JP2000012023A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Nonaqueous electrolyte secondary battery

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JP2000012023A
JP2000012023A JP10176805A JP17680598A JP2000012023A JP 2000012023 A JP2000012023 A JP 2000012023A JP 10176805 A JP10176805 A JP 10176805A JP 17680598 A JP17680598 A JP 17680598A JP 2000012023 A JP2000012023 A JP 2000012023A
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discharge capacity
battery
lithium
surface area
specific surface
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Masanori Ito
真典 伊藤
Tomoya Murata
知也 村田
Hideaki Nagura
秀哲 名倉
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Original Assignee
FDK Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase cycle discharge capacity of a lithium secondary battery using lithium manganese composite oxide represented by composition formula LixMn2-yMyO4, (M is a transition metal) in a positive electrode. SOLUTION: A lithium manganese composite oxide represented by the composition formula LixMn2-yMyO4 (M is transition metal, with x being in 1.15-1.25 range), having specific surface area of 0.05-0.5 m2/g is used as a positive active material. Cycle stability and thermal stability of a battery are increased, and cycle discharge capacity is also increased.

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、特に正極にリチウムマンガン複合酸化物を用いた非
水電解液二次電池の性能改善に関するものである。
The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly to an improvement in the performance of a non-aqueous electrolyte secondary battery using a lithium manganese composite oxide for a positive electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】リチウム二次電池は、放電容量が大き
く、高電圧、高エネルギー密度が得られることから、既
にポータブル電源用として円筒型や角型のものが実用化
されており、さらに電気自動車や電力保存用電源などへ
の適用をも目指して、より高いエネルギー密度を得るべ
く開発が進められている。
2. Description of the Related Art Since a lithium secondary battery has a large discharge capacity, a high voltage and a high energy density, a cylindrical or square type lithium secondary battery has already been put into practical use for a portable power supply. Developments are being pursued to obtain higher energy densities with the aim of applying it to power supplies for power storage.

【0003】ここで現状にあっては、リチウム二次電池
の正極活物質に適するものとしてコバルト酸リチウム等
が実用化されているが、当該コバルト酸リチウムの作製
にあたっては、資源的に希少なコバルトのレアメタルを
用いる必要があってコストがかかり、廉価に製造し難い
くということから、資源的に豊富で安価に作製できるマ
ンガン酸リチウムを正極活物質として採用することが検
討されている。
[0003] At present, lithium cobalt oxide or the like has been put into practical use as a material suitable for the positive electrode active material of a lithium secondary battery. Since it is necessary to use a rare metal and it is costly and it is difficult to manufacture it at a low cost, adoption of lithium manganate which is abundant in resources and can be manufactured at low cost is being studied as a positive electrode active material.

【0004】しかしながら、リチウムマンガン複合酸化
物を正極活物質として使用する場合の問題点として、コ
バルト酸リチウムを用いた場合と比較してサイクル放電
容量特性が劣り、電池の充放電サイクル特性が劣化し易
いことが指摘されている。
However, when using a lithium manganese composite oxide as a positive electrode active material, the cycle discharge capacity characteristics are inferior to the case where lithium cobalt oxide is used, and the charge / discharge cycle characteristics of the battery deteriorate. It is pointed out that it is easy.

【0005】この原因としては、充放電サイクルに伴う
LiMn2 4 の結晶格子の膨張収縮の繰り返しによ
り、当該LiMn2 4 でなる正極活物質と導電剤や集
電体との密着性が低下してしまい、このため集電効率の
低下を招いてサイクル特性の劣化が来されると考えられ
ている。また、LiMn2 4 自身の電解液との酸化安
定性や熱的安定性の低さも指摘されている。
[0005] The cause of this is that the adhesion between the positive electrode active material made of LiMn 2 O 4 and the conductive agent or current collector decreases due to the repetition of expansion and contraction of the LiMn 2 O 4 crystal lattice accompanying the charge / discharge cycle. As a result, it is considered that the current collection efficiency is reduced and the cycle characteristics are deteriorated. It is also pointed out that LiMn 2 O 4 itself has low oxidation stability and thermal stability with an electrolytic solution.

【0006】また、このような電池のサイクル劣化の対
策として、特開平8−69790号公報には、リチウム
マンガン複合酸化物の比表面積を0.05〜5.0m2
/gの範囲に規制することで、高エネルギー密度である
と共にサイクル特性に優れた二次電池を得ることが提案
されている。ここで、この比表面積の上限を5.0m2
/gとする理由は、リチウムマンガン複合酸化物の微細
化を抑えるためであり、比表面積が5.0m2 /gを超
えると粒子径が小さくなり、充放電に伴った微細化が進
行し易くなって、大きなサイクル低下を招いてしまうた
めであると説明されている。また、下限を0.05m2
/gとする理由は、正極活物質の比表面積が0.05m
2 /g未満になると、当該正極活物質の微細化は抑制さ
れるものの、粒子径が大きくなりすぎるために重負荷特
性が悪くなり、電池容量が小さくなるためであると説明
されている。
As a countermeasure against such a cycle deterioration of the battery, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-69790 discloses that the specific surface area of the lithium manganese composite oxide is 0.05 to 5.0 m 2.
It has been proposed to obtain a secondary battery having a high energy density and excellent cycle characteristics by regulating the content in the range of / g. Here, the upper limit of the specific surface area is 5.0 m 2.
The reason for setting to / g is to suppress the miniaturization of the lithium manganese composite oxide. When the specific surface area exceeds 5.0 m 2 / g, the particle diameter becomes small, and the miniaturization accompanying charge / discharge easily proceeds. It is described that this is because a large cycle reduction is caused. The lower limit is 0.05 m 2
/ G because the specific surface area of the positive electrode active material is 0.05 m
It is described that when the content is less than 2 / g, although the miniaturization of the positive electrode active material is suppressed, the heavy particle size becomes too large to deteriorate the heavy load characteristics and the battery capacity becomes small.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者等が鋭意研究を重ねた結果、リチウムマンガン複合酸
化物の比表面積が0.05〜5m2 /gの範囲にある場
合であっても、必ずしも初期放電容量とサイクル放電容
量維持率の両者を同時に高く維持することはできず、む
しろその範囲の下限に近い狭い領域(0.05〜0.5
2 /gの範囲)に適切なものがあること、また、この
比表面積の規制だけでは良好なサイクル放電容量特性を
得ることはできず、他の条件として、リチウムLiとマ
ンガンMnのモル比が適当な範囲になければならないこ
とが判った。
However, as a result of intensive studies conducted by the present inventors, even when the specific surface area of the lithium manganese composite oxide is in the range of 0.05 to 5 m 2 / g, It is not always possible to keep both the initial discharge capacity and the cycle discharge capacity retention rate high at the same time, but rather a narrow region (0.05 to 0.5) close to the lower limit of the range.
m 2 / g) and good cycle discharge capacity characteristics cannot be obtained only by regulating the specific surface area. Other conditions include the molar ratio of lithium Li to manganese Mn. Must be in the proper range.

【0008】本発明は以上の諸問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、正極活物質であるマンガン酸
リチウムのLi:(Mn+M)比と、比表面積を最適化
することにより、サイクル放電容量特性を改善した非水
電解液二次電池を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to optimize the Li: (Mn + M) ratio and the specific surface area of lithium manganate as a positive electrode active material, An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having improved cycle discharge capacity characteristics.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、正極活物
質に、組成式Lix Mn2-y y 4 (Mは遷移金属)
でXの値が1.15〜1.25の範囲にあり、かつ比表
面積が0.05〜0.5m2 /gの範囲にあるリチウム
マンガン複合酸化物を用いた電池の場合、サイクル安定
性や、熱的安定性が向上することを見出した。
Means for Solving the Problems The present inventors have added a composition formula Li x Mn 2- y My O 4 (M is a transition metal) to a positive electrode active material.
In the case of a battery using a lithium manganese composite oxide having a value of X in the range of 1.15 to 1.25 and a specific surface area in the range of 0.05 to 0.5 m 2 / g, the cycle stability Also, it has been found that the thermal stability is improved.

【0010】即ち、本発明の非水電解液二次電池は、負
極にリチウムをドープ、脱ドープできる材料を用い、正
極に組成式Lix Mn2-y My O4 (Mは遷移金属)で
与えられるリチウムマンガン複合酸化物を用い、電解液
として有機溶媒に電解質を溶解してなる非水電解液を用
いた非水電解液二次電池において、前記組成式で表され
るリチウムマンガン複合酸化物は、Xの値が1.15〜
1.25の範囲にあり、かつ比表面積が0.05〜0.
5m2 /gの範囲にあるものである(請求項1)。
That is, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention uses a material capable of doping and undoping lithium in the negative electrode, and uses the composition formula Li x Mn 2-y My O 4 (M is a transition metal) for the positive electrode. In a non-aqueous electrolyte secondary battery using a given lithium manganese composite oxide and a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving an electrolyte in an organic solvent as an electrolyte, a lithium manganese composite oxide represented by the above composition formula Means that the value of X is 1.15
1.25 and a specific surface area of 0.05 to 0.1.
It is in the range of 5 m 2 / g (Claim 1).

【0011】Liの比率Xが化学量論比1からリチウム
を増やして行くにつれて、初期放電容量が下がってい
く。しかしサイクル放電容量維持率は向上する。この理
由は定かでないが、Liを多く入れることでLiリッチ
な相(例えば、Li4 Mn5 12等)が成長し、放電容
量はLiMn2-y y 4 相が相対的に減る関係から下
がるが、電極反応に関係のない相が混在することによる
膨張収縮の減少等で活物質の安定化、すなわちサイクル
放電容量維持率の向上に寄与しているのではないかと推
測される(X>1.15)。リチウムマンガン複合酸化
物におけるXの値の下限を1.15とするのは、これ未
満では、サイクル放電容量維持率の向上が認められない
からである。
As the ratio X of Li increases from 1 in the stoichiometric ratio to lithium, the initial discharge capacity decreases. However, the cycle discharge capacity retention rate is improved. The reason for this is not clear, but a Li-rich phase (for example, Li 4 Mn 5 O 12 or the like) grows by adding a large amount of Li, and the discharge capacity is relatively reduced in the LiMn 2- y My O 4 phase. , It is speculated that this contributes to stabilization of the active material, that is, improvement of the cycle discharge capacity retention rate due to the reduction of expansion and contraction due to the coexistence of phases unrelated to the electrode reaction (X > 1.15). The reason why the lower limit of the value of X in the lithium manganese composite oxide is set to 1.15 is that if it is less than this, no improvement in the cycle discharge capacity retention rate is observed.

【0012】しかし、あまりLiが多くても、電池とし
ての容量の低下を招くので、活物質の安定性とのバラン
スを取りながらLiのLi/Mnモル比を考える必要が
ある(X<1.25)。リチウムマンガン複合酸化物に
おけるXの値の上限を1.25とするのは、これ以上で
は、電池としての容量の低下を招くためである。
However, if the amount of Li is too large, the capacity of the battery is reduced. Therefore, it is necessary to consider the Li / Mn molar ratio of Li while balancing the stability of the active material (X <1. 25). The reason why the upper limit of the value of X in the lithium manganese composite oxide is set to 1.25 is that if it exceeds this value, the capacity of the battery will be reduced.

【0013】なお、このXが1.15〜1.25という
値は、従来の例えば特開平9−86933号公報に開示
されているLiとMnのモル比、Li:Mn=0.9〜
1.10:2.00よりも大きい側に外れた範囲にある
ものである。yの上限値は0.6程度が好ましく、xの
値はMn+Mが2に対しての値であり、xとyとには直
接の相関性はない。
[0013] The value of X is 1.15 to 1.25, because the molar ratio of Li to Mn, Li: Mn = 0.9 to 0.1, disclosed in the prior art, for example, in JP-A-9-86933.
1.10: It is in a range deviating from the side larger than 2.00. The upper limit of y is preferably about 0.6, and the value of x is a value for Mn + M of 2, and there is no direct correlation between x and y.

【0014】また、本発明においては、リチウムマンガ
ン複合酸化物の比表面積は、従来の0.05〜5.0m
2 /gの範囲の下限に近い0.05〜0.5m2 /gと
いう狭い範囲に定められる。これは電解液との反応をで
きるだけ抑えるため、活物質の比表面積は小さい方がサ
イクル放電容量維持率が良好となるためである(比表面
積<0.5m2 /g)。比表面積の上限を0.5m2
gとし、比表面積をそれ以下に抑える理由は、比表面積
が0.5m2 /gを超えるとサイクル放電容量維持率が
大きく低下するからである。
In the present invention, the specific surface area of the lithium manganese composite oxide is 0.05 to 5.0 m, which is the conventional value.
It is set to a narrow range of 0.05 to 0.5 m 2 / g which is close to the lower limit of the range of 2 / g. This is because the smaller the specific surface area of the active material is, the better the cycle discharge capacity retention rate is, in order to suppress the reaction with the electrolytic solution as much as possible (specific surface area <0.5 m 2 / g). The upper limit of the specific surface area is 0.5 m 2 /
The reason why the specific surface area is set to be less than 0.5 g is that if the specific surface area exceeds 0.5 m 2 / g, the cycle discharge capacity retention rate is greatly reduced.

【0015】しかし、比表面積があまりに小さく、0.
05m2 /g未満になると、電極反応面積が小さくなる
ために、初期放電容量が低下してしまうので、比表面積
の下限は0.05m2 /gとなる(比表面積>0.05
2 /g)。
However, the specific surface area is so small that
If the surface area is less than 0.05 m 2 / g, the initial discharge capacity is reduced because the electrode reaction area is small, so the lower limit of the specific surface area is 0.05 m 2 / g (specific surface area> 0.05).
m 2 / g).

【0016】この電池における正極合剤の正極導電剤に
ついては、少なくとも一つは膨張黒鉛を使用することが
望ましい(請求項3)。また同時に使用する導電剤につ
いてはカーボンブラック、黒鉛、金属などあり、黒鉛に
おいては特に限定はなく、各種コークス、天然黒鉛、人
造黒鉛、活性炭、各種黒鉛等用いることができる。
It is desirable that at least one of the positive electrode conductive agents of the positive electrode mixture in this battery uses expanded graphite. The conductive agent to be used simultaneously includes carbon black, graphite, and metal. Graphite is not particularly limited, and various coke, natural graphite, artificial graphite, activated carbon, and various graphites can be used.

【0017】このことは後に示すが、LiCoO2 やL
iNiO2 の活物質と比較して、かさ密度の低いLix
Mn2-y y 4 は、充放電サイクルに伴う結晶格子の
膨張収縮のために、導電剤や集電体との密着性が低下し
易い。このため、ゼン虫状のハニカム構造をした膨張黒
鉛を使用することによって導電性を確保するだけでな
く、正極シートを作製する際の圧延過程でハニカムの間
に活物質が絡み合い、結合材としての役割も果たすよう
になるため、この欠点を解決することができる。
This will be described later, but LiCoO 2 and L
Compared to iNiO 2 active material, Li x has lower bulk density.
Mn 2-y M y O 4, for the expansion and contraction of the crystal lattice caused by the charge and discharge cycles, the adhesion between the conductive agent and the current collector tends to decrease. For this reason, the use of expanded graphite having a worm-like honeycomb structure not only ensures conductivity, but also the active material is entangled between the honeycombs during the rolling process when producing a positive electrode sheet, and as a binder, Since it also plays a role, this disadvantage can be solved.

【0018】負極は、リチウムをドープし得る材料であ
れば何でも良く、リチウム金属やリチウム合金、天然黒
鉛やコークス、炭素繊維、ガラス状炭素等の人造黒鉛、
Si、Sn等の酸化物などが挙げられる。
The negative electrode may be made of any material capable of doping lithium, such as lithium metal, lithium alloy, artificial graphite such as natural graphite or coke, carbon fiber, glassy carbon, or the like.
Oxides such as Si and Sn are exemplified.

【0019】電解液は、プロピレンカーボネート、エチ
レンカーボネート等の環状カーボネート類、ジメトキシ
エタン、テトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン、ジ
オキソラン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネ
ート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカー
ボネート等が挙げられる。
Examples of the electrolyte include cyclic carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, γ-butyrolactone, dioxolan, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate and the like.

【0020】また、本発明の請求項2に記載の非水電解
液二次電池では、電解質に六フッ化燐酸リチウム(以下
LiPF6 と記す)を用い、かつ電解液中のフッ化水素
の量を50ppm以下とする。ここでLiPF6 を使用
するのは電解質として好ましいためであるが、LiPF
6 は水との加水分解でフッ化水素酸(以下HFと記す)
を生成する。このHFはマンガン酸リチウムに大きなダ
メージを与える。このため、電解液中におけるHFの濃
度はできるだけ低い方がよい。そこで、本発明では電解
液中のHFの量を50ppm以下とする。ただし、この
HF濃度はマンガン酸リチウムの比表面積と密接に関連
する。即ち、マンガン酸リチウムの比表面積が大きい
と、HFがマンガン酸リチウムに大きなダメージを与え
る面積も大きくなり、結果として容量劣化の原因とな
る。このため、比表面積を小さくした上で、電解液中に
おけるHFの濃度を低く抑えることが重要である。
Further, in the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the second aspect of the present invention, lithium hexafluorophosphate (hereinafter referred to as LiPF 6 ) is used as an electrolyte and the amount of hydrogen fluoride in the electrolyte is reduced. To 50 ppm or less. Here, LiPF 6 is used because it is preferable as an electrolyte.
6 is hydrofluoric acid (hereinafter referred to as HF) by hydrolysis with water
Generate This HF causes great damage to lithium manganate. Therefore, the concentration of HF in the electrolytic solution should be as low as possible. Therefore, in the present invention, the amount of HF in the electrolyte is set to 50 ppm or less. However, this HF concentration is closely related to the specific surface area of lithium manganate. That is, when the specific surface area of lithium manganate is large, the area where HF causes large damage to lithium manganate also increases, resulting in capacity deterioration. For this reason, it is important to keep the HF concentration in the electrolytic solution low while reducing the specific surface area.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態に
基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on the illustrated embodiment.

【0022】本発明で得られた正極活物質を用いて以下
の電池を作製する。
The following batteries are prepared using the positive electrode active material obtained in the present invention.

【0023】図1は、非水電解液二次電池の断面図であ
る。図1において、1は正極板であり、正極活物質の酸
化物混合物と導電剤となる平均粒径10μmの膨張黒鉛
と結着剤のPTFEの水性ディスパージョンを重量比で
85:10:5の割合で混合し、水でペースト状に混練
したものを、厚さ30μmのアルミニウム箔の両面に塗
着した後、乾燥、圧延し、これらを缶に入る最大の所定
の大きさに切断して、帯状正極シートを作製した。この
シートの一部をシートの長手方向に対して垂直に合剤を
掻き取り、チタン製正極リード板を集電体上にスポット
溶接して取り付けた。また上記の材料の混合比率のうち
PTFEの水性ディスパージョンの割合はそのうちの固
形分の割合である。この時の正極活物質の重量は4.7
gである。
FIG. 1 is a sectional view of a non-aqueous electrolyte secondary battery. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a positive electrode plate, which is composed of an oxide mixture of a positive electrode active material, an expanded graphite having an average particle diameter of 10 μm as a conductive agent, and an aqueous dispersion of PTFE as a binder in a weight ratio of 85: 10: 5. After mixing at a ratio and kneading it into a paste with water, it was applied to both sides of a 30 μm-thick aluminum foil, dried, rolled, and cut into the largest predetermined size that would fit in a can. A belt-shaped positive electrode sheet was produced. The mixture was scraped off a part of the sheet perpendicularly to the longitudinal direction of the sheet, and a titanium positive electrode lead plate was attached to the current collector by spot welding. The ratio of the aqueous dispersion of PTFE in the mixing ratio of the above materials is the ratio of the solid content. At this time, the weight of the positive electrode active material was 4.7.
g.

【0024】負極活物質としてピッチ系コークスを黒鉛
化したカーボンを用いた。2は負極炭素材料極で、炭素
質粉末と結着剤のPTFEの水性ディスパージョンを重
量比で100:5の割合で混練したものを、ニッケル製
エキスパンドメタルに圧入し、乾燥後、各正極、8種類
に対応してそれぞれ切断し、帯状負極シートを作製し
た。このシートの一部をシート長手方向に対して垂直に
合剤を掻き取り、ニッケル製負極リード板を集電体上に
スポット溶接して取り付けた。なお、PTFEの比率は
上記と同様固形分の割合である。負極中の炭素質粉末の
重量は2.1gである。
As the negative electrode active material, carbon obtained by graphitizing pitch-based coke was used. Reference numeral 2 denotes a negative electrode carbon material electrode, which is obtained by kneading a carbonaceous powder and an aqueous dispersion of PTFE as a binder in a weight ratio of 100: 5 into a nickel expanded metal, followed by drying. Eight types were cut to produce strip-shaped negative electrode sheets. The mixture was scraped off a part of the sheet perpendicularly to the longitudinal direction of the sheet, and a nickel negative electrode lead plate was attached to the current collector by spot welding. In addition, the ratio of PTFE is a ratio of a solid content similarly to the above. The weight of the carbonaceous powder in the negative electrode was 2.1 g.

【0025】これら正極と負極とを、ポリプロピレン製
の微多孔フィルムセパレータ3を介して渦巻き状に巻回
し、ケース4内に挿入する。挿入後、チタン製リード5
をステンレス製封口板6にスポット溶接する。7はアル
ミニウム製の正極キャップ兼正極端子で、予め封口板6
にスポット溶接してある。また負極リード板11は負極
端子を兼ねたケース4の円形底面の中心位置にスポット
溶接する。8はポリプロピレン製の絶縁ガスケットであ
る。10は電池に異常が起きて、電池内圧が上昇した場
合に内部のガスが外部へ放出されるように取り付けてあ
る安全弁である。12はポリプロピレン製絶縁底板で、
巻回時に生じる空間Aと同面積になるように穴が開いて
いる。
The positive electrode and the negative electrode are spirally wound through a microporous film separator 3 made of polypropylene, and inserted into the case 4. After insertion, use titanium lead 5
Is spot-welded to the sealing plate 6 made of stainless steel. Reference numeral 7 denotes an aluminum positive electrode cap / positive terminal, which has a sealing plate 6 in advance.
Spot welded. Further, the negative electrode lead plate 11 is spot-welded to the center position of the circular bottom surface of the case 4 also serving as the negative electrode terminal. Reference numeral 8 denotes a polypropylene insulating gasket. Reference numeral 10 denotes a safety valve attached so that the internal gas is released to the outside when an abnormality occurs in the battery and the internal pressure of the battery increases. 12 is a polypropylene insulating bottom plate,
A hole is formed to have the same area as the space A generated at the time of winding.

【0026】以上の操作後、エチレンカーボネート、ジ
エチルカーボネートとの混合溶媒(体積比1:1)に電
解質としてLiPF6 を1モル含有した電解液を(2.
3ml)注入し封口する。電解液中のHF濃度は、30
ppmであった。完成電池のサイズは単3形(14.5
φmm×50mm)である。
After the above operation, an electrolytic solution containing 1 mol of LiPF 6 as an electrolyte in a mixed solvent (volume ratio 1: 1) with ethylene carbonate and diethyl carbonate (2.
3 ml) Inject and seal. The HF concentration in the electrolyte is 30
ppm. The size of the completed battery is AA (14.5)
φmm × 50 mm).

【0027】上記方法で作製した電池を用いて、20℃
の一定温度、0.2Cの一定電流で4.2Vから3.0
Vまで充放電を行う。1サイクル目の放電容量に対する
100サイクル目放電容量の割合、サイクル放電容量維
持率を測定した。
Using the battery prepared by the above method, at 20 ° C.
Constant temperature, constant current of 0.2C from 4.2V to 3.0
Charge and discharge to V. The ratio of the discharge capacity at the 100th cycle to the discharge capacity at the first cycle, and the cycle discharge capacity retention rate were measured.

【0028】これらの試作電池のうち、実施例1〜3及
び比較例1〜3のものを、表1に示す。
[0028] Of these prototype batteries, those of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in Table 1.

【0029】[0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】(実施例1)上述の単3形電池において、
正極活物質としてのマンガン酸リチウムに、電解二酸化
マンガンと炭酸リチウム(Li2 CO3 )をLi/Mn
モル比で1.15:2に混合し、大気中700〜800
℃で20時間加熱したものを用いた。得られた化合物の
化学分析結果、比表面積(m2 /g)、初期放電容量
(mAh)、及びサイクル放電容量維持率(%)を表1
に示す。この電池の比表面積は0.2m2 /gであっ
た。
(Example 1) In the above-mentioned AA battery,
Electrolytic manganese dioxide and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) were added to lithium manganate as a positive electrode active material using Li / Mn.
Mix at a molar ratio of 1.15: 2, and in the atmosphere 700 to 800
What was heated at 20 degreeC for 20 hours was used. Table 1 shows the chemical analysis results, specific surface area (m 2 / g), initial discharge capacity (mAh), and cycle discharge capacity maintenance rate (%) of the obtained compound.
Shown in The specific surface area of this battery was 0.2 m 2 / g.

【0031】(実施例2)マンガン酸リチウムとして、
まず電解二酸化マンガンと炭酸リチウム(Li2
3 )をLi/Mnモル比で1.15:2に混合し、大
気中700〜800℃で20時間加熱処理した後、さら
にLiを0.05モル加え再度650℃で加熱し、最終
的にLi/Mn比が1.2:2とした活物質を用いるこ
と以外、実施例1と同様にして電池を作製した。得られ
た化合物の化学分析結果、比表面積、初期放電容量、及
びサイクル放電容量維持率を表1に示す。
Example 2 As lithium manganate,
First, electrolytic manganese dioxide and lithium carbonate (Li 2 C
O 3 ) was mixed at a Li / Mn molar ratio of 1.15: 2, and heat-treated in the air at 700 to 800 ° C. for 20 hours. Further, 0.05 mol of Li was added, and the mixture was heated again at 650 ° C. A battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that an active material having a Li / Mn ratio of 1.2: 2 was used. Table 1 shows the results of chemical analysis, the specific surface area, the initial discharge capacity, and the cycle discharge capacity retention of the obtained compound.

【0032】(実施例3)マンガン酸リチウムとして、
まず電解二酸化マンガンと炭酸リチウム(Li2
3 )をLi/Mnモル比で1.15:2に混合し、大
気中700〜800℃で20時間加熱処理した後、さら
にLiを0.10モル加え再度650℃で加熱し、最終
的にLi/Mn比が1.25:2とした活物質を用いる
こと以外、実施例1と同様にして電池を作製した。得ら
れた化合物の化学分析結果、比表面積、初期放電容量、
及びサイクル放電容量維持率を表1に示す。
Example 3 As lithium manganate,
First, electrolytic manganese dioxide and lithium carbonate (Li 2 C
O 3 ) was mixed at a Li / Mn molar ratio of 1.15: 2, and heat-treated in the air at 700 to 800 ° C. for 20 hours. Further, 0.10 mol of Li was added, and the mixture was heated again at 650 ° C. A battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that an active material having a Li / Mn ratio of 1.25: 2 was used. Chemical analysis results of the obtained compound, specific surface area, initial discharge capacity,
Table 1 shows the cycle discharge capacity retention rate.

【0033】(比較例1)マンガン酸リチウムとして、
電解二酸化マンガンと炭酸リチウム(Li2 CO3 )を
Li/Mnモル比で1.0:2に混合し、大気中700
℃〜800℃で20時間加熱したものを活物質に用いる
こと以外、実施例1と同様にして電池を作製した。得ら
れた化合物の化学分析結果、比表面積、初期放電容量、
及びサイクル放電容量維持率を表1に示す。
Comparative Example 1 As lithium manganate,
Electrolytic manganese dioxide and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) were mixed at a Li / Mn molar ratio of 1.0: 2,
A battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a material heated at 20 ° C. to 800 ° C. for 20 hours was used as an active material. Chemical analysis results of the obtained compound, specific surface area, initial discharge capacity,
Table 1 shows the cycle discharge capacity retention rate.

【0034】(比較例2)マンガン酸リチウムとして、
電解二酸化マンガンと炭酸リチウム(Li2 CO3 )を
Li/Mnモル比で1.1:2に混合し、大気中700
〜800℃で20時間加熱したものを活物質を用いるこ
と以外、実施例1と同様にして電池を作製した。得られ
た化合物の化学分析結果、比表面積、初期放電容量、及
びサイクル放電容量維持率を表1に示す。
Comparative Example 2 As lithium manganate,
Electrolytic manganese dioxide and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) were mixed at a Li / Mn molar ratio of 1.1: 2,
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the material heated at 800800 ° C. for 20 hours was used as an active material. Table 1 shows the chemical analysis results, the specific surface area, the initial discharge capacity, and the cycle discharge capacity retention of the obtained compound.

【0035】(比較例3)マンガン酸リチウムとして、
まず電解二酸化マンガンと炭酸リチウム(Li2
3 )をLi/Mnモル比で1.15:2に混合し、大
気中700〜800℃で20時間加熱処理した後、さら
にLiを0.15モル加え再度650℃で加熱し、最終
的にLi/Mn比が1.30:2とした活物質を用いる
こと以外、実施例1と同様にして電池を作製した。得ら
れた化合物の化学分析結果、比表面積、初期放電容量、
及びサイクル放電容量維持率を表1に示す。
Comparative Example 3 As lithium manganate,
First, electrolytic manganese dioxide and lithium carbonate (Li 2 C
O 3 ) was mixed at a Li / Mn molar ratio of 1.15: 2, and heat-treated in the air at 700 to 800 ° C. for 20 hours. Then, 0.15 mol of Li was further added, and the mixture was heated again at 650 ° C. A battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that an active material having a Li / Mn ratio of 1.30: 2 was used. Chemical analysis results of the obtained compound, specific surface area, initial discharge capacity,
Table 1 shows the cycle discharge capacity retention rate.

【0036】上記表1に示すように、実施例1〜実施例
3のものは、初期放電容量が400〜342mA/hと
比較的大きい上に、サイクル放電容量維持率が80%〜
91%と高く、良好な性能を示した。これに対し、比較
例1、比較例2のものは、初期放電容量が415mA/
h、408mA/hと比較的大きいものの、サイクル放
電容量維持率が50%、62%と小さかった。また、比
較例3のものは、サイクル放電容量維持率が85%と高
いが、もともとの初期放電容量が302mA/hと小さ
かった。
As shown in Table 1 above, in Examples 1 to 3, the initial discharge capacity was relatively large, 400 to 342 mA / h, and the cycle discharge capacity retention rate was 80% to 80%.
As high as 91%, good performance was exhibited. In contrast, those of Comparative Examples 1 and 2 had an initial discharge capacity of 415 mA /
h and 408 mA / h, which were relatively large, but the cycle discharge capacity retention ratio was as small as 50% and 62%. In Comparative Example 3, the cycle discharge capacity retention rate was as high as 85%, but the initial initial discharge capacity was originally as small as 302 mA / h.

【0037】これらの結果から、初期放電容量も大き
く、かつサイクル放電容量維持率も高いLi/Mn比
は、実施例1〜実施例3のもの、即ち、Mn2モルに対
してLiが1.15〜1.25モルの比とすることが好
ましいことが分かった。
From these results, the Li / Mn ratio having a large initial discharge capacity and a high cycle discharge capacity retention ratio is the same as that of Examples 1 to 3, that is, Li is 1.15 to 2 mol of Mn. It has been found that a ratio of 1.21.25 mol is preferable.

【0038】次に、比表面積の違いによる影響を調べる
ため、表2に示すように、Li/Mn比を1.2:2の
一定として、次に述べる実施例4〜6の電池、及び比較
例4及び5の電池を試作した。
Next, in order to examine the influence of the difference in specific surface area, as shown in Table 2, the Li / Mn ratio was kept constant at 1.2: 2, and the batteries of Examples 4 to 6 described below and Comparative Examples The batteries of Examples 4 and 5 were prototyped.

【0039】[0039]

【表2】 [Table 2]

【0040】(実施例4)マンガン酸リチウムとして、
まず電解二酸化マンガンと炭酸リチウム(Li2
3 )をLi/Mnモル比で1.15:2に混合し、大
気中700〜800℃で15時間加熱処理した後、さら
にLiを0.05モル加えて再度650℃で加熱し、最
終的にLi/Mn比が1.2:2とした活物質を用いる
こと以外、実施例1と同様にして電池を作製した。得ら
れた化合物の化学分析結果、比表面積、初期放電容量、
及びサイクル放電容量維持率を表2に示す。この電池に
おけるマンガン酸リチウムの比表面積は0.48m2
gであった。
Example 4 As lithium manganate,
First, electrolytic manganese dioxide and lithium carbonate (Li 2 C
O 3) with Li / Mn molar ratio 1.15: 2 were mixed, after 15 hours of heat treatment at 700 to 800 ° C. in air, and further heated with 0.05 moles added again 650 ° C. The Li, final A battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the active material having a Li / Mn ratio of 1.2: 2 was used. Chemical analysis results of the obtained compound, specific surface area, initial discharge capacity,
Table 2 shows the cycle discharge capacity retention ratio. The specific surface area of lithium manganate in this battery was 0.48 m 2 /
g.

【0041】(実施例5)700〜800℃での焼成時
間を25時間にしたこと以外、実施例4と同様にして電
池を作製した。得られた化合物の化学分析結果、比表面
積、初期放電容量、及びサイクル放電容量維持率を表2
に示す。この電池の比表面積は0.01m2 /gであっ
た。
Example 5 A battery was manufactured in the same manner as in Example 4, except that the firing time at 700 to 800 ° C. was 25 hours. Table 2 shows the chemical analysis results, specific surface area, initial discharge capacity, and cycle discharge capacity retention of the obtained compound.
Shown in The specific surface area of this battery was 0.01 m 2 / g.

【0042】(実施例6)700〜800℃での焼成時
間を35時間にしたこと以外、実施例4と同様にして電
池を作製した。得られた化合物の化学分析結果、比表面
積、初期放電容量、及びサイクル放電容量維持率を表2
に示す。この電池におけるマンガン酸リチウムの比表面
積は0.05m2 /gであった。
Example 6 A battery was manufactured in the same manner as in Example 4 except that the firing time at 700 to 800 ° C. was 35 hours. Table 2 shows the chemical analysis results, specific surface area, initial discharge capacity, and cycle discharge capacity retention of the obtained compound.
Shown in The specific surface area of lithium manganate in this battery was 0.05 m 2 / g.

【0043】(比較例4)700〜800℃での焼成時
間を10時間にしたこと以外、実施例4と同様にして電
池を作製した。得られた化合物の化学分析結果、比表面
積、初期放電容量、及びサイクル放電容量維持率を表2
に示す。この電池におけるマンガン酸リチウムの比表面
積は0.78m2 /gであった。
Comparative Example 4 A battery was manufactured in the same manner as in Example 4 except that the firing time at 700 to 800 ° C. was changed to 10 hours. Table 2 shows the chemical analysis results, specific surface area, initial discharge capacity, and cycle discharge capacity retention of the obtained compound.
Shown in The specific surface area of lithium manganate in this battery was 0.78 m 2 / g.

【0044】(比較例5)700〜800℃での焼成時
間を50時間にしたこと以外、実施例4と同様にして電
池を作製した。得られた化合物の化学分析結果、比表面
積、初期放電容量、及びサイクル放電容量維持率を表2
に示す。この電池におけるマンガン酸リチウムの比表面
積は0.012m2 /gであった。
Comparative Example 5 A battery was manufactured in the same manner as in Example 4, except that the firing time at 700 to 800 ° C. was changed to 50 hours. Table 2 shows the chemical analysis results, specific surface area, initial discharge capacity, and cycle discharge capacity retention of the obtained compound.
Shown in The specific surface area of lithium manganate in this battery was 0.012 m 2 / g.

【0045】上記表2から判るように、実施例4〜実施
例6のものは、初期放電容量が382〜330mA/h
と比較的大きい上に、サイクル放電容量維持率が85%
〜91%と高く、良好な性能を示した。これに対し、比
較例4のものは、初期放電容量が400mA/hと比較
的大きいものの、サイクル放電容量維持率が70%と小
さかった。また、比較例5のものは、サイクル放電容量
維持率が92%と高いが、もともとの初期放電容量が3
00mA/hと小さかった。
As can be seen from Table 2 above, those of Examples 4 to 6 have an initial discharge capacity of 382 to 330 mA / h.
And the cycle discharge capacity retention rate is 85%
It was as high as ~ 91%, showing good performance. On the other hand, in the case of Comparative Example 4, the initial discharge capacity was relatively large at 400 mA / h, but the cycle discharge capacity maintenance ratio was as small as 70%. In Comparative Example 5, the cycle discharge capacity retention rate was as high as 92%, but the original initial discharge capacity was 3%.
It was as small as 00 mA / h.

【0046】これらの結果から、初期放電容量も大き
く、かつサイクル放電容量維持率も高いのは実施例4〜
6のものであり、比表面積については0.05〜0.5
2 /gの範囲が好ましいことが分かった。
From these results, it can be seen that the initial discharge capacity is large and the cycle discharge capacity retention rate is high in Examples 4 to 5.
6, and the specific surface area is 0.05 to 0.5.
It has been found that a range of m 2 / g is preferred.

【0047】次に電解液中のHF濃度の影響を調べた。
表3に、Li/Mn比を実施例2の場合と同じ1.2:
2とし、熱処理時間も実施例2と同じ20時間とし、H
F濃度を変えた場合の実施例7、8及び比較例6〜9の
電池特性を示す。
Next, the influence of the HF concentration in the electrolytic solution was examined.
In Table 3, the Li / Mn ratio is the same as in Example 2, 1.2:
2, the heat treatment time was also 20 hours, which was the same as in Example 2, and H
The battery characteristics of Examples 7 and 8 and Comparative Examples 6 to 9 when the F concentration is changed are shown.

【0048】[0048]

【表3】 [Table 3]

【0049】(実施例7)電解液のHF濃度が、40p
pmであること以外、実施例2と同様にして電池を作製
した。得られた化合物の化学分析結果、比表面積、初期
放電容量、及びサイクル放電容量維持率を表3に示す。
(Example 7) When the HF concentration of the electrolytic solution was 40 p
A battery was produced in the same manner as in Example 2 except that the battery was pm. Table 3 shows the chemical analysis results, the specific surface area, the initial discharge capacity, and the cycle discharge capacity retention of the obtained compound.

【0050】(実施例8)電解液のHF濃度が、50p
pmであること以外、実施例2と同様にして電池を作製
した。得られた化合物の化学分析結果、比表面積、初期
放電容量、及びサイクル放電容量維持率を表3に示す。
(Embodiment 8) The HF concentration of the electrolytic solution was 50 p
A battery was produced in the same manner as in Example 2 except that the battery was pm. Table 3 shows the chemical analysis results, the specific surface area, the initial discharge capacity, and the cycle discharge capacity retention of the obtained compound.

【0051】(比較例6)電解液のHF濃度が、60p
pmであること以外、実施例2と同様にして電池を作製
した。得られた化合物の化学分析結果、比表面積、初期
放電容量、及びサイクル放電容量維持率を表3に示す。
(Comparative Example 6) When the HF concentration of the electrolytic solution was 60 p
A battery was produced in the same manner as in Example 2 except that the battery was pm. Table 3 shows the chemical analysis results, the specific surface area, the initial discharge capacity, and the cycle discharge capacity retention of the obtained compound.

【0052】(比較例7〜9)電解液のHF濃度が、7
0ppmであること以外、実施例2と同様にして電池を
作製した。得られた化合物の化学分析結果、比表面積、
初期放電容量、及びサイクル放電容量維持率を表3に示
す。
(Comparative Examples 7 to 9) When the HF concentration of the electrolytic solution was 7
A battery was fabricated in the same manner as in Example 2, except that the content was 0 ppm. Chemical analysis result of the obtained compound, specific surface area,
Table 3 shows the initial discharge capacity and the cycle discharge capacity retention rate.

【0053】表3から判るように、HF濃度が50%以
下である実施例2、及び実施例7、8のものは、初期放
電容量が350〜348mA/hと比較的大きい上に、
サイクル放電容量維持率が90%〜87%と高く、良好
な性能を示した。これに対し、HF濃度が50を越えた
値となっている比較例6〜9のものは、初期放電容量が
348〜368mA/hと比較的大きいものの、サイク
ル放電容量維持率が80〜50%と小さかった。
As can be seen from Table 3, in Examples 2 and 7 and 8 in which the HF concentration was 50% or less, the initial discharge capacity was relatively large at 350 to 348 mA / h.
The cycle discharge capacity retention ratio was as high as 90% to 87%, indicating good performance. On the other hand, those of Comparative Examples 6 to 9 in which the HF concentration exceeds 50 have an initial discharge capacity of 348 to 368 mA / h, which is relatively large, but a cycle discharge capacity retention ratio of 80 to 50%. Was small.

【0054】これらの結果から、HF濃度が、電池のサ
イクル放電容量維持率と密接な関係にあること、及び、
サイクル放電容量維持率を高くするためには、HF濃度
を50ppm以下とすることが好ましいことが分かっ
た。またHF濃度が高い電解液を使用した場合、比表面
積の大きい方が悪影響を受けやすいことが分かった。
From these results, it can be seen that the HF concentration is closely related to the cycle discharge capacity retention rate of the battery, and
It has been found that the HF concentration is preferably set to 50 ppm or less in order to increase the cycle discharge capacity retention rate. In addition, it was found that when an electrolytic solution having a high HF concentration was used, a larger specific surface area was more likely to be adversely affected.

【0055】次に、組成式Lix Mn2-y y 4 にお
いて、遷移金属Mを添加した系で検討した。表4に、遷
移金属MにCrを用いた実施例9,10及び比較例1
0、11と、Coを用いた実施例11、12と、Niを
用いた実施例13、14と、Alを用いた実施例16の
それぞれの電池特性を示す。
Next, a study was carried out on a system in which a transition metal M was added in the composition formula Li x Mn 2- y My O 4 . Table 4 shows Examples 9 and 10 and Comparative Example 1 using Cr as the transition metal M.
The battery characteristics of Examples 0 and 11 and Examples 11 and 12 using Co, Examples 13 and 14 using Ni, and Example 16 using Al are shown.

【0056】[0056]

【表4】 [Table 4]

【0057】(実施例9)マンガン酸リチウムとして、
まず電解二酸化マンガンと炭酸リチウム(Li2
3 )と酸化クロムをLi/Mn/Cr比で1.15:
1.95:0.05に混合し、大気中700〜800℃
で20時間加熱処理した後、さらにLiを0.05モル
加え再度650℃で加熱し、最終的にLi/Mn/Cr
比が1.2:1.95/0.05とした活物質を用いる
こと以外、実施例1と同様にして電池を作製した。得ら
れた化合物の化学分析結果、比表面積、初期放電容量、
及びサイクル放電容量維持率を表4に示す。
Example 9 As lithium manganate,
First, electrolytic manganese dioxide and lithium carbonate (Li 2 C
O 3 ) and chromium oxide at a Li / Mn / Cr ratio of 1.15:
1.95: mixed at 0.05, in air at 700-800 ° C
After heating for 20 hours, 0.05 mol of Li was further added, and the mixture was heated again at 650 ° C. and finally Li / Mn / Cr
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the active material having a ratio of 1.2: 1.95 / 0.05 was used. Chemical analysis results of the obtained compound, specific surface area, initial discharge capacity,
Table 4 shows the cycle discharge capacity retention ratio.

【0058】(実施例10)マンガン酸リチウムとし
て、まず電解二酸化マンガンと炭酸リチウム(Li2
3 )と酸化クロムをLi/Mn/Cr比で1.15:
1.9:0.1に混合し、大気中700〜800℃で2
0時間加熱処理した後、さらにLiを0.05モル加え
再度650℃で加熱し、最終的にLi/Mn/Cr比が
1.2:1.9:0.1とした活物質を用いること以
外、実施例1と同様にして電池を作製した。得られた化
合物の化学分析結果、比表面積、初期放電容量、及びサ
イクル放電容量維持率を表4に示す。
Example 10 First, electrolytic manganese dioxide and lithium carbonate (Li 2 C) were used as lithium manganate.
O 3 ) and chromium oxide at a Li / Mn / Cr ratio of 1.15:
1.9: 0.1 and mixed in air at 700-800 ° C.
After heat treatment for 0 hour, 0.05 mol of Li is further added, and the mixture is heated again at 650 ° C. to use an active material having a final Li / Mn / Cr ratio of 1.2: 1.9: 0.1 A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except for the above. Table 4 shows the chemical analysis results, specific surface area, initial discharge capacity, and cycle discharge capacity retention of the obtained compound.

【0059】(実施例11)マンガン酸リチウムとし
て、まず電解二酸化マンガンと炭酸リチウム(Li2
3 )と酸化コバルトをLi/Mn/Co比で1.1
5:1.95:0.05に混合し、大気中700〜80
0℃で20時間加熱処理した後、さらにLiを0.05
モル加え再度650℃で加熱し、最終的にLi/Mn/
Co比が1.2:1.95/0.05とした活物質を用
いること以外、実施例1と同様にして電池を作製した。
得られた化合物の化学分析結果、比表面積、初期放電容
量、及びサイクル放電容量維持率を表4に示す。
(Example 11) As lithium manganate, electrolytic manganese dioxide and lithium carbonate (Li 2 C
O 3 ) and cobalt oxide in a Li / Mn / Co ratio of 1.1
5: 1.95: 0.05, 700-80 in air
After heat treatment at 0 ° C. for 20 hours, Li was further added to 0.05
Mol and heated again at 650 ° C. and finally Li / Mn /
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the active material having a Co ratio of 1.2: 1.95 / 0.05 was used.
Table 4 shows the chemical analysis results, specific surface area, initial discharge capacity, and cycle discharge capacity retention of the obtained compound.

【0060】(実施例12)マンガン酸リチウムとし
て、まず電解二酸化マンガンと炭酸リチウム(Li2
3 )と酸化コバルトをLi/Mn/Co比で1.1
5:1.9:0.1に混合し、大気中700〜800℃
で20時間加熱処理した後、さらにLiを0.05モル
加え再度650℃で加熱し、最終的にLi/Mn/Co
比が1.2:1.9/0.1とした活物質を用いること
以外、実施例1と同様にして電池を作製した。得られた
化合物の化学分析結果、比表面積、初期放電容量、及び
サイクル放電容量維持率を表4に示す。
(Example 12) As lithium manganate, electrolytic manganese dioxide and lithium carbonate (Li 2 C
O 3 ) and cobalt oxide in a Li / Mn / Co ratio of 1.1
5: 1.9: 0.1, 700-800 ° C in air
After heating for 20 hours, 0.05 mol of Li was further added, and the mixture was heated again at 650 ° C., and finally Li / Mn / Co
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the active material having a ratio of 1.2: 1.9 / 0.1 was used. Table 4 shows the chemical analysis results, specific surface area, initial discharge capacity, and cycle discharge capacity retention of the obtained compound.

【0061】(実施例13)マンガン酸リチウムとし
て、まず電解二酸化マンガンと炭酸リチウム(Li2
3 )と酸化ニッケルをLi/Mn/Ni比で1.1
5:1.95:0.05に混合し、大気中700〜80
0℃で20時間加熱処理した後、さらにLiを0.05
モル加え再度650℃で加熱し、最終的にLi/Mn/
Ni比が1.2:1.95:0.05とした活物質を用
いること以外、実施例1と同様にして電池を作製した。
得られた化合物の化学分析結果、比表面積、初期放電容
量、及びサイクル放電容量維持率を表4に示す。
(Example 13) As lithium manganate, electrolytic manganese dioxide and lithium carbonate (Li 2 C
O 3 ) and nickel oxide at a Li / Mn / Ni ratio of 1.1
5: 1.95: 0.05, 700-80 in air
After heat treatment at 0 ° C. for 20 hours, Li was further added to 0.05
Mol and heated again at 650 ° C. and finally Li / Mn /
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that an active material having a Ni ratio of 1.2: 1.95: 0.05 was used.
Table 4 shows the chemical analysis results, specific surface area, initial discharge capacity, and cycle discharge capacity retention of the obtained compound.

【0062】(実施例14)マンガン酸リチウムとし
て、まず電解二酸化マンガンと炭酸リチウム(Li2
3 )と酸化ニッケルをLi/Mn/Ni比で1.1
5:1.9:0.1に混合し、大気中700〜800℃
で20時間加熱処理した後、さらにLiを0.05モル
加え再度650℃で加熱し、最終的にLi/Mn/Ni
比が1.2:1.9:0.1とした活物質を用いること
以外、実施例1と同様にして電池を作製した。得られた
化合物の化学分析結果、比表面積、初期放電容量、及び
サイクル放電容量維持率を表4に示す。
Example 14 As lithium manganate, first, electrolytic manganese dioxide and lithium carbonate (Li 2 C
O 3 ) and nickel oxide at a Li / Mn / Ni ratio of 1.1
5: 1.9: 0.1, 700-800 ° C in air
After heating for 20 hours, 0.05 mol of Li was further added, and the mixture was heated again at 650 ° C. and finally Li / Mn / Ni
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the active material having a ratio of 1.2: 1.9: 0.1 was used. Table 4 shows the chemical analysis results, specific surface area, initial discharge capacity, and cycle discharge capacity retention of the obtained compound.

【0063】(実施例15)マンガン酸リチウムとし
て、まず電解二酸化マンガンと炭酸リチウム(Li2
3 )と酸化アルミをLi/Mn/Al比で1.15:
1.95:0.05に混合し、大気中700〜800℃
で20時間加熱処理した後、さらにLiを0.05モル
加え再度650℃で加熱し、最終的にLi/Mn/Al
比が1.2:1.95:0.05とした活物質を用いる
こと以外、実施例1と同様にして電池を作製した。得ら
れた化合物の化学分析結果、比表面積、初期放電容量、
及びサイクル放電容量維持率を表4に示す。
Example 15 As lithium manganate, first, electrolytic manganese dioxide and lithium carbonate (Li 2 C
O 3 ) and aluminum oxide in a Li / Mn / Al ratio of 1.15:
1.95: mixed at 0.05, in air at 700-800 ° C
After heating for 20 hours, 0.05 mol of Li was further added, and the mixture was heated again at 650 ° C. and finally Li / Mn / Al
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the active material having a ratio of 1.2: 1.95: 0.05 was used. Chemical analysis results of the obtained compound, specific surface area, initial discharge capacity,
Table 4 shows the cycle discharge capacity retention ratio.

【0064】(実施例16)マンガン酸リチウムとし
て、まず電解二酸化マンガンと炭酸リチウム(Li2
3 )と酸化アルミをLi/Mn/Al比で1.15:
1.9:0.1に混合し、大気中700〜800℃で2
0時間加熱処理した後、さらにLiを0.05モル加え
再度650℃で加熱し、最終的にLi/Mn/Al比が
1.2:1.9:0.1とした活物質を用いること以
外、実施例1と同様にして電池を作製した。得られた化
合物の化学分析結果、比表面積、初期放電容量、及びサ
イクル放電容量維持率を表4に示す。
(Example 16) As lithium manganate, electrolytic manganese dioxide and lithium carbonate (Li 2 C
O 3 ) and aluminum oxide in a Li / Mn / Al ratio of 1.15:
1.9: 0.1 and mixed in air at 700-800 ° C.
After heat treatment for 0 hour, 0.05 mol of Li is further added, and the mixture is heated again at 650 ° C. to use an active material having a final Li / Mn / Al ratio of 1.2: 1.9: 0.1. A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except for the above. Table 4 shows the chemical analysis results, specific surface area, initial discharge capacity, and cycle discharge capacity retention of the obtained compound.

【0065】(比較例10)マンガン酸リチウムとし
て、まず電解二酸化マンガンと炭酸リチウム(Li2
3 )と酸化クロムをLi/Mn/Cr比で1.1:
1.95:0.05に混合し、大気中700〜800℃
で20時間加熱処理した後、最終的にLi/Mn/Cr
比が1.2:1.95/0.05とした活物質を用いる
こと以外、実施例1と同様にして電池を作製した。得ら
れた化合物の化学分析結果、比表面積、初期放電容量、
及びサイクル放電容量維持率を表4に示す。
Comparative Example 10 As lithium manganate, first, electrolytic manganese dioxide and lithium carbonate (Li 2 C
O 3 ) and chromium oxide in a Li / Mn / Cr ratio of 1.1:
1.95: mixed at 0.05, in air at 700-800 ° C
For 20 hours, and finally Li / Mn / Cr
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the active material having a ratio of 1.2: 1.95 / 0.05 was used. Chemical analysis results of the obtained compound, specific surface area, initial discharge capacity,
Table 4 shows the cycle discharge capacity retention ratio.

【0066】(比較例11)マンガン酸リチウムとし
て、まず電解二酸化マンガンと炭酸リチウム(Li2
3 )と酸化クロムをLi/Mn/Cr比で1.15:
1.9:0.05に混合し、大気中700〜800℃で
20時間加熱処理した後、さらにLiを0.15モル加
え再度650℃で加熱し、最終的にLi/Mn/Cr比
が1.3:1.95:0.05とした活物質を用いるこ
と以外、実施例1と同様にして電池を作製した。得られ
た化合物の化学分析結果、比表面積、初期放電容量、及
びサイクル放電容量維持率を表4に示す。
Comparative Example 11 As lithium manganate, first, electrolytic manganese dioxide and lithium carbonate (Li 2 C
O 3 ) and chromium oxide at a Li / Mn / Cr ratio of 1.15:
1.9: 0.05, and heat-treated in the air at 700-800 ° C. for 20 hours. Then, 0.15 mol of Li was further added, and the mixture was heated again at 650 ° C., and finally the Li / Mn / Cr ratio was changed. A battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that an active material having a ratio of 1.3: 1.95: 0.05 was used. Table 4 shows the chemical analysis results, specific surface area, initial discharge capacity, and cycle discharge capacity retention of the obtained compound.

【0067】表4に示すように、遷移金属Mを添加した
系においても、Mを添加しない系と同様な結果が得られ
た。即ち、負極にリチウムをドープ、脱ドープできる材
料を用い、正極に組成式Lix Mn2-y y 4 (Mは
遷移金属等)で与えられるリチウムマンガン複合酸化物
を用い、電解液として有機溶媒に電解質を溶解してなる
非水電解液を用いた非水電解液二次電池において、前記
組成式で表されるリチウムマンガン複合酸化物で、Xの
値が1.15〜1.25の範囲にあり、かつ比表面積が
0.05〜0.5m2 /gの範囲にある実施例10〜1
6においては、初期放電容量が335〜368mAhと
いう比較的高い値を示し、且つ、サイクル放電容量維持
率も87〜90%と高い値を示した。これに対し、上記
Xの1.15〜1.25の範囲の下限を下回る比較例1
0のものは、初期放電容量が398mA/hと大きいも
のの、サイクル放電容量維持率が70%と小さかった。
また、上記Xの1.15〜1.25の範囲の上限を上回
る比較例11のものは、サイクル放電容量維持率が84
%と比較的大きいものの、初期放電容量が310mA/
hと小さく、電池特性としては良くなかった。なお、上
記MとしてAl、Crを用いる場合には、約30%まで
Mnと置換が可能で、特性的には5〜20%の範囲とす
るのが適当である。
As shown in Table 4, similar results were obtained in the system to which the transition metal M was added, as in the system to which M was not added. That is, a material capable of doping and undoping lithium is used for the negative electrode, and a lithium manganese composite oxide given by a composition formula Li x Mn 2- y My O 4 (M is a transition metal or the like) is used for the positive electrode. In a non-aqueous electrolyte secondary battery using a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving an electrolyte in an organic solvent, in the lithium manganese composite oxide represented by the composition formula, the value of X is 1.15 to 1.25. Examples 10 to 1 having a specific surface area of 0.05 to 0.5 m 2 / g.
In No. 6, the initial discharge capacity showed a relatively high value of 335 to 368 mAh, and the cycle discharge capacity maintenance ratio also showed a high value of 87 to 90%. On the other hand, Comparative Example 1 below the lower limit of X in the range of 1.15 to 1.25.
In the case of No. 0, the initial discharge capacity was as large as 398 mA / h, but the cycle discharge capacity maintenance ratio was as small as 70%.
In Comparative Example 11, which exceeds the upper limit of the range of 1.15 to 1.25 of X, the cycle discharge capacity retention ratio was 84%.
%, But the initial discharge capacity is 310 mA /
h, which was not good as the battery characteristics. When Al or Cr is used as M, Mn can be replaced with Mn up to about 30%.

【0068】次に、導電剤としての膨張黒鉛の効果を検
討した。表5に、導電剤の種類を変えた場合の実施例1
7、18及び比較例12〜14を、導電剤に膨張黒鉛を
用いた実施例2と共に示す。
Next, the effect of expanded graphite as a conductive agent was examined. Table 5 shows Example 1 when the type of the conductive agent was changed.
7, 18 and Comparative Examples 12 to 14 are shown together with Example 2 using expanded graphite as a conductive agent.

【0069】[0069]

【表5】 [Table 5]

【0070】(比較例12)導電剤の種類がアセチレン
ブラック(AB)であること以外、実施例2と同様にし
て電池を作製した。その電池の初期放電容量、及びサイ
クル放電容量維持率を表5に示す。
Comparative Example 12 A battery was manufactured in the same manner as in Example 2 except that the type of the conductive agent was acetylene black (AB). Table 5 shows the initial discharge capacity and the cycle discharge capacity retention of the battery.

【0071】(比較例13)電剤の種類がフレイク状の
黒鉛であること以外、実施例2と同様にして電池を作製
した。その電池の初期放電容量、及びサイクル放電容量
維持率を表5に示す。
Comparative Example 13 A battery was manufactured in the same manner as in Example 2 except that the type of the electric agent was flaky graphite. Table 5 shows the initial discharge capacity and the cycle discharge capacity retention of the battery.

【0072】(比較例14)導電剤の種類が繊維状炭素
であること以外、実施例2と同様にして電池を作製し
た。その電池の初期放電容量、及びサイクル放電容量維
持率を表5に示す。
Comparative Example 14 A battery was manufactured in the same manner as in Example 2 except that the type of the conductive agent was fibrous carbon. Table 5 shows the initial discharge capacity and the cycle discharge capacity retention of the battery.

【0073】(実施例17)導電剤の種類がアセチレン
ブラックと膨張黒鉛を1:9で混合した混合物であるこ
と以外、実施例2と同様にして電池を作製した。その電
池の初期放電容量、及びサイクル放電容量維持率を表5
に示す。
Example 17 A battery was manufactured in the same manner as in Example 2 except that the type of the conductive agent was a mixture of acetylene black and expanded graphite in a ratio of 1: 9. Table 5 shows the initial discharge capacity and the cycle discharge capacity retention rate of the battery.
Shown in

【0074】(実施例18)導電剤の種類が繊維状黒鉛
と膨張黒鉛を1:9で混合した混合物であること以外、
実施例2と同様にして電池を作製した。その電池の初期
放電容量、及びサイクル放電容量維持率を表5に示す。
Example 18 A conductive agent was a mixture of fibrous graphite and expanded graphite mixed at a ratio of 1: 9.
A battery was produced in the same manner as in Example 2. Table 5 shows the initial discharge capacity and the cycle discharge capacity retention of the battery.

【0075】表5から判るように、導電剤の組成を除い
て実施例2と同じ構成でありながら、導電剤に膨張黒鉛
が含まれていない比較例12〜14の電池では、初期放
電容量が340〜352mAhと比較的高いものの、サ
イクル放電容量維持率が70〜81%どまりとなる。こ
れに対し、実施例2又は実施例17〜18のように、導
電剤に膨張黒鉛を含ませると、サイクル放電容量維持率
が90〜92%にまで高まる。即ち、上記結果のように
膨張黒鉛を使用することでサイクル放電容量維持率を改
善することができた。
As can be seen from Table 5, the batteries of Comparative Examples 12 to 14, which had the same structure as in Example 2 except for the composition of the conductive agent but did not contain expanded graphite in the conductive agent, had an initial discharge capacity of Although relatively high at 340 to 352 mAh, the cycle discharge capacity retention rate is only 70 to 81%. On the other hand, when expanded graphite is included in the conductive agent as in Example 2 or Examples 17 to 18, the cycle discharge capacity retention ratio increases to 90 to 92%. That is, the use of expanded graphite as described above improved the cycle discharge capacity retention rate.

【0076】[0076]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような優れた効果が得られる。
As described above, according to the present invention, the following excellent effects can be obtained.

【0077】請求項1に記載の非水電解液二次電池によ
れば、正極活物質に、組成式LixMn2-y y
4 (Mは遷移金属)でXの値が1.15〜1.25の範
囲にあり、かつ比表面積が0.05〜0.5m2 /gの
範囲にあるリチウムマンガン複合酸化物を用いているの
で、電池のサイクル安定性や、熱的安定性が向上し、サ
イクル放電容量特性が改善される。
According to the non-aqueous electrolyte secondary battery of the first aspect, the composition formula Li x Mn 2- y My O is used as the positive electrode active material.
4 (M is a transition metal), the value of X is in the range of 1.15 to 1.25, and the specific surface area is in the range of 0.05 to 0.5 m 2 / g. As a result, the cycle stability and thermal stability of the battery are improved, and the cycle discharge capacity characteristics are improved.

【0078】また、請求項2に記載の非水電解液二次電
池によれば、電解質に六フッ化燐酸リチウムを用い、か
つ電解液中のフッ化水素の量を50ppm以下としてい
るので、フッ化水素によるマンガン酸リチウムのダメー
ジが少なくなり、サイクル放電容量維持率の低下を抑え
られる。
Further, according to the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the second aspect, since lithium hexafluorophosphate is used for the electrolyte and the amount of hydrogen fluoride in the electrolyte is 50 ppm or less, The damage of lithium manganate due to hydrogen hydride is reduced, and a decrease in the cycle discharge capacity retention rate can be suppressed.

【0079】更に、請求項3に記載の非水電解液二次電
池によれば、正極の導電剤として膨張黒鉛を含んでいる
ので、サイクル放電容量維持率を高めて、サイクル放電
容量維持率を改善することができる。
Further, according to the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the third aspect, since expanded graphite is contained as a conductive agent for the positive electrode, the cycle discharge capacity retention rate is increased, and the cycle discharge capacity retention rate is increased. Can be improved.

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

【図1】本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池
の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a non-aqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 正極板 2 負極炭素材料極 3 微多孔フィルムセパレータ 4 ケース 5 リード 6 封口板 7 正極キャップ兼正極端子 8 絶縁ガスケット 10 安全弁 11 負極リード板 12 絶縁底板 REFERENCE SIGNS LIST 1 positive electrode plate 2 negative electrode carbon material electrode 3 microporous film separator 4 case 5 lead 6 sealing plate 7 positive electrode cap and positive electrode terminal 8 insulating gasket 10 safety valve 11 negative electrode lead plate 12 insulating bottom plate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 名倉 秀哲 東京都港区新橋5丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 Fターム(参考) 5H003 AA02 AA04 BB05 BB15 BD00 BD05 BD06 5H014 AA02 HH00 HH08 5H029 AJ03 AJ05 AK03 AL06 AL12 AM03 AM07 BJ02 BJ14 HJ02 HJ07 HJ10  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hidenori Nakura 5-36-11 Shimbashi, Minato-ku, Tokyo Fuji Electric Chemical Co., Ltd. F-term (reference) 5H003 AA02 AA04 BB05 BB15 BD00 BD05 BD06 5H014 AA02 HH00 HH08 5H029 AJ03 AJ05 AK03 AL06 AL12 AM03 AM07 BJ02 BJ14 HJ02 HJ07 HJ10

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 負極にリチウムをドープ、脱ドープでき
る材料を用い、正極に組成式Lix Mn2-y y
4 (Mは遷移金属)で与えられるリチウムマンガン複合
酸化物を用い、電解液として有機溶媒に電解質を溶解し
てなる非水電解液を用いた非水電解液二次電池におい
て、 前記組成式で表されるリチウムマンガン複合酸化物は、
Xの値が1.15〜1.25の範囲にあり、かつ比表面
積が0.05〜0.5m2 /gの範囲にあることを特徴
とする非水電解液二次電池。
1. A negative electrode made of a material capable of doping and undoping lithium, and a positive electrode having a composition formula of Li x Mn 2-y M y O
4 In a non-aqueous electrolyte secondary battery using a lithium manganese composite oxide given by (M is a transition metal) and a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving an electrolyte in an organic solvent as an electrolyte, The lithium manganese composite oxide represented is
A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized in that the value of X is in the range of 1.15 to 1.25 and the specific surface area is in the range of 0.05 to 0.5 m 2 / g.
【請求項2】 上記電解液には、電解質に六フッ化燐酸
リチウムを用い、かつ電解液中のフッ化水素の量を50
ppm以下とした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 electrolyte according to claim 1, wherein lithium hexafluorophosphate is used as the electrolyte, and the amount of hydrogen fluoride in the electrolyte is 50%.
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the content is not more than ppm.
【請求項3】 上記正極の導電剤として膨張黒鉛が含ま
れていることを特徴とする請求項1又は2記載のリチウ
ム二次電池。
3. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode contains expanded graphite as a conductive agent.
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