electrode will be described.

【0098】正極材料は、十分な量のLiを含んでいる
ことが好ましく、例えば一般式LiMO2(但し、Mは
Co,Ni,Mn,Fe,Al,V,Tiの少なくとも
1種を表す)で表されるリチウムと遷移金属からなる複
合金属酸化物やLiを含んだ層間化合物等が好適であ
る。
The cathode material preferably contains a sufficient amount of Li, for example, a general formula LiMO 2 (where M represents at least one of Co, Ni, Mn, Fe, Al, V, and Ti) A composite metal oxide composed of lithium and a transition metal represented by the following formula, an intercalation compound containing Li, and the like are preferable.

【0099】特に、高容量を達成するためには、正極
は、定常状態(例えば5回程度充放電を繰り返した後)
で、負極材料1g当たり300mAh以上の充放電容量
相当分のLiをふくむことが必要であり、350mAh
以上の充放電容量相当分のLiを含むことがより好まし
い。
In particular, in order to achieve a high capacity, the positive electrode must be in a steady state (for example, after repeating charge and discharge about five times).
It is necessary to include Li corresponding to a charge / discharge capacity of 300 mAh or more per gram of the negative electrode material, and 350 mAh
It is more preferable to include Li equivalent to the charge / discharge capacity described above.

【0100】なお、Liは必ずしも正極からすべて供給
される必要はなく、要は電池系内に負極材料1g当たり
250mAh以上の充放電容量相当分のLiが存在すれ
ば良い。なお、この電池系内のLi量は、電池の放電容
量を測定することによって判断することとする。
It is not always necessary to supply all of the Li from the positive electrode, but it is essential that Li be present in the battery system in an amount corresponding to a charge / discharge capacity of 250 mAh or more per gram of the negative electrode material. The amount of Li in the battery system is determined by measuring the discharge capacity of the battery.

【0101】[0101]

【実施例】以下、本発明に具体的な実施例について実験
結果に基づいて説明する。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below based on experimental results.

【0102】作製した電池の構造 後述の各実施例において作製した電池の構造を図3に示
す。
Structure of Battery Produced FIG. 3 shows the structure of the battery fabricated in each of the examples described later.

【0103】この非水電解液二次電池は、図3に示すよ
うに、負極集電体10に負極活物質を塗布してなる負極
1と、正極集電体11に正極活物質を塗布してなる正極
2とを、セパレータ3を介して巻回し、この巻回体の上
下に絶縁体4を載置した状態で電池缶5に収納してなる
ものである。
As shown in FIG. 3, the nonaqueous electrolyte secondary battery has a negative electrode 1 formed by applying a negative electrode active material to a negative electrode current collector 10 and a positive electrode active material applied to a positive electrode current collector 11. The positive electrode 2 is wound with a separator 3 interposed therebetween, and is housed in a battery can 5 with an insulator 4 placed above and below the wound body.

【0104】前記電池缶5には電池蓋7が封口ガスケッ
ト6を介してかしめることによって取付けられ、それぞ
れ負極リード12及び正極リード13を介して負極1あ
るいは正極2と電気的に接続され、電池の負極あるいは
正極として機能するように構成されている。
A battery lid 7 is attached to the battery can 5 by caulking via a sealing gasket 6, and is electrically connected to the negative electrode 1 or the positive electrode 2 via a negative electrode lead 12 and a positive electrode lead 13, respectively. Is configured to function as a negative electrode or a positive electrode.

【0105】そして、本実施例の電池では、前記正極リ
ード13は電池遮断用薄板8に溶接されて取り付けら
れ、この電流遮断用薄板8と熱感抵抗素子(PTC素
子)9を介して電池蓋7との電気的接続が図られてい
る。
In the battery of this embodiment, the positive electrode lead 13 is welded and attached to the battery cut-off thin plate 8, and the battery cover is connected to the battery cut-off thin plate 8 and the thermal resistance element (PTC element) 9. 7 is electrically connected.

【0106】このような構成を有する電池においては、
電池温度が異常上昇した場合には、、PTC素子9の電
気抵抗が高くなり、電流が遮断される。また、電池内部
の圧力が上昇すると、前記電流遮断等薄板8が押し上げ
られて変形する。すると、正極リード13が電流遮断用
薄板8と溶接された部分を残して切断され、電流が遮断
される。
In a battery having such a configuration,
When the battery temperature rises abnormally, the electric resistance of the PTC element 9 increases, and the current is cut off. Also, when the pressure inside the battery rises, the thin plate 8 such as the current interrupter is pushed up and deformed. Then, the positive electrode lead 13 is cut leaving a portion welded to the current interrupting thin plate 8, and the current is interrupted.

【0107】実施例1 まず、負極活物質を次のようにして合成した。 Example 1 First, a negative electrode active material was synthesized as follows.

【0108】フィラーとなる石炭系コークス100重量
部に対し、バインダーとなるコールタール系ピッチを3
0重量部加え、温度約100℃で混合した後、プレスに
て圧縮成型し、炭素成型体の前駆体を得た。
Coal-based pitch as a binder was added to 100 parts by weight of coal-based coke as a filler.
After adding 0 parts by weight and mixing at a temperature of about 100 ° C., the mixture was compression-molded with a press to obtain a precursor of a carbon molded body.

【0109】次いで、この前駆体を1000℃以下の温
度で熱処理して炭素材料成型体を作製した。そして、こ
の炭素材料成型体に、200℃以下の温度で溶融させた
バインダーピッチを含浸し、1000℃以下の温度で熱
処理するというピッチ含浸/焼成工程を繰り返し行っ
た。
Next, this precursor was heat-treated at a temperature of 1000 ° C. or less to produce a molded carbon material. Then, a pitch impregnation / firing step of impregnating the carbon material molded body with a binder pitch melted at a temperature of 200 ° C. or less and performing a heat treatment at a temperature of 1000 ° C. or less was repeatedly performed.

【0110】その後、この炭素成型体を、不活性雰囲気
下、温度2700℃で熱処理することによって黒鉛化成
型体とし、粉砕,分級することによって黒鉛試料粉末を
作製した。
Thereafter, the carbon compact was heat-treated in an inert atmosphere at a temperature of 2700 ° C. to obtain a graphitized molded body, and pulverized and classified to prepare a graphite sample powder.

【0111】このとき得られた黒鉛材料の物性値を以下
に示す。
The physical properties of the graphite material obtained at this time are shown below.

【0112】(002)面の面間隔:0.337nm (002)面のC軸結晶子厚み:50.0nm 真密度:2.23g/cm3 嵩密度:0.83g/cm3 平均形状パラメータXave:10 比表面積:4.4m2/g 粒度: 平均粒径;31.2μm 累積10%粒径;12.3μm 累積50%粒径;29.5μm 累積90%粒径;53.7μm 粒子の破壊強度の平均値;7.1kgf/mm2 なお、(002)面の面間隔及び(002)面のC軸結
晶子厚みはX線回折測定、真密度はピクノメータ法、比
表面積はBET法、粒度はレーザ回折法による粒度分布
からそれぞれ測定した。
(002) plane spacing: 0.337 nm C-axis crystallite thickness of (002) plane: 50.0 nm True density: 2.23 g / cm 3 Bulk density: 0.83 g / cm 3 Average shape parameter X ave: 10 Specific surface area: 4.4 m 2 / g Particle size: average particle size; 31.2 μm cumulative 10% particle size; 12.3 μm cumulative 50% particle size; 29.5 μm cumulative 90% particle size; 53.7 μm Average value of fracture strength: 7.1 kgf / mm 2 In addition, the (002) plane spacing and the (002) plane C-axis crystallite thickness were measured by X-ray diffraction, the true density was Pycnometer method, the specific surface area was BET method, The particle size was measured from the particle size distribution by the laser diffraction method.

【0113】そして、以上のようにして得た黒鉛試料粉
末を負極活物質として負極1を作製した。
A negative electrode 1 was prepared using the graphite sample powder obtained as described above as a negative electrode active material.

【0114】まず、黒鉛試料粉末を90重量部と、結着
剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)10重量部
を混合して負極合剤を調製し、溶剤となるN−メチルピ
ロリドンに分散させることで負極合剤スラリー(ペース
ト状)とした。
First, 90 parts by weight of a graphite sample powder and 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, which is dispersed in N-methylpyrrolidone as a solvent. A negative electrode mixture slurry (paste) was obtained.

【0115】次いで、負極集電体10として厚さ10μ
mの帯状銅箔を用意し、この負極集電体10の両面に上
記負極合剤スラリーを均一に塗布、乾燥させた後、一定
圧力で圧縮成型することによって帯状負極1を作製し
た。
Next, a negative electrode current collector 10 having a thickness of 10 μm was prepared.
The negative electrode current collector 10 was prepared by uniformly applying and drying the negative electrode mixture slurry on both surfaces of the negative electrode current collector 10, and then compression-molded at a constant pressure to prepare the negative electrode band 1.

【0116】一方、正極活物質は次のようにして生成し
た。
On the other hand, the positive electrode active material was produced as follows.

【0117】炭酸リチウム0.5モルと炭酸コバルト1
モルを混合し、この混合物を、空気中、温度900℃で
5時間焼成した。得られた材料についてX線回折測定を
行った結果、JCPDSファイルに登録されたLiCo
2のピークと良く一致していた。
0.5 mol of lithium carbonate and cobalt carbonate 1
The moles were mixed and the mixture was calcined in air at 900 ° C. for 5 hours. As a result of performing X-ray diffraction measurement on the obtained material, LiCo registered in the JCPDS file was obtained.
It was in good agreement with the O 2 peak.

【0118】このLiCoO2を粉砕し、レーザ回折法
で得られる累積50%粒径が15μmのLiCoO2
末を得た。
This LiCoO 2 was pulverized to obtain a LiCoO 2 powder having a cumulative 50% particle size of 15 μm obtained by a laser diffraction method.

【0119】そして、このLiCoO2粉末95重量部
と炭酸リチウム粉末5重量部を混合し、この混合物のう
ち91重量部を、導電剤として燐片状黒鉛6重量部と結
着剤としてポリフッ化ビニリデン3重量部と混合して正
極合剤を調製し、N−メチルピロリドンに分散させるこ
とで正極合剤スラリー(ペースト状)とした。
Then, 95 parts by weight of this LiCoO 2 powder and 5 parts by weight of lithium carbonate powder were mixed, and 91 parts by weight of this mixture were used as a conductive agent, 6 parts by weight of flake graphite and polyvinylidene fluoride as a binder. The mixture was mixed with 3 parts by weight to prepare a positive electrode mixture, and dispersed in N-methylpyrrolidone to prepare a positive electrode mixture slurry (paste).

【0120】次いで、正極集電体11として厚さ20μ
mの帯状のアルミニウム箔を用意し、この正極集電体1
1の両面に上記正極合剤スラリーを均一に塗布、乾燥さ
せた後、圧縮成型することで帯状正極2を作製した。
Next, as the positive electrode current collector 11, a 20 μm thick
m, and a positive electrode current collector 1 was prepared.
The positive electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of No. 1 and dried, followed by compression molding to produce a belt-shaped positive electrode 2.

【0121】以上のようにして作製された帯状負極1、
帯状正極2を、図3に示すように厚さ25μmの微多孔
性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータを介し
て、負極1、セパレータ3、正極2、セパレータ3の順
に積層してから多数回巻回し、外径18mmの渦巻型電
極体を作製した。
The strip-shaped negative electrode 1 produced as described above,
As shown in FIG. 3, the belt-shaped positive electrode 2 is laminated in order of the negative electrode 1, the separator 3, the positive electrode 2, and the separator 3 via a separator made of a microporous polypropylene film having a thickness of 25 μm, and then wound many times. A spiral electrode body having a diameter of 18 mm was produced.

【0122】このようにして作製した渦巻型電極体を、
ニッケルめっきを施した鉄製電池缶5に収納した。
The spiral electrode body thus manufactured is
It was stored in a nickel-plated iron battery can 5.

【0123】そして、渦巻式電極の上下両面に絶縁板4
を配設し、アルミニウム製正極リード13を正極集電体
11から導出して電流遮断用薄板8に、ニッケル製負極
リード12を負極集電体10から導出して電池缶5に溶
接した。
Then, insulating plates 4 are provided on the upper and lower surfaces of the spiral electrode.
The aluminum positive electrode lead 13 was led out from the positive electrode current collector 11 and was welded to the current interrupting thin plate 8, and the nickel negative electrode lead 12 was drawn out from the negative electrode current collector 10 and welded to the battery can 5.

【0124】一方、エチレンカーボネートとジメチルカ
ーボネートの等容量混合溶媒に、LiPF6を1mol
/lなる濃度で溶解し、さらにNaPF6をNa換算で
5ppmとなるように添加することで電解液を調製し
た。そして、この電解液を電池缶5の中に注入した。
On the other hand, 1 mol of LiPF 6 was added to an equal volume mixed solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate.
/ L, and NaPF 6 was further added thereto at a concentration of 5 ppm in terms of Na to prepare an electrolytic solution. Then, the electrolytic solution was injected into the battery can 5.

【0125】次いで、アスファルトで表面を塗布した絶
縁封口ガスケット6を介して電池缶5をかしめること
で、電流遮断用薄板8、PTC素子9並びに電池蓋7を
固定し、電池内の気密性を保持させ、直径18mm、高
さ65mmの円筒型非水電解液二次電池を作製した。
Next, the battery can 5 is caulked via an insulating sealing gasket 6 coated with asphalt to fix the thin plate 8 for current cut-off, the PTC element 9 and the battery cover 7, thereby improving the airtightness in the battery. The cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery having a diameter of 18 mm and a height of 65 mm was produced.

【0126】実施例2〜実施例7 電解液に添加するNaPF6の量を、Na換算で表1に
示すppm濃度となるように設定したこと以外は、実施
例1と同様にして直径18mm、高さ65mmの円筒型
非水電解液二次電池を作製した。
Examples 2 to 7 The procedure of Example 1 was repeated except that the amount of NaPF 6 added to the electrolytic solution was set to the ppm concentration shown in Table 1 in terms of Na. A cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery having a height of 65 mm was produced.

【0127】比較例1 電解液にNaPF6を添加しないこと以外は、実施例1
と同様にして直径18mm、高さ65mmの円筒型非水
電解液二次電池を作製した。
Comparative Example 1 Example 1 was repeated except that NaPF 6 was not added to the electrolyte.
A cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery having a diameter of 18 mm and a height of 65 mm was produced in the same manner as described above.

【0128】比較例2 電解液に添加するNaPF6の量を、Na換算で2pp
mとなるように設定したこと以外は、実施例1と同様に
して直径18mm、高さ65mmの円筒型非水電解液二
次電池を作製した。
Comparative Example 2 The amount of NaPF 6 added to the electrolyte was 2 pp in terms of Na.
m, and a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery having a diameter of 18 mm and a height of 65 mm was prepared in the same manner as in Example 1 except that m was set to be m.

【0129】比較例3 電解液に添加するNaPF6の量を、Na換算で500
0ppmとなるように設定したこと以外は、実施例1と
同様に直径18mm、高さ65mmの円筒型非水電解液
二次電池を作製した。
Comparative Example 3 The amount of NaPF 6 added to the electrolyte was 500
A cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery having a diameter of 18 mm and a height of 65 mm was produced in the same manner as in Example 1 except that the concentration was set to 0 ppm.

【0130】以上のようにして作製された非水電解液二
次電池について、充放電サイクル試験を行い、初期サイ
クルに対する100サイクル後の容量維持率〔(100
サイクル後の容量)/(初期容量)〕×100%を算出
した。
The non-aqueous electrolyte secondary battery produced as described above was subjected to a charge / discharge cycle test, and the capacity retention rate after 100 cycles with respect to the initial cycle [(100
(Capacity after cycle) / (initial capacity)] × 100%.

【0131】なお、充放電は、最大充電電圧4.2V、
充電電流1Aで2.5時間充電した後、放電電流700
mAで2.75Vまで定電流放電するといった条件で行
った。
The charging and discharging were performed at a maximum charging voltage of 4.2 V,
After charging at a charging current of 1 A for 2.5 hours, a discharging current of 700
The test was performed under the condition that the battery was discharged at a constant current of 2.75 V at mA.

【0132】容量維持率の測定結果を電解液のNaイオ
ン濃度と併せて表1に示す。また、Naイオン濃度と容
量維持率の関係を図4に示す。
Table 1 shows the measurement results of the capacity retention ratio together with the Na ion concentration of the electrolytic solution. FIG. 4 shows the relationship between the Na ion concentration and the capacity retention ratio.

【0133】[0133]

【表1】 [Table 1]

【0134】図4に示すように、容量維持率は、電解液
のNaイオン濃度に依存して変化し、電解液にNaイオ
ンを含有させることによって電池の容量維持率を大きく
できることがわかる。
As shown in FIG. 4, the capacity retention rate changes depending on the Na ion concentration of the electrolytic solution, and it can be seen that the capacity retention rate of the battery can be increased by adding Na ions to the electrolytic solution.

【0135】但し、Naイオン濃度が2ppmの場合の
容量維持率は、Naイオンを電解液に含有させたなかっ
た場合と変わらない。
However, the capacity retention ratio when the Na ion concentration is 2 ppm is the same as when no Na ion is contained in the electrolyte.

【0136】また、Naイオン濃度を3000ppmよ
りも大きくした場合の容量維持率は、Naイオンを電解
液に含有させたなかった場合よりもかえって低くなる。
When the Na ion concentration is higher than 3000 ppm, the capacity retention ratio is lower than when no Na ion is contained in the electrolyte.

【0137】このことから、電解液に含有させるNaイ
オンの濃度は5ppm〜3000ppmが適当である。
From this, it is appropriate that the concentration of Na ions contained in the electrolytic solution is 5 ppm to 3000 ppm.

【0138】次に、他の例として電解液に含有させるナ
トリウム塩としてNaBF4,NaCF3SO3を用いた
場合、また負極活物質として難黒鉛化性炭素材料を用い
た場合について検討を行った。
Next, as other examples, the case where NaBF 4 or NaCF 3 SO 3 was used as a sodium salt to be contained in the electrolytic solution and the case where a non-graphitizable carbon material was used as a negative electrode active material were examined. .

【0139】実施例8 電解液に添加するナトリウム塩として、NaBF4をN
a換算で100ppmとなるように添加したこと以外
は、実施例1と同様にして直径18mm、高さ65mm
の円筒型非水電解液二次電池を作製した。
Example 8 As a sodium salt to be added to the electrolytic solution, NaBF 4 was changed to N
Except that it was added so as to be 100 ppm in terms of a, the same as in Example 1 except that the diameter was 18 mm and the height was 65 mm.
Was manufactured.

【0140】実施例9 電解液に添加するナトリウム塩として、NaCF3SO3
をNa換算で100ppmとなるように添加したこと以
外は、実施例1と同様にして直径18mm、高さ65m
mの円筒型非水電解液二次電池を作製した。
Example 9 As a sodium salt to be added to the electrolytic solution, NaCF 3 SO 3
Of 18 mm in diameter and 65 m in height in the same manner as in Example 1 except that
m of a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery.

【0141】実施例10 負極活物質として難黒鉛化性炭素材料を用いるととも
に、電解液に添加するNaPF6の量をナトリウム換算
で100ppmとなるように設定したこと以外は、実施
例1と同様にして直径18mm、高さ65mmの円筒型
非水電解液二次電池を作製した。
Example 10 The same procedure as in Example 1 was carried out except that the non-graphitizable carbon material was used as the negative electrode active material, and that the amount of NaPF 6 added to the electrolyte was set to 100 ppm in terms of sodium. Thus, a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery having a diameter of 18 mm and a height of 65 mm was produced.

【0142】なお、難黒鉛化性炭素材料は、次のように
して合成した。
The non-graphitizable carbon material was synthesized as follows.

【0143】フルフリルアルコール100重量部に対
し、85%酢酸0.5重量部、水10重量部を混合した
ものを湯浴上で5時間加熱し、粘調な重合体(フルフリ
ルアルコール樹脂)を得た。ここで残留した水及び未反
応アルコールは真空蒸留で除去した。
A mixture of 0.5 parts by weight of 85% acetic acid and 10 parts by weight of water with respect to 100 parts by weight of furfuryl alcohol was heated on a hot water bath for 5 hours to obtain a viscous polymer (furfuryl alcohol resin). I got The remaining water and unreacted alcohol were removed by vacuum distillation.

【0144】次に、得られたフルフリルアルコール樹脂
(PFA)を、窒素気流中、温度500℃で5時間炭化
し、その後、粉砕した。そして、この粉砕物を、温度1
200℃で1時間熱処理し、さらに粉砕することによっ
て平均粒径20μmの炭素材料粉末(難黒鉛化性炭素材
料)とした。
Next, the obtained furfuryl alcohol resin (PFA) was carbonized in a nitrogen stream at a temperature of 500 ° C. for 5 hours, and then pulverized. Then, this pulverized material is heated at a temperature of 1
Heat treatment was performed at 200 ° C. for 1 hour, and further pulverized to obtain a carbon material powder having an average particle diameter of 20 μm (a non-graphitizable carbon material).

【0145】このとき得られた難黒鉛化性炭素材料の物
性値を以下に示す。
The physical properties of the non-graphitizable carbon material obtained at this time are shown below.

【0146】(002)面の面間隔:0.383nm 真密度:1.52g/cm3 空気気流中の示差熱分析における酸化発熱ピーク温度:
634℃ なお、(002)面の面間隔はX線回折測定、真密度は
ピクノメータ法によってそれぞれ測定した。
[002] Plane spacing of (002) plane: 0.383 nm True density: 1.52 g / cm 3 Exothermic oxidation peak temperature in differential thermal analysis in air stream:
634 ° C. The plane spacing of the (002) plane was measured by X-ray diffraction, and the true density was measured by a pycnometer method.

【0147】比較例4 電解液にNaPF6を添加しないこと以外は、実施例1
0と同様にして直径18mm、高さ65mmの円筒型非
水電解液二次電池を作製した。
Comparative Example 4 Example 1 was repeated except that NaPF 6 was not added to the electrolyte.
0, a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery having a diameter of 18 mm and a height of 65 mm was produced.

【0148】以上のようにして作製した電池について、
上述と同様にして充放電サイクル試験を行い初期サイク
ルに対する100サイクル後の容量維持率を求めた。そ
の結果を表2に示す。
For the battery fabricated as described above,
A charge / discharge cycle test was performed in the same manner as described above, and the capacity retention rate after 100 cycles with respect to the initial cycle was determined. Table 2 shows the results.

【0149】[0149]

【表2】 [Table 2]

【0150】表2に示すように、実施例8,実施例9の
電池では、電解液にそれぞれNaBF4,NaCF3SO
3を添加しており、いずれも表1に示す比較例1よりも
大きな容量維持率が得られている。すなわち、NaBF
4やNaCF3SO3といったナトリウム塩も、電池の容
量維持率を高める効果を有しており、この効果はナトリ
ウム塩の種類に依らないことがわかる。
As shown in Table 2, in the batteries of Examples 8 and 9, NaBF 4 and NaCF 3 SO were used as electrolytes, respectively.
3 was added, and in each case, a larger capacity retention ratio than that of Comparative Example 1 shown in Table 1 was obtained. That is, NaBF
Sodium salts such as 4 and NaCF 3 SO 3 also have the effect of increasing the capacity retention of the battery, and it can be seen that this effect does not depend on the type of sodium salt.

【0151】但し、ナトリウム塩としてNaPF6を用
い、Naイオン濃度を100ppmとした実施例4の電
池と、実施例8,実施例9の電池を比べると、実施例4
の電池の方が高い容量維持率になっている。このことか
ら、NaBF4やNaCF3SO3よりも、NaPF6を用
いる方が効果が高いことがわかる。
However, when comparing the batteries of Example 4 with the Na ion concentration of 100 ppm and the batteries of Examples 8 and 9 using NaPF 6 as the sodium salt,
Battery has a higher capacity retention rate. This indicates that NaPF 6 is more effective than NaBF 4 or NaCF 3 SO 3 .

【0152】次に、負極活物質として難黒鉛化性炭素材
料を用いた実施例10と比較例4を比較すると、電解液
にNaイオンを含有させた実施例10の電池は、Naイ
オンを含有させていない比較例4に比べて大きな容量維
持率が得られている。
Next, a comparison between Example 10 using the non-graphitizable carbon material as the negative electrode active material and Comparative Example 4 shows that the battery of Example 10 in which the electrolyte contained Na ions contained Na ions. A larger capacity retention ratio is obtained as compared with Comparative Example 4 in which no storage was performed.

【0153】このことから、難黒鉛化性炭素材料を負極
活物質として用いる場合にも、電解液にNaイオンを含
有させることによって電池の容量維持率が大きくなるこ
とがわかる。
From this, it can be seen that even when the non-graphitizable carbon material is used as the negative electrode active material, the capacity retention of the battery is increased by adding Na ions to the electrolyte.

【0154】しかし、比較例1に対する実施例4の容量
維持率の増大分と、比較例4に対する実施例10の容量
維持率の増大分を比較すると、前者の方が後者に比べて
容量維持率の増大分が大きい。つまり、電解液にNaイ
オンを含有させることによる効果は、負極活物質として
黒鉛を用いた場合に顕著に発揮されることがわかる。
However, when comparing the increase in the capacity retention ratio of Example 4 with respect to Comparative Example 1 and the increase in the capacity retention ratio of Example 10 with respect to Comparative Example 4, the former is larger than the latter in comparison with the latter. Is large. That is, it can be seen that the effect of including Na ions in the electrolytic solution is remarkably exhibited when graphite is used as the negative electrode active material.

【0155】[0155]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の非水電解液二次電池では、電解液にナトリウムイオ
ンを5〜3000ppmなる濃度で含有させるので、充
放電サイクルに伴った容量劣化が小さく抑えられ、充放
電サイクル特性に優れている。したがって、大きなサイ
クル累積容量が求められる電気自動車等の供給電源とし
て好適である。
As is clear from the above description, in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, since the electrolyte contains sodium ions at a concentration of 5 to 3000 ppm, the capacity accompanying the charge / discharge cycle is increased. Deterioration is kept small, and the charge / discharge cycle characteristics are excellent. Therefore, it is suitable as a power supply for an electric vehicle or the like which requires a large cycle accumulated capacity.

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

【図1】黒鉛の粒子形状の一例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic view showing an example of a particle shape of graphite.

【図2】黒鉛の粒子形状の他の例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing another example of the particle shape of graphite.

【図3】本発明を適用した非水電解液二次電池の一構成
例を示す縦断面図である。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of a nonaqueous electrolyte secondary battery to which the present invention is applied.

【図4】電解液のNaイオン濃度と容量維持率の関係を
示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a Na ion concentration of an electrolytic solution and a capacity retention ratio.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 負極、2 正極 3セパレータ 1 negative electrode, 2 positive electrode, 3 separator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永峰 政幸 福島県郡山市日和田町高倉字下杉下1番地 の1 株式会社ソニー・エナジー・テック 内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Masayuki Nagamine 1-1-1 Shimosugishita, Takakura, Hiwada-cho, Koriyama-shi, Fukushima Prefecture Sony Energy Tech Co., Ltd.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 リチウムイオンをドープ・脱ドープする
ことが可能な負極、正極及び非水溶媒に電解質が溶解さ
れてなる非水電解液を有してなる非水電解液二次電池に
おいて、 上記非水電解液は、Naイオンが5ppm〜3000p
pmなる濃度で含有されていることを特徴とする非水電
解液二次電池。
1. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a negative electrode capable of doping / dedoping lithium ions, a positive electrode, and a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent, The non-aqueous electrolyte contains 5 ppm to 3000 p of Na ions.
A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by being contained at a concentration of pm.
【請求項2】 Naイオン源は、NaPF6であること
を特徴とする請求項1記載の非水電解液二次電池。
2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the Na ion source is NaPF 6 .
【請求項3】 正極は、LiMO2(但し、MはCo,
Ni,Mn,Fe,Al,V,Tiの少なくとも1種を
表す。)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物よりな
り、電解液は、環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルの
少なくともいずれかを含む非水溶媒にリチウム塩を溶解
してなることを特徴とする請求項1記載の非水電解液二
次電池。
3. The positive electrode is LiMO 2 (where M is Co,
It represents at least one of Ni, Mn, Fe, Al, V, and Ti. The electrolyte solution is formed by dissolving a lithium salt in a non-aqueous solvent containing at least one of a cyclic carbonate and a chain carbonate. 2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to 1.
【請求項4】 負極は、炭素材料よりなることを特徴と
する請求項1記載の非水電解液二次電池。
4. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode is made of a carbon material.
【請求項5】 炭素材料は、黒鉛材料であることを特徴
とする請求項4記載の非水電解液二次電池。
5. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, wherein the carbon material is a graphite material.
【請求項6】 炭素材料は、難黒鉛化性炭素材料である
ことを特徴とする請求項4記載の非水電解液二次電池。
6. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, wherein the carbon material is a non-graphitizable carbon material.
【請求項7】 負極は、結晶質あるいは非晶質の金属カ
ルコゲン化物よりなることを特徴とする請求項1記載の
非水電解液二次電池。
7. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode is made of a crystalline or amorphous metal chalcogenide.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007018945A (en) * 2005-07-11 2007-01-25 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Non-aqueous electrolyte and lithium secondary battery
WO2011037250A1 (en) * 2009-09-28 2011-03-31 住友化学株式会社 Sodium-ion-type power storage device
JP2012069894A (en) * 2009-09-28 2012-04-05 Sumitomo Chemical Co Ltd Sodium-ion-type power storage device
JP2019057372A (en) * 2017-09-20 2019-04-11 株式会社東芝 Lithium ion secondary battery, battery pack, and vehicle

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