JP2000030709A - マンガン系リチウムイオン電池 - Google Patents

マンガン系リチウムイオン電池

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幹夫 川合
Toyoaki Nakagawa
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マンガン系リチウムイオン電池の長寿命化を
図る。 【解決手段】 正極活物質粒子２１の表面に、粒子内部
のスピネルマンガン２３の溶出を抑制する材料で表面層
２２を形成する。これにより、正極活物質の溶出を抑制
することができ、マンガン系リチウムイオン電池の長寿
命化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マンガン系材料を
用いたリチウムイオン電池に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】２次電池の正極材料に、コ
バルト酸リチウムを用いたコバルト系リチウムイオン電
池と、マンガン酸リチウムを用いたマンガン系リチウム
イオン電池が知られている。
【０００３】マンガン系リチウムイオン電池は、コバル
ト系リチウムイオン電池に比べて材料コストが安くなる
が、正極活物質のスピネルマンガンの電解液に対する溶
出性が高く、寿命が短いという欠点を有している。
【０００４】本発明の目的は、マンガン系リチウムイオ
ン電池の長寿命化を図ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図２
に対応づけて本発明を説明すると、 （１） 請求項１の発明は、正極材料にマンガン酸リチ
ウムを用いたリチウムイオン電池に適用され、正極活物
質粒子２１の表面に、粒子内部のスピネルマンガン２３
の溶出を抑制する材料で表面層２２を形成することによ
り、上記目的を達成する。 （２） 請求項２のマンガン系リチウムイオン電池は、
粒子表面のマンガンの一部を遷移金属で置換して表面層
２２を形成するようにしたものである。 （３） 請求項３のマンガン系リチウムイオン電池は、
粒子表面のマンガンの一部をコバルトで置換して表面層
２２を形成するようにしたものである。 （４） 請求項４のマンガン系リチウムイオン電池は、
リチウムイオン伝導性ポリマーにより表面層２２を形成
するようにしたものである。 （５） 請求項５のマンガン系リチウムイオン電池は、
遷移金属含有マンガン酸リチウムとリチウムイオン伝導
性ポリマーの混合により表面層２２を形成するようにし
たものである。 （６） 請求項６のマンガン系リチウムイオン電池は、
表面層２２の体積を粒子内部のスピネルマンガン２３の
体積の略２０％以下としたものである。
【０００６】上述した課題を解決するための手段の項で
は、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を
用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定され
るものではない。
【０００７】
【発明の効果】（１） 請求項１の発明によれば、正極
活物質の溶出を抑制することができ、マンガン系リチウ
ムイオン電池の長寿命化を図ることができる。 （２） 請求項２の発明によれば、表面層の耐溶出性の
他に、耐電解液性、耐酸化性を向上させることができ、
電池の長寿命化を達成し、信頼性を向上させることがで
きる。 （３） 請求項３の発明によれば、表面層のマンガン結
晶が安定化して耐溶出性、耐電解液性、耐酸性が向上
し、電池の長寿命化を達成できる上に、正極活物質粒子
間の抵抗が低くなるとともに粒子内部の電流が流れやす
くなり、電池の入出力特性が向上する。 （４） 請求項４および５の発明によれば、表面層の耐
溶出性の他に、耐電解液性、耐酸化性を向上させること
ができ、電池の長寿命化を達成し、信頼性を向上させる
ことができる。 （５） 請求項６の発明によれば、正極活物質の溶出を
抑制しながら、電池としての性能を満たし、且つ表面層
の材料コストを低く抑えることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、一実施の形態のリチウム
イオン電池の基本的な断面構造を示す。リチウムイオン
電池１は、正極２と負極３、およびそれらを分離するセ
パレータ４と、正極集電体５および負極集電体６から構
成される。また、正極２、負極３およびセパレータ４に
は電解液が充填される。正極２は後述するマンガン系材
料から形成され、負極３は例えば炭素系材料から形成さ
れる。
【０００９】図２は、図１に示すリチウムイオン電池の
正極活物質を拡大した図である。この実施の形態では、
正極２の活物質粒子２１の表面を耐電解液性、耐溶出
性、耐酸化性の高い材料で被覆して表面層２２を形成
し、粒子内部のスピネルマンガン２３の溶出を抑制して
長寿命化と信頼性の向上を図る。
【００１０】表面層２２の厚さは、粒子内部のスピネル
マンガン２３の溶出を阻止する目的に対しては厚いほど
よいが、電池としての性能を満たし、且つ表面層２２の
材料コストを低く抑えるために、表面層２２の体積が粒
子内部のスピネルマンガン２３の体積の２０％以下とな
る厚さとするのが望ましい。なお、この体積比率が５〜
８％程度の厚さであれば、粒子内部のスピネルマンガン
２３の溶出を十分に抑制できることが実験で確認され
た。
【００１１】表面層２２の材料は、リチウムイオンと電
子の透過性が高く、粒子内部のスピネルマンガン２３の
溶出抑制効果が高いことの他に、活物質粒子２１どうし
が表面層２２を介して接触するので粒子間の抵抗が低減
し、粒子内部の電子の流れがよく、粒子内部の電子の集
電効果の高いものが望ましい。
【００１２】
【実施例】正極活物質２１の表面層２２の材料の実施例
を説明する。 《第１の実施例》正極活物質粒子２１の表面のマンガン
の一部を遷移金属で置換して、表面層２２を形成する。
遷移金属としては、Ｓc、Ｔi、Ｖ、Ｃr、Ｆeの他に、希
土類金属などを用いることができる。
【００１３】《第２の実施例》正極活物質粒子２１の表
面のマンガンの一部をコバルトＣoで置換して、表面層
２２を形成する。すなわち、粒子表面のマンガンにコバ
ルトＣoを添加し、コバルト添加マンガンスピネルを形
成する。
【００１４】コバルト添加によって表面層２２のマンガ
ン結晶が安定化するため、粒子内部のスピネルマンガン
２３の溶出抑制効果が一層高くなる。さらに、電子伝導
性の高いコバルトを表面層２２に添加することによっ
て、コバルトリッチ層が正極活物質粒子２１の表面でネ
ットワークを形成し、粒子間の抵抗が低くなるととも
に、粒子内部の電流が流れやすくなり、電池の入出力特
性が向上する。
【００１５】《第３の実施例》また、リチウムイオン伝
導性ポリマーにより表面層２２を形成しても、粒子内部
のスピネルマンガン２３の溶出を抑制することができ
る。
【００１６】《第４の実施例》さらに、遷移金属含有マ
ンガン酸リチウムと、リチウムイオン伝導性ポリマーと
の混合により表面層２２を形成しても、上記表面層と同
様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一実施の形態のリチウムイオン電池の基本的
な断面構造を示す図である。
【図２】 図１に示すリチウムイオン電池の正極活物質
を拡大した図である。
【符号の説明】
１ リチウムイオン電池 ２ 正極 ３ 負極 ４ セパレータ ５ 正極集電体 ６ 負極集電体 ２１ 活物質粒子 ２２ 表面層 ２３ スピネルマンガン
フロントページの続き (72)発明者 安部 孝昭 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 岩井 健 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 川合 幹夫 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 中川 豊昭 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 5H003 AA03 AA08 BB05 BB14 BC01 BC05 BC06 BD03 5H014 AA02 EE01 EE10 HH01 5H029 AJ04 AJ14 AK03 AL00 AM02 BJ03 DJ06 HJ01

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】正極材料にマンガン酸リチウムを用いたリ
    チウムイオン電池において、 正極活物質粒子の表面に、粒子内部のスピネルマンガン
    の溶出を抑制する材料で表面層を形成することを特徴と
    するマンガン系リチウムイオン電池。
  2. 【請求項２】請求項１に記載のマンガン系リチウムイオ
    ン電池において、 粒子表面のマンガンの一部を遷移金属で置換して前記表
    面層を形成することを特徴とするマンガン系リチウムイ
    オン電池。
  3. 【請求項３】請求項１に記載のマンガン系リチウムイオ
    ン電池において、 粒子表面のマンガンの一部をコバルトで置換して前記表
    面層を形成することを特徴とするマンガン系リチウムイ
    オン電池。
  4. 【請求項４】請求項１に記載のマンガン系リチウムイオ
    ン電池において、 リチウムイオン伝導性ポリマーにより前記表面層を形成
    することを特徴とするマンガン系リチウムイオン電池。
  5. 【請求項５】請求項１に記載のマンガン系リチウムイオ
    ン電池において、 遷移金属含有マンガン酸リチウムとリチウムイオン伝導
    性ポリマーの混合により前記表面層を形成することを特
    徴とするマンガン系リチウムイオン電池。
  6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれかの項に記載のマン
    ガン系リチウムイオン電池において、 前記表面層の体積を粒子内部のスピネルマンガンの体積
    の略２０％以下とすることを特徴とするマンガン系リチ
    ウムイオン電池。
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