JP2000138077A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Nonaqueous electrolyte secondary battery

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JP2000138077A
JP2000138077A JP10312173A JP31217398A JP2000138077A JP 2000138077 A JP2000138077 A JP 2000138077A JP 10312173 A JP10312173 A JP 10312173A JP 31217398 A JP31217398 A JP 31217398A JP 2000138077 A JP2000138077 A JP 2000138077A
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positive electrode
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lithium
electrolyte secondary
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美樹男 渡邉
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a battery characteristic, especially, a charge/discharge cycle characteristic, a storage characteristic, and safety, by adding a sulfur simple substance whose grain size is less than a specific value or sulfate to a positive electrode, or by solving the sulfur simple substance whose grain size is less than a specific value or sulfate in electrolyte. SOLUTION: A sulfur simple substance whose grain size is not more than 50 μm or sulfate is contained in a battery. When the sulfur simple substance is contained in a positive electrode, or is solved in electrolyte, considering a reaction with the electrolyte, the grain size of the sulfur is preferably not more than 50 μm, and is desirable not to have absorbing water or structural water or to get dehydrate treatment. Manganese sulfate mixed into the positive electrode or solved in electrolyte, considering a reaction with the electrolyte, the grain size is preferably not more than 50 μm, and is desirable not to have absorbing water or structure water or to get dehydrate treatment.

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
池に関し、さらに詳細には充放電特性、特に高温におけ
るサイクル寿命および容量保存特性・自己放電性を改善
し安全性に優れたリチウム二次電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly, to lithium which has improved charge / discharge characteristics, particularly cycle life at high temperatures, capacity storage characteristics and self-discharge characteristics, and has excellent safety. Related to secondary batteries.

【0002】[0002]

【従来の技術】リチウムイオン二次電池としては、正極
にLiCoO2を用い、負極としてグラファイトないし
は非晶質炭素を用いるものが知られている。この材料系
を用いると、例えば特開昭55−136131号公報に
開示されているように、LiCoO2、LiNiO2を正
極とし金属Liを負極とした場合、電池電圧は約3.9
〜4.5Vであり、理論的エネルギー密度は1100W
h/kgという高エネルギー密度の発現が期待されてい
る。しかしながら実験的には充放電に利用しうるエネル
ギーは、理論エネルギー密度に比較しはるかに小さい値
しか得られていない。従って、実用レベルでの利用可能
なエネルギーにおいてはさらに小さな値に留まっている
ことは言うまでもない。
2. Description of the Related Art As lithium ion secondary batteries, those using LiCoO 2 for the positive electrode and graphite or amorphous carbon for the negative electrode are known. When this material system is used, for example, as disclosed in JP-A-55-136131, when LiCoO 2 and LiNiO 2 are used as positive electrodes and metallic Li is used as a negative electrode, the battery voltage is about 3.9.
~ 4.5V, theoretical energy density is 1100W
Expression of a high energy density of h / kg is expected. However, experimentally, the energy that can be used for charging and discharging is much smaller than the theoretical energy density. Therefore, it is needless to say that the available energy at a practical level is still smaller.

【0003】この理由は、例えば正極活物質がLiCo
2の場合、充電によってLiCoO2からLiイオンが
放出されると、もともと3価であったCoがLiの放出
による電荷の変化を補償する形で、一部4価の状態とな
り、その4価のCoの不安定さのためにLiCoO2
ホスト構造が変化し、その結果、特性劣化が生じてしま
うためと考えられている。Journal of El
ectrochemical Society Vo
l.139, No.8, pp2091 −2097
(J.N.Reimers, J.R.Dahn)で
は、Liイオンの放出量と電位変化の関係および格子定
数の関係から、ホスト構造結晶系の相図を作成し、六方
晶系/単斜晶系の相転移を報告している。また同様の報
告は電気化学協会大会や電池討論会等においても既に幾
つか見られる。
[0003] The reason for this is that, for example, the positive electrode active material is LiCo.
In the case of O 2 , when Li ions are released from LiCoO 2 by charging, Co, which was originally trivalent, is partially tetravalent in a form to compensate for a change in charge due to the release of Li, and the tetravalent state is obtained. It is considered that the host structure of LiCoO 2 changes due to the instability of Co, and as a result, the characteristics deteriorate. Journal of El
electrochemical Society Vo
l. 139, no. 8, pp2091-2097
In (JN Reimers, JR Dahn), a phase diagram of a host-structured crystal system is created from the relationship between the amount of released Li ions, the change in potential, and the relationship between lattice constants, and hexagonal / monoclinic. It reports the phase transition of the system. In addition, some similar reports have already been seen at the Electrochemical Society Conference and the Battery Discussion Meeting.

【0004】上記問題の解決を目指して、例えば特公平
4−24831号公報にはLiCoO2のCoの一部を
他の金属で置換することが開示されている。また、Ma
terial Research Bulletin
Vol.27, pp327−337あるいはSoli
d State Ionics Vol.53−56,
pp681−687では、低温で焼成することによ
り、2次元的な層状構造ではなく3次元的なホスト構造
であるスピネル構造を持ったLiCoO2の評価も行っ
ている。
In order to solve the above problem, Japanese Patent Publication No. 4-24831 discloses, for example, substituting a part of Co of LiCoO 2 with another metal. Also, Ma
terminal Research Bulletin
Vol. 27, pp327-337 or Soli
d State Ionics Vol. 53-56,
In pp681-687, evaluation of LiCoO 2 having a spinel structure, which is a three-dimensional host structure instead of a two-dimensional layered structure, is performed by firing at a low temperature.

【0005】しかしながら、いずれの方法によっても自
己放電の低減やサイクル特性の向上には限界があった。
However, there is a limit in reducing the self-discharge and improving the cycle characteristics by any of the methods.

【0006】また、LiCoO2の原料であるCoは資
源的にも問題視されており、当然コスト面で非常に不利
である。その理由としては、大陸地殻中におけるCoの
存在比がもともと小さいこと、Coを目的とした鉱石採
取があまりなく、他の鉱石資源の副産物として採取され
るケースが多いこと、Coの産出国は政情不安であるこ
となどが挙げられる。(新金属データブック 金属時
評、工業レアメタル No.105, pp76−81
等)従って、将来、様々な分野にリチウムイオン二次電
池が応用されることを予想した場合、Coの資源的な問
題は重要である。
[0006] Co, which is a raw material of LiCoO 2 , is also regarded as a problem in terms of resources, and is naturally very disadvantageous in terms of cost. The reasons for this are that the abundance of Co in the continental crust is inherently small, that there is not much ore extraction for Co, and that it is often extracted as a by-product of other ore resources. Anxiety and the like. (New Metal Data Book Metal Review, Industrial Rare Metal No. 105, pp76-81
Therefore, when it is anticipated that lithium ion secondary batteries will be applied to various fields in the future, the resource problem of Co is important.

【0007】一方、LiCoO2代替材料として期待が
集まるLiNiO2も、不可逆容量が大きいこと、高品
位すなわち正極材料として相応しい特性を示す材料の合
成が困難であること、湿度に対する配慮等のハンドリン
グの煩わしさがあること、環境負荷が心配されること、
LiCoO2に対するコスト的なメリットが最終製品の
段階ではそれほど大きくないこと等、未だに実用化に向
けての課題は山積している。 このような状況から注目
を集める正極材料の一つとしてマンガン酸リチウムが挙
げられる。この材料系は1950年代には既に磁気的な
挙動の研究対象として報告(Journal of A
merican Chemical Society
Vol.78, pp3255−3260)されていた
ものであるが、1983年にMaterial Res
earch Bulletin Vol.18, pp
461−472においてM.M.Thackerayら
が電気化学的にLiイオンを出し入れ可能なことを報告
して以来、リチウム二次電池の正極材料としての検討が
なされてきた(例えば、Journal of Ele
ctrochemical Society Vol.
136, No.11, pp3169−3174ある
いはJournal of Electrochemi
calSociety Vol.138, No.1
0, pp2859−2864)。このマンガン酸リチ
ウムは化学式LiMn24で表されるスピネル構造をと
り、λ−MnO2との組成間で4V級の正極材料として
機能する。スピネル構造のマンガン酸リチウムはLiC
oO2等が有するような層状構造とは異なる3次元のホ
スト構造を持つため、理論容量のほとんどが使用可能で
あり、サイクル特性に優れることが期待される。
On the other hand, LiNiO 2, which is expected as an alternative material to LiCoO 2 , also has a large irreversible capacity, it is difficult to synthesize a material having high quality, that is, a material exhibiting characteristics suitable for a positive electrode material, and has to deal with troublesome handling such as consideration for humidity. That there are concerns about environmental impact,
There are still many challenges for practical use, such as the fact that the cost advantage over LiCoO 2 is not so large in the final product stage. Lithium manganate is one of the positive electrode materials that attracts attention from such a situation. This material system was already reported in the 1950's as a subject for studying magnetic behavior (Journal of A).
American Chemical Society
Vol. 78, pp 3255-3260), but in 1983 Material Res.
ear Bulletin Vol. 18, pp
461-472. M. Since Thackeray et al. Reported that Li ions could be electrochemically transferred in and out, they have been studied as cathode materials for lithium secondary batteries (for example, Journal of Ele).
crochemical Society Vol.
136, no. 11, pp3169-3174 or the Journal of Electrochemi
calSociety Vol. 138, no. 1
0, pp 2859-2864). This lithium manganate has a spinel structure represented by the chemical formula LiMn 2 O 4 and functions as a 4V-class positive electrode material between compositions with λ-MnO 2 . Lithium manganate with spinel structure is LiC
Since it has a three-dimensional host structure different from the layered structure such as that of oO 2 and the like, most of the theoretical capacity can be used, and excellent cycle characteristics are expected.

【0008】ところが、実際にはマンガン酸リチウムを
正極に用いたリチウム二次電池は、充放電を繰り返すこ
とによって徐々に容量が低下していく容量劣化が避けら
れず、その実用化には大きな問題が残されていた。
However, in practice, a lithium secondary battery using lithium manganate as a positive electrode is inevitably subjected to a capacity deterioration in which the capacity gradually decreases due to repeated charging and discharging, which is a serious problem for its practical use. Was left.

【0009】そこでマンガン酸リチウムを正極に用いた
有機電解液二次電池のサイクル特性を向上させるべく種
々の方法が検討されている。例えば、合成時の反応性を
改善することによる特性改善(特開平3−67464号
公報、特開平3−119656号公報、特開平3−12
7453号公報、特開平7−245106号公報、特開
平7−73883号公報等に開示)、粒径を制御するこ
とによる特性改善(特開平4−198028号公報、特
開平5−28307号公報、特開平6−295724号
公報、特開平7−97216号公報等に開示)、不純物
を除去することによる特性改善(特開平5−21063
号公報等に開示)などが挙げられるが、いずれも満足の
いくサイクル特性の向上は達成されていない。
Therefore, various methods have been studied to improve the cycle characteristics of an organic electrolyte secondary battery using lithium manganate for the positive electrode. For example, characteristics improvement by improving reactivity at the time of synthesis (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 3-67664, 3-119656, and 3-12)
7453, JP-A-7-245106, JP-A-7-73883, etc.), and characteristic improvement by controlling the particle size (JP-A-4-198080, JP-A-5-28307, JP-A-6-295724, JP-A-7-97216, etc.), and characteristic improvement by removing impurities (JP-A-5-21063)
However, none of them has achieved satisfactory improvement in cycle characteristics.

【0010】以上とは別に特開平2−270268号公
報では、Liの組成比を化学量論比に対し十分過剰にす
ることによってサイクル特性の向上を目指した試みもな
されている。同様の過剰Li組成複合酸化物の合成につ
いては、特開平4−123769号公報、特開平4−1
47573号公報、特開平5−205744号公報、特
開平7−282798号公報等にも開示されている。こ
の手法によるサイクル特性の向上は実験的にも明らかに
確認できる。
Apart from the above, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-270268 discloses an attempt to improve the cycle characteristics by sufficiently increasing the composition ratio of Li with respect to the stoichiometric ratio. The synthesis of a similar excess Li-containing composite oxide is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos.
No. 47573, JP-A-5-205744, JP-A-7-282798 and the like. The improvement of the cycle characteristics by this method can be clearly confirmed experimentally.

【0011】また、Li過剰組成と類似の効果をねらっ
たものとして、Mnスピネル材料LiMn24と、この
材料よりもLiリッチなLi−Mn複合酸化物Li2
2 4、LiMnO2、Li2MnO3等を混合させて正
極活物質として用いる技術も、特開平6−338320
号公報、特開平7−262984号公報等に開示されて
いる。ところがLiを過剰に添加したり、または別のL
iリッチな化合物と混合させたりすると、サイクル特性
が向上する一方で充放電容量値・充放電エネルギー値の
減少するため、高エネルギー密度と長サイクル寿命を両
立させることができない問題があった。これに対し、特
開平6−275276号公報では、高エネルギー密度、
ハイレートな充放電特性(充放電の際の電流が容量に対
して大きいこと)の向上、反応の完全性を狙い、比表面
積を大きくする試みがなされているが、逆に高サイクル
寿命の達成は困難である。
Further, the same effect as the Li excess composition is aimed at.
Mn spinel material LiMnTwoOFourAnd this
Li-Mn composite oxide Li richer than the materialTwoM
nTwoO Four, LiMnOTwo, LiTwoMnOThreeEtc. mixed and positive
The technique used as a pole active material is also disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-338320.
And Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-262988.
I have. However, excessive addition of Li or another L
Cycle characteristics when mixed with i-rich compounds
Of charging / discharging capacity and charging / discharging energy
High energy density and long cycle life.
There was a problem that could not be set up. In contrast,
In Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 6-275276, high energy density,
High-rate charge / discharge characteristics (current during charge / discharge
Aiming at improvement of the reaction and completeness of the reaction,
Attempts to increase the product have been made,
Achieving a lifetime is difficult.

【0012】一方、Li−Mn−Oの三成分の化合物に
別の元素を添加することによって特性向上を図る検討も
行われてきた。例えば、Co、Ni、Fe、Crあるい
はAl等の添加・ドープである(特開平4−14195
4号公報、特開平4−160758号公報、特開平4−
169076号公報、特開平4−237970号公報、
特開平4−282560号公報、特開平4−28966
2号公報、特開平5−28991号公報、特開平7−1
4572号公報等に開示)。これらの金属元素添加は充
放電容量の低減を伴い、トータルの性能として満足する
ためには更に工夫が必要である。
On the other hand, studies have been made to improve characteristics by adding another element to a ternary compound of Li-Mn-O. For example, addition, doping of Co, Ni, Fe, Cr, Al or the like (Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 4-14195)
No. 4, JP-A-4-160758, JP-A-4-160758
160976, JP-A-4-237970,
JP-A-4-282560, JP-A-4-28966
No. 2, JP-A-5-28991, JP-A-7-1
No. 4572). The addition of these metal elements is accompanied by a reduction in charge / discharge capacity, and further measures are required to satisfy the total performance.

【0013】他元素添加の検討の中で、ホウ素添加は充
放電容量の減少をほとんど伴わずに、他の特性、例えば
サイクル特性、自己放電特性の改善が期待されている。
例えば特開平2−253560号公報、特開平3−29
7058号公報、特開平9−115515号公報でその
旨が開示されている。いずれも二酸化マンガンまたはリ
チウム・マンガン複合酸化物をホウ素化合物(例えばホ
ウ酸)と固相混合またはホウ素化合物の水溶液に浸漬
し、加熱処理をすることによりリチウム・マンガン・ホ
ウ素の複合酸化物を合成している。これらのホウ素化合
物とマンガン酸化物との複合体粒子粉末は表面活性が低
減しているため電解液との反応が抑制され容量の保存特
性が改善されることが期待された。
In the study of the addition of other elements, the addition of boron is expected to improve other characteristics, such as cycle characteristics and self-discharge characteristics, with almost no decrease in charge / discharge capacity.
For example, JP-A-2-253560, JP-A-3-29
No. 7058 and Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 9-115515 disclose that fact. In each case, manganese dioxide or lithium-manganese composite oxide is mixed with a boron compound (for example, boric acid) in a solid phase or immersed in an aqueous solution of a boron compound, and then heat-treated to synthesize a lithium-manganese-boron composite oxide. ing. Since the composite particles of the boron compound and the manganese oxide have reduced surface activity, it was expected that the reaction with the electrolytic solution would be suppressed and the storage characteristics of the capacity would be improved.

【0014】しかしながら、単にホウ素添加ということ
だけでは、粒成長やタップ密度の低減等が生じ、電池と
しての高容量化には直結しなかった。また、合成条件に
よってはカーボン負極との組み合わせ時の実効的な電位
範囲における容量低下が見られたり、電解液との反応抑
制が不十分なことがあり、保存特性の改善に必ずしも効
果があったわけではなかった。
However, the mere addition of boron caused grain growth and a decrease in tap density, and did not directly lead to an increase in capacity as a battery. In addition, depending on the synthesis conditions, the capacity may be reduced in the effective potential range when combined with the carbon anode, or the reaction with the electrolytic solution may be insufficiently suppressed, which is not necessarily effective in improving the storage characteristics. Was not.

【0015】上記のようにマンガン酸リチウムのサイク
ル特性改善には種々のアプローチが試みられてきたが、
現在、主流となっているCo系に匹敵するサイクル特
性、特に高温使用環境下では劣化機構が促進されるた
め、高温使用でのサイクル特性の実現にはさらなる工夫
が求められている。とりわけノートパソコンや電気自動
車等、今後の応用分野の広がりを考えると、高温でのサ
イクル特性確保は重要性を増していると言える。
As described above, various approaches have been tried to improve the cycle characteristics of lithium manganate.
At present, the cycle characteristics are comparable to those of the mainstream Co-based alloys, and particularly, the degradation mechanism is promoted in a high-temperature use environment. Therefore, further improvements are required to realize the cycle characteristics in a high-temperature use. In particular, considering the future expansion of application fields such as notebook computers and electric vehicles, it can be said that securing the cycle characteristics at high temperatures is becoming increasingly important.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】以上、述べてきたよう
にマンガン酸リチウムLiMn24は現在主流の正極活
物質LiCoO2の代替材料として大きな期待を集める
複合酸化物であるが、従来の合成方法によって合成され
たLiMn24を用いた場合には、以下のような問題点
があった。
As described above, as described above, lithium manganate LiMn 2 O 4 is a complex oxide which is expected to be a substitute for LiCoO 2 , which is currently the mainstream cathode active material. When LiMn 2 O 4 synthesized by the method is used, there are the following problems.

【0017】第1の問題は充放電サイクルに伴う容量劣
化である。この原因はLiの出入りに伴う電荷補償とし
てMnイオンの平均価数が3価と4価の間で変化し、そ
のためJahn−Teller歪みが結晶中に生じてし
まうこと、およびマンガン酸リチウムからのMnの溶出
ないしはMn溶出が起因するインピーダンス上昇にあ
る。この問題点の解決のため、これまで、合成方法の改
善、他遷移金属元素添加、Li過剰組成等が検討されて
きたが、高放電容量の確保と高サイクル寿命の両面を同
時に満足させるには至っていない。
The first problem is capacity deterioration accompanying a charge / discharge cycle. The cause is that the average valence of Mn ions changes between trivalent and tetravalent as charge compensation accompanying the inflow and outflow of Li, thereby causing Jahn-Teller distortion in the crystal, and Mn from lithium manganate. Or an increase in impedance due to the elution of Mn. In order to solve this problem, improvement of the synthesis method, addition of other transition metal elements, Li excess composition, and the like have been studied.However, in order to simultaneously satisfy both high discharge capacity and high cycle life. Not reached.

【0018】第2の問題は自己放電による保存容量の減
少である。この原因は主に電解液に対するマンガン酸リ
チウムの安定性が不十分なためであると思われる。そこ
でB化合物との複合粒子化によりマンガン酸リチウム粒
子表面の活性点を低減する試みがなされたが、実用に供
するほど十分な効果は得られていない。
The second problem is a decrease in storage capacity due to self-discharge. This is considered to be mainly due to insufficient stability of lithium manganate with respect to the electrolytic solution. Attempts have been made to reduce the active sites on the surface of the lithium manganate particles by forming composite particles with the B compound, but the effect has not been obtained sufficiently to be practically used.

【0019】特に高温環境下における使用では第1の問
題および第2の問題劣化はともに促進されることが、用
途拡大の大きな障害となっている。
In particular, when used in a high-temperature environment, the deterioration of both the first problem and the second problem is promoted, which is a major obstacle to the expansion of applications.

【0020】このようにLiCoO2の代替材料として
期待を集めるマンガン酸リチウムであるが、実際に電池
として評価を行った場合、改良すべき問題点が存在して
いる。それにもかかわらず起電力の高さ、放電時の電圧
平坦性、サイクル特性、エネルギー密度等、現在の高性
能二次電池に求められる性能を満足できるポテンシャル
を期待できる材料系が限られるため、充放電容量劣化の
ない、サイクル特性、保存特性の優れた新たなスピネル
構造のマンガン酸リチウムが求められている。
As described above, lithium manganate is expected to be used as a substitute for LiCoO 2 , but there are problems to be improved when the battery is actually evaluated. Nevertheless, material systems that can be expected to satisfy the performance required of today's high-performance secondary batteries, such as high electromotive force, voltage flatness during discharge, cycle characteristics, and energy density, are limited. There is a need for a new spinel-structured lithium manganate that does not deteriorate in discharge capacity and has excellent cycle characteristics and storage characteristics.

【0021】そこで本発明は、このような従来の問題点
に鑑みてなされたものであり、電池特性、特に充放電サ
イクル特性、保存特性、さらには安全性に優れたリチウ
ム・マンガン複合酸化物を正極活物質として用いた非水
電解液二電池を提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention has been made in view of such conventional problems, and a lithium-manganese composite oxide excellent in battery characteristics, particularly, charge-discharge cycle characteristics, storage characteristics, and safety has been developed. An object of the present invention is to provide a nonaqueous electrolyte dual battery used as a positive electrode active material.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記の目的
を達成するために種々の検討を重ねた結果、本発明を完
成した。
Means for Solving the Problems The present inventors have made various studies to achieve the above object, and as a result, completed the present invention.

【0023】本発明は、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において、電池内に
Mn塩から溶解した2価のMnイオンを含むことを特徴
とする非水電解液二次電池に関する。電池内にMn塩か
ら溶解した2価のMnイオンを含ませるには、正極電極
内に2価Mn塩を含有させるか、または電解液に2価M
n塩を溶解させておくことにより行うことができる。
According to the present invention, there is provided a non-aqueous electrolyte secondary battery using a lithium-manganese composite oxide as a positive electrode, wherein the battery contains divalent Mn ions dissolved from a Mn salt. The present invention relates to a liquid secondary battery. In order to make the battery contain divalent Mn ions dissolved from the Mn salt, a divalent Mn salt is contained in the positive electrode, or a divalent Mn salt is contained in the electrolytic solution.
It can be carried out by dissolving the n salt.

【0024】また本発明は、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において、電池
内にイオウまたはイオウ化合物を含むことを特徴とする
非水電解液二次電池に関する。この場合も、正極電極内
にイオウまたはイオウ化合物を含有させるか、あるいは
電解液にイオウまたはイオウ化合物を溶解させておくこ
とにより電池内にイオウまたはイオウ化合物を含ませる
ことができる。
The present invention also relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery using a lithium-manganese composite oxide for a positive electrode, wherein the battery contains sulfur or a sulfur compound. . In this case as well, sulfur or a sulfur compound can be contained in the battery by incorporating sulfur or a sulfur compound in the positive electrode or dissolving sulfur or the sulfur compound in the electrolytic solution.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】前述したように、マンガン酸リチ
ウムLiMn24は現在主流の正極活物質LiCoO2
の代替材料として大きな期待を集める複合酸化物である
ものの、従来のLiMn24を用いた電池は(1)高エ
ネルギー密度(高充放電容量)の実現と高サイクル寿命
の両立が困難であること、(2)自己放電による保存容
量の減少の2点で問題があった。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As described above, lithium manganate LiMn 2 O 4 is the currently mainstream cathode active material LiCoO 2.
Although it is a composite oxide that has attracted great promise as an alternative material to the above, it is difficult for conventional batteries using LiMn 2 O 4 to (1) achieve both high energy density (high charge and discharge capacity) and high cycle life. (2) There is a problem in two points, that is, a reduction in storage capacity due to self-discharge.

【0026】この原因としては、電池製造の技術的な問
題ならびに電解液との相性等も指摘されているが、正極
材料自体や正極材料起因の影響によるものに着目すると
以下のようなことが考えられる。
As the cause, technical problems in battery manufacturing and compatibility with the electrolyte have been pointed out. However, when focusing on the positive electrode material itself and the influence due to the positive electrode material, the following is considered. Can be

【0027】まず高エネルギー密度が実現できない原因
としては、反応の不均一、相の分離、LiとMnの組成
比の過剰な不均衡、不純物の影響、タップ密度の不足等
が挙げられる。
First, the reasons why high energy density cannot be realized include non-uniform reaction, phase separation, excessive imbalance in the composition ratio of Li and Mn, influence of impurities, insufficient tap density, and the like.

【0028】反応の不均一ならびに相の分離は合成プロ
セスに依存するが、乾式混合後に焼成するプロセスの場
合は、主に混合の均一性、出発原料の粒径と焼成温度に
よって決定される。すなわち、固相表面で反応が進行す
るため、Li源とMn源の混合が不十分であったり、粒
径が粗すぎたり、焼成温度が高すぎたりすると、Mn 2
3、Mn34、Li2MnO3、LiMnO2、Li2
24、Li2Mn49、Li4Mn512のような相が
生成され、電池電圧の低下、エネルギー密度の低下を引
き起こす。
The heterogeneity of the reaction and the separation of the phases
Process depending on the process, but firing after dry mixing
In general, the mixing uniformity, starting material particle size and firing temperature
Is determined. That is, the reaction proceeds on the solid phase surface.
Therefore, mixing of the Li source and the Mn source is insufficient,
If the diameter is too coarse or the firing temperature is too high, Mn Two
OThree, MnThreeOFour, LiTwoMnOThree, LiMnOTwo, LiTwoM
nTwoOFour, LiTwoMnFourO9, LiFourMnFiveO12Phase like
Generated, causing a drop in battery voltage and a drop in energy density.
Wake up.

【0029】充放電サイクルに伴う容量劣化の原因はL
iの出入りに伴う電荷補償としてMnイオンの平均価数
が3価と4価の間で変化し、そのためJahn−Tel
ler歪みが結晶中に生じてしまうこと、およびマンガ
ン酸リチウムからのMnの溶出ないしはMn溶出が起因
するインピーダンス上昇にある。すなわち充放電サイク
ルを繰り返すことにより充放電容量が低下する容量劣化
の原因としては、不純物の影響、マンガン酸リチウムか
らのMnの溶出および溶出したMnの負極活物質上ある
いはセパレータ上への析出、活物質粒子の遊離による不
活性化、さらには含有水分により生成した酸の影響、マ
ンガン酸リチウムからの酸素放出による電解液の劣化等
が考えられる。
The cause of capacity deterioration due to charge / discharge cycles is L
The average valence of Mn ions changes between trivalent and tetravalent as charge compensation as i enters and exits, and therefore Jahn-Tel
Ler distortion is generated in the crystal, and Mn is eluted from lithium manganate or the impedance is increased due to Mn elution. That is, as the cause of the capacity deterioration in which the charge / discharge capacity is reduced by repeating the charge / discharge cycle, the influence of impurities, the elution of Mn from lithium manganate, the precipitation of the eluted Mn on the negative electrode active material or the separator, and the Inactivation due to the release of the material particles, the influence of the acid generated by the contained water, and the deterioration of the electrolytic solution due to the release of oxygen from lithium manganate are considered.

【0030】単一スピネル相が形成されているとした場
合、Mnの溶出はスピネル構造中の3価のMnが4価の
Mnと2価のMnに一部不均化することにより電解液中
にMnが溶解しやすい形になってしまうこと、Liイオ
ンの相対的な不足から溶出してしまうことなどが考えら
れ、充放電の繰り返しにより不可逆な容量分の発生や結
晶中の原子配列の乱れが促進されるとともに、溶出した
Mnイオンが負極あるいはセパレータ上に析出して、L
iイオンの移動を妨げると思われる。またマンガン酸リ
チウムはLiイオンを出し入れすることにより、立方体
対称はJahn−Teller効果により歪み、単位格
子長の数%の膨張・収縮を伴う。従ってサイクルを繰り
返すことにより、一部電気的なコンタクト不良が生じた
り、遊離した粒子が電極活物質として機能しなくなるこ
とも予想される。
Assuming that a single spinel phase is formed, the elution of Mn is caused by disproportionation of trivalent Mn in the spinel structure to tetravalent Mn and divalent Mn, so that Mn is dissolved in the electrolyte. It can be considered that Mn is easily dissolved in water, or it is eluted due to the relative shortage of Li ions, and the generation of irreversible capacity due to repeated charging and discharging and disorder of the atomic arrangement in the crystal Is promoted, and the eluted Mn ions precipitate on the negative electrode or the separator, and L
It appears to hinder i-ion migration. Lithium manganate distorts Li ions, cubic symmetry is distorted by the Jahn-Teller effect, and is accompanied by expansion and contraction of several% of the unit cell length. Therefore, by repeating the cycle, it is expected that some electrical contact failures occur and the released particles do not function as an electrode active material.

【0031】さらにMn溶出に付随してマンガン酸リチ
ウムからの酸素の放出も容易になってくると考えられ
る。酸素欠陥の多いマンガン酸リチウムはサイクル経過
により3.3Vプラトー容量が大きくなり、結果的にサ
イクル特性も劣化する。また、酸素の放出が多いと電解
液の分解に影響を与えると推測され、電解液の劣化によ
るサイクル劣化も引き起こすと思われる。
Further, it is considered that the release of oxygen from lithium manganate is facilitated along with the elution of Mn. Lithium manganate with many oxygen vacancies has a 3.3 V plateau capacity that increases with the passage of cycles, and as a result, the cycle characteristics also deteriorate. Further, it is presumed that a large amount of oxygen release affects the decomposition of the electrolytic solution, and the deterioration of the electrolytic solution may cause cycle deterioration.

【0032】従って、Mn溶出を低減させること、格子
の歪みを軽減すること、酸素欠損を少なくすること等が
対策として導き出される。
Therefore, reduction of Mn elution, reduction of lattice distortion, reduction of oxygen deficiency, and the like are derived as countermeasures.

【0033】次に、自己放電による保存容量の減少の原
因としては、電池の製造プロセス起因の正負極のアライ
メント不足、電極金属屑混入等の内部ショートの現象を
除外すると、保存特性の改善も、電解液に対するマンガ
ン酸リチウムの安定性の向上、すなわちMnの溶出、電
解液との反応、酸素の放出等の抑制に効果があると考え
られる。
Next, the cause of the decrease in the storage capacity due to self-discharge is that if the phenomena of internal short-circuit such as insufficient alignment of the positive and negative electrodes due to the battery manufacturing process and mixing of metal scraps from the electrodes are excluded, the storage characteristics can be improved. It is considered that this is effective in improving the stability of lithium manganate with respect to the electrolytic solution, that is, suppressing elution of Mn, reaction with the electrolytic solution, release of oxygen, and the like.

【0034】そこで本発明では、電池内にMn塩から溶
解した2価のMnイオンを含ませることにより、電解液
中のMn濃度を上昇させて、活物質からMnが溶出する
のを抑制する。
Therefore, in the present invention, the inclusion of divalent Mn ions dissolved from the Mn salt in the battery increases the Mn concentration in the electrolytic solution and suppresses the elution of Mn from the active material.

【0035】用いられるMn塩としては、例えば、硫酸
マンガン、炭酸マンガン、硝酸マンガン、酢酸マンガン
等の2価のマンガン塩を挙げることができるが、中でも
硫酸マンガンが好ましい。硫酸マンガンを用いると、2
価Mnイオンの添加効果と、後述するイオウ化合物の添
加効果とを併せ持つことになるからである。
Examples of the Mn salt used include divalent manganese salts such as manganese sulfate, manganese carbonate, manganese nitrate, and manganese acetate. Of these, manganese sulfate is preferred. With manganese sulfate, 2
This is because the effect of adding a valence Mn ion and the effect of adding a sulfur compound described later are obtained.

【0036】この際、Mn塩は正極電極中に含有させて
も、電解液中に溶解させてもどちらでもよい。いずれの
場合もMn塩を電池内に含有させることにより効果が得
られ、使用量は用いるMn塩により適宜選らぶことがで
きるが、特に効果が明確に表れるためには、電解液中の
2価Mn濃度が18ppm以上になるように含ませるこ
とが好ましく、硫酸マンガンを用いる場合は[リチウム
・マンガン複合酸化物]:[硫酸マンガン]=100−
a:a(重量%)と表したときに、0.053≦aとな
る混合比率で正極電極中に含有させたり、電解液中の2
価Mn濃度が18ppm以上になるように溶解させて用
いることができる。
At this time, the Mn salt may be contained in the positive electrode or may be dissolved in the electrolytic solution. In any case, the effect can be obtained by including the Mn salt in the battery, and the amount of use can be appropriately selected depending on the Mn salt used. Mn concentration is preferably included so as to be 18 ppm or more. When manganese sulfate is used, [lithium-manganese composite oxide]: [manganese sulfate] = 100−
a: When expressed as a (% by weight), a content of 0.053 ≦ a is contained in the positive electrode, or 2
It can be dissolved and used so that the valence Mn concentration becomes 18 ppm or more.

【0037】正極電極中に硫酸マンガン等の2価Mn塩
を含有させた場合は、2価Mnイオンが3価または4価
のMnイオンよりも先に電解液中に溶解する。従って、
活物質として用いるLiMn24やLiMnO2、Li2
Mn24を主とするリチウム・マンガン複合酸化物中の
Mnよりも先に電解液中に溶解する。その結果、電解液
中のMn濃度が上昇し活物質からのMn溶出を抑制す
る。また、特に硫酸マンガンを用いた場合は、Mn溶解
の際に生じたSO4 2-分によるSのMnへの触媒毒作用
効果により正極活物質―電解液界面の活性点を減少さ
せ、同時に溶出したMnイオンの活性を低下させる。こ
れにより、正極活物質―電解液界面での電解液の分解反
応およびカーボン材料やLi金属、Li合金などの負極
表面上へのMnイオンが関係する種々の還元反応等の副
反応を抑制することができる。
When a divalent Mn salt such as manganese sulfate is contained in the positive electrode, divalent Mn ions dissolve in the electrolytic solution before trivalent or tetravalent Mn ions. Therefore,
LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , Li 2 used as an active material
It dissolves in the electrolytic solution before Mn in the lithium-manganese composite oxide mainly composed of Mn 2 O 4 . As a result, the Mn concentration in the electrolyte increases, and the elution of Mn from the active material is suppressed. In particular, when manganese sulfate is used, the active site at the positive electrode active material-electrolyte interface is reduced due to the catalytic poisoning effect of S on Mn due to SO 4 2- minutes generated during the dissolution of Mn, and elution occurs at the same time. Activity of the Mn ions thus reduced. This suppresses decomposition reactions of the electrolyte at the cathode active material-electrolyte interface and various side reactions such as various reduction reactions involving Mn ions on the surface of the anode such as carbon materials, Li metal, and Li alloy. Can be.

【0038】このためサイクル特性、かつ保存特性に優
れた電池が得られる。さらに、硫酸マンガンは正極活物
質であるリチウム・マンガン複合酸化物と反応させる必
要がないため、活物質自体は純度が高く結晶性の高いも
のを使用できる。従って、微量に加えた硫酸マンガン粉
末の重量分だけの容量ロスに留めることが可能で、容量
低下を極力低く抑えることができる。
Thus, a battery having excellent cycle characteristics and storage characteristics can be obtained. Further, since manganese sulfate does not need to react with the lithium-manganese composite oxide which is a positive electrode active material, an active material having high purity and high crystallinity can be used. Therefore, it is possible to keep the capacity loss only by the weight of the manganese sulfate powder added in a trace amount, and it is possible to suppress the capacity decrease as low as possible.

【0039】一方、電解液中にあらかじめ硫酸マンガン
を溶解させた場合も、上記と同様の効果が得られる。ま
た電池容量の低下もほとんど招かない。
On the other hand, when manganese sulfate is dissolved in the electrolytic solution in advance, the same effect as described above can be obtained. Also, there is almost no reduction in battery capacity.

【0040】このように正極電極中に硫酸マンガンを含
ませたり、または電解液中に硫酸マンガンを溶解させた
りすることにより、サイクル特性および容量保存特性を
改善することができるが、加えて安全性確保の面でもメ
リットがある。過充電、短絡、高温環境放置時などの電
池使用上において異常な事態になった場合、電池内部に
二酸化イオウと考えられるガスが発生し、ディスコネク
トデバイス等の安全機構を迅速に機能させることができ
る。
By including manganese sulfate in the positive electrode or dissolving manganese sulfate in the electrolytic solution, cycle characteristics and capacity storage characteristics can be improved. There are also advantages in terms of securing. If an abnormal situation occurs during battery use, such as overcharging, short-circuiting, or leaving the battery in a high-temperature environment, sulfur dioxide gas is generated inside the battery, and safety mechanisms such as disconnect devices can be quickly activated. it can.

【0041】正極電極中に混合する硫酸マンガンあるい
は電解液中に溶解させる硫酸マンガンは、電解液との反
応を考慮すると、50μm以下の粒径が望ましく、吸着
水または構造水を持たないもの、または加熱脱水処理を
行ったものが好ましい。
The manganese sulfate to be mixed in the positive electrode or the manganese sulfate to be dissolved in the electrolytic solution is desirably a particle size of 50 μm or less in consideration of the reaction with the electrolytic solution, and has no adsorbed water or structured water, or Those subjected to heat dehydration treatment are preferred.

【0042】さらに、本発明で電池内にイオウ、または
硫酸マンガン以外のイオウ化合物を含ませた場合にも、
硫酸マンガンを用いた場合と同様なMnへの触媒毒効果
が認められる。
Further, when sulfur or a sulfur compound other than manganese sulfate is contained in the battery in the present invention,
The same catalytic poisoning effect on Mn as in the case of using manganese sulfate is observed.

【0043】用いられるイオウまたはイオウ化合物とし
ては、イオウ単体;二酸化イオウ、硫化水素等のイオウ
含有ガス;硫酸マンガン、硫酸リチウム等の硫酸塩を挙
げることができる。この中でも、イオウ単体、二酸化イ
オウ、硫化水素、および硫酸マンガンが好ましい。
Examples of the sulfur or sulfur compound to be used include a simple substance of sulfur; a sulfur-containing gas such as sulfur dioxide and hydrogen sulfide; and a sulfate such as manganese sulfate and lithium sulfate. Among them, simple sulfur, sulfur dioxide, hydrogen sulfide and manganese sulfate are preferred.

【0044】イオウ単体は、イオウ粉末として正極電極
中に含有させたり、電解液中に溶解して用いることがで
き、イオウ含有ガスは電解液中に溶解させて用いたり、
リチウム・マンガン複合酸化物に接触させるだけでもよ
い。
The sulfur alone can be contained in the positive electrode as a sulfur powder or can be used by dissolving it in the electrolytic solution. The sulfur-containing gas can be used by dissolving it in the electrolytic solution.
It may be merely contacted with the lithium-manganese composite oxide.

【0045】イオウ単体を正極電極中に含有させる場
合、または電解液中に溶解させる場合には、電解液との
反応を考慮すると、イオウの粒径は50μm以下が望ま
しく、吸着水または構造水を持たないもの、あるいは加
熱脱水処理を行ったものが好ましい。また、二酸化イオ
ウ、硫化水素等のイオウ含有ガスについても不純物の含
有量が小さい方が好ましい。
When sulfur alone is contained in the positive electrode or dissolved in the electrolytic solution, the particle size of the sulfur is desirably 50 μm or less in consideration of the reaction with the electrolytic solution. Those which do not have, or those which have been subjected to heat dehydration treatment are preferred. In addition, it is preferable that the sulfur-containing gas such as sulfur dioxide and hydrogen sulfide has a small impurity content.

【0046】イオウまたはイオウ化合物の使用量は、用
いるイオウまたは化合物の種類により適宜選ぶことがで
きるが、明確な効果が表れるためには、[リチウム・マ
ンガン複合酸化物]:[イオウ粉末]=100−a:a
(重量%)と表したときに、0.011≦aとなる混合
比率で正極電極中にイオウを混合させたり、電解液10
mlに対し、イオウ粉末0.02g以上を溶解した電解
液を使用したり、電解液100mlに対し、イオウ含有
ガス1ml以上をバブリングした電解液を使用したりす
ることが好ましい。
The amount of the sulfur or the sulfur compound to be used can be appropriately selected depending on the type of the sulfur or the compound to be used. However, in order to obtain a clear effect, [lithium-manganese composite oxide]: [sulfur powder] = 100 -A: a
(Wt%), sulfur was mixed into the positive electrode at a mixing ratio of 0.011 ≦ a,
It is preferable to use an electrolytic solution in which 0.02 g or more of sulfur powder is dissolved per ml, or use an electrolytic solution in which 1 ml or more of a sulfur-containing gas is bubbled with respect to 100 ml of the electrolytic solution.

【0047】本発明に用いられるリチウム・マンガン複
合酸化物はリチウム、マンガンおよび酸素からなる酸化
物であり、LiMn24等のスピネル構造のマンガン酸
リチウム、Li2Mn24、およびLiMnO2等を挙げ
ることができる。この中でも、LiMn24等のスピネ
ル構造のマンガン酸リチウムが好ましく、スピネル構造
をとる限り[Li]/[Mn]比が0.5からずれてい
てもよく、[Li]/[Mn]比としては、0.5〜
0.65、好ましくは0.51〜0.6、最も好ましく
は0.53〜0.58である。
The lithium-manganese composite oxide used in the present invention is an oxide composed of lithium, manganese and oxygen, and lithium manganate having a spinel structure such as LiMn 2 O 4 , Li 2 Mn 2 O 4 , and LiMnO 2 And the like. Among these, lithium manganate having a spinel structure such as LiMn 2 O 4 is preferable, and the [Li] / [Mn] ratio may deviate from 0.5 as long as the spinel structure is obtained, and the [Li] / [Mn] ratio As for 0.5-
0.65, preferably 0.51 to 0.6, most preferably 0.53 to 0.58.

【0048】また、同様に、マンガン酸リチウムがスピ
ネル構造をとる限り[Li+Mn]/[O]比は、0.
75からずれていてもよい。
Similarly, as long as lithium manganate has a spinel structure, the ratio of [Li + Mn] / [O] is 0.1.
It may be shifted from 75.

【0049】また、リチウム・マンガン複合酸化物の粒
径は、正極を作製するのに適したスラリーは作製の容易
さ、電池反応の均一性を考慮すると、重量平均粒径で、
通常5〜30μmである。
The particle diameter of the lithium-manganese composite oxide is expressed as a weight average particle diameter in consideration of the ease of preparation of the slurry suitable for preparing the positive electrode and the uniformity of the battery reaction.
Usually, it is 5 to 30 μm.

【0050】このようなリチウム・マンガン複合酸化物
は、次のようにして製造することができる。
Such a lithium / manganese composite oxide can be produced as follows.

【0051】マンガン(Mn)原料およびリチウム(L
i)原料として、まずLi原料としては、例えば炭酸リ
チウム、酸化リチウム、硝酸リチウム、水酸化リチウム
等のリチウム化合物を用いることができ、Mn原料とし
て例えば電解二酸化マンガン(EMD)、Mn23、M
34、化学二酸化マンガン(CMD)等の種々のMn
酸化物、炭酸マンガンや蓚酸マンガン等のマンガン塩な
どのマンガン化合物を用いることができる。しかし、L
iとMnの組成比の確保の容易さ、かさ密度の違いによ
る単位体積あたりのエネルギー密度、目的粒径確保の容
易さ、工業的に大量合成する際のプロセス・取り扱いの
簡便さ、有害物質の発生の有無、コスト等を考慮すると
電解二酸化マンガンと炭酸リチウムの組み合わせが好ま
しい。
Manganese (Mn) raw material and lithium (L
i) As a raw material, first, as a Li raw material, for example, a lithium compound such as lithium carbonate, lithium oxide, lithium nitrate, and lithium hydroxide can be used. As a Mn raw material, for example, electrolytic manganese dioxide (EMD), Mn 2 O 3 , M
Various Mn such as n 3 O 4 and chemical manganese dioxide (CMD)
Manganese compounds such as oxides and manganese salts such as manganese carbonate and manganese oxalate can be used. But L
Easy to secure the composition ratio of i and Mn, energy density per unit volume due to difference in bulk density, easy to secure target particle size, easy to process and handle in industrial mass synthesis, In consideration of the occurrence, cost, etc., a combination of electrolytic manganese dioxide and lithium carbonate is preferable.

【0052】その際、出発原料を混合する前段階とし
て、リチウム原料およびマンガン原料を必要に応じて粉
砕し、適当な粒径にそろえることが好ましい。
At this time, as a step before mixing the starting materials, it is preferable that the lithium material and the manganese material are pulverized, if necessary, so as to have an appropriate particle size.

【0053】本発明の非水電解液二次電池は、このよう
に硫酸マンガンやイオウ化合物等を含むリチウム・マン
ガン複合酸化物を正極(電解液の方に2価Mnイオンや
イオン化合物を溶解させる場合は、含ませなくてもよ
い)として用いる。
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention uses the lithium-manganese composite oxide containing manganese sulfate, sulfur compound and the like as the positive electrode (dissolving divalent Mn ions and ionic compounds in the electrolyte). In this case, it does not need to be included).

【0054】一方、対する負極活物質としては、リチウ
ム、リチウム合金またはリチウムを吸蔵・放出しうるグ
ラファイトまたは非晶質炭素等の炭素材料を用いる。
On the other hand, as the negative electrode active material, a carbon material such as lithium, lithium alloy, graphite or amorphous carbon capable of inserting and extracting lithium is used.

【0055】セパレータは特に限定されないが、織布、
硝子繊維、多孔性合成樹脂皮膜等を用いることができ
る。例えばポリプロピレン、ポリエチレン系の多孔膜が
薄膜でかつ大面積化、膜強度や膜抵抗の面で適当であ
る。
The separator is not particularly limited.
Glass fibers, porous synthetic resin films and the like can be used. For example, a polypropylene or polyethylene porous film is suitable in terms of a thin film, large area, film strength and film resistance.

【0056】非水電解液の溶媒としては、通常よく用い
られるもので良く、例えばカーボネート類、塩素化炭化
水素、エーテル類、ケトン類、ニトリル類等を用いるこ
とができる。好ましくは、高誘電率溶媒としてエチレン
カーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(P
C)、γ−ブチロラクトン(GBL)等から少なくとも
1種類、低粘度溶媒としてジエチルカーボネート(DE
C)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチル
カーボネート(EMC)、エステル類等から少なくとも
1種類選択し、その混合液を用いる。EC+DEC、P
C+DMCまたはPC+EMCが好ましい。
As the solvent for the non-aqueous electrolyte, those which are commonly used may be used, and examples thereof include carbonates, chlorinated hydrocarbons, ethers, ketones, and nitriles. Preferably, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (P
C), at least one of γ-butyrolactone (GBL) and the like, and diethyl carbonate (DE) as a low-viscosity solvent.
C), at least one selected from dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), esters and the like, and a mixture thereof is used. EC + DEC, P
C + DMC or PC + EMC is preferred.

【0057】支持塩としてはLiClO4、LiI、L
iPF6、LiAlCl4、LiBF4、CF3SO3Li
等から少なくとも1種類を用いる。本発明では、酸性を
生成しやすい支持塩を用いても、電解液中の酸を抑制で
きるので、特にLiPF6またはLiBF4を用いたとき
に最も効果を発揮し得るので好ましい。支持塩の濃度
は、例えば0.8〜1.5Mである。
As the supporting salt, LiClO 4 , LiI, L
iPF 6 , LiAlCl 4 , LiBF 4 , CF 3 SO 3 Li
For example, at least one type is used. In the present invention, the use of a supporting salt which easily generates an acid can suppress the acid in the electrolytic solution, and is particularly preferable when LiPF 6 or LiBF 4 is used, since the most effective effect can be obtained. The concentration of the supporting salt is, for example, 0.8 to 1.5M.

【0058】電池の構成としては、角形、ペーパー型、
積層型、円筒型、コイン型など種々の形状を採用するこ
とができる。また、構成部品には集電体、絶縁板等があ
るが、これらは特に限定されるものではなく、上記の形
状に応じて選定すればよい。
The structure of the battery is a prismatic, paper type,
Various shapes such as a laminated type, a cylindrical type, and a coin type can be adopted. In addition, components include a current collector, an insulating plate, and the like, but these are not particularly limited, and may be selected according to the above shape.

【0059】[0059]

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, but it should not be construed that the present invention is limited thereto.

【0060】[実施例1]マンガン酸リチウムの合成に
は、出発原料として炭酸リチウム(Li2CO3)および
電解二酸化マンガン(EMD)を用いた。この出発原料
の混合の前段階として、反応性の向上と目的粒径を有す
るマンガン酸リチウムを確保するために、Li2CO3
粉砕およびEMDの分級を行った。
Example 1 In the synthesis of lithium manganate, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and electrolytic manganese dioxide (EMD) were used as starting materials. Prior to the mixing of the starting materials, pulverization of Li 2 CO 3 and classification of EMD were performed in order to improve the reactivity and secure lithium manganate having a target particle size.

【0061】通常の固相反応合成法では、マンガン酸リ
チウムの粒径は、焼成前のEMDの粒径によりほぼ決定
される。すなわち、目的粒径のマンガン酸リチウムの合
成は、焼成前のEMDの目的粒径での分級によって確保
される。マンガン酸リチウムは電池の正極活物質として
用いる場合、反応の均一性確保、スラリー作製の容易
さ、安全性等の兼ね合いにより、5〜30μmの平均粒
径が好ましい。そこでEMDの粒径はマンガン酸リチウ
ムの目的粒径と同じ5〜30μmとした。
In the ordinary solid-phase reaction synthesis method, the particle size of lithium manganate is almost determined by the particle size of EMD before firing. That is, the synthesis of lithium manganate having the target particle size is ensured by classification of the EMD before firing at the target particle size. When lithium manganate is used as a positive electrode active material of a battery, an average particle diameter of 5 to 30 μm is preferable in consideration of ensuring uniformity of reaction, ease of slurry preparation, safety, and the like. Therefore, the particle size of EMD is set to 5 to 30 μm, which is the same as the target particle size of lithium manganate.

【0062】Li2CO3はD50粒径が1.4μmとな
るように粉砕を行い、[Li]/[Mn]=1.05/
2となるように混合した。これは均一反応の確保のため
には5μm以下の粒径が望ましいと考えられるからであ
る。
Li 2 CO 3 is pulverized to a D50 particle size of 1.4 μm, and [Li] / [Mn] = 1.05 /
And 2 were mixed. This is because it is considered that a particle size of 5 μm or less is desirable for ensuring a uniform reaction.

【0063】次にこの混合粉を酸素フローの雰囲気下、
800℃で焼成した。得られたマンガン酸リチウムの粒
子中の粒径1μm以下の微小粒子を空気分級器により除
去した。この時、得られたマンガン酸リチウムの比表面
積は約0.9m2/gであった。タップ密度は2.17
g/cc、真密度は4.09g/cc、D50粒径は1
7.2μm、格子定数は8.236Åという粉体特性で
あった。
Next, this mixed powder was placed under an atmosphere of oxygen flow.
It was fired at 800 ° C. Fine particles having a particle diameter of 1 μm or less in the obtained lithium manganate particles were removed by an air classifier. At this time, the specific surface area of the obtained lithium manganate was about 0.9 m 2 / g. Tap density is 2.17
g / cc, the true density is 4.09 g / cc, and the D50 particle size is 1.
The powder characteristics were 7.2 μm and the lattice constant was 8.236 °.

【0064】[実施例2]実施例1で合成したマンガン
酸リチウムを正極活物質とし、導電性付与剤、バインダ
ーとしてのPTFEに加え硫酸マンガンの粉末を混合・
混練し正極を作製し、金属Li対極の2320コインセ
ルを試作した。ただし、硫酸マンガン粉末は事前処理と
して、100℃にて12時間、真空乾燥を行ったものを
用いて、正極の混合比をマンガン酸リチウム:導電性付
与剤:PTFE:硫酸マンガン=76:10:10:4
として混練した後、約0.5mの厚さに圧延したものを
φ15mmに打ち抜いて用いた。負極は厚さ1mm、φ
17mmの金属Liを用い、電解液は1M LiClO
4プロピレンカーボネート(PC)+ジメチルカーボネ
ート(DMC)=50+50(体積比)の混合溶媒を、
セパレーターには厚さ25μmのポリプロピレン多孔膜
を用いた。
Example 2 Lithium manganate synthesized in Example 1 was used as a positive electrode active material, and manganese sulfate powder was mixed with PTFE as a conductivity-imparting agent and a binder.
The mixture was kneaded to prepare a positive electrode, and a 2320 coin cell having a metal Li counter electrode was prototyped. However, the manganese sulfate powder was subjected to vacuum drying at 100 ° C. for 12 hours as a pretreatment, and the mixing ratio of the positive electrode was adjusted to lithium manganate: conductivity imparting agent: PTFE: manganese sulfate = 76: 10: 10: 4
After being kneaded, a product rolled to a thickness of about 0.5 m was punched out to a diameter of 15 mm and used. The negative electrode is 1mm thick, φ
Using 17mm metal Li, the electrolyte is 1M LiClO
4 A mixed solvent of propylene carbonate (PC) + dimethyl carbonate (DMC) = 50 + 50 (volume ratio)
A 25 μm thick polypropylene porous membrane was used as the separator.

【0065】[比較例1]実施例1で合成したマンガン
酸リチウムを正極活物質とし、正極合剤中に硫酸マンガ
ンを含まないこと以外は実施例2と同様にして、金属L
i対極の2320コインセルを試作した。正極は、マン
ガン酸リチウム、導電性付与剤およびPTFEを80:
10:10の重量比で混練し、約0.5mの厚さに圧延
したものをφ15mmに打ち抜いて用いた。負極、電解
液、セパレーターは実施例2と同様のものを用いた。
Comparative Example 1 A metal L was prepared in the same manner as in Example 2 except that lithium manganate synthesized in Example 1 was used as a positive electrode active material and manganese sulfate was not contained in the positive electrode mixture.
A prototype i-type 2320 coin cell was manufactured. The positive electrode was made of lithium manganate, a conductivity-imparting agent and PTFE 80:
A mixture kneaded at a weight ratio of 10:10 and rolled to a thickness of about 0.5 m was punched out to φ15 mm and used. The same negative electrode, electrolytic solution and separator as in Example 2 were used.

【0066】[評価試験例1]実施例2および比較例1
で試作したコインセルを用いて充放電サイクル試験を行
った。サイクルは充電、放電ともに0.5mA/cm2
の定電流とし、充放電電圧範囲は3.0〜4.5V v
s Liで行った。また評価温度は10℃から60℃ま
で10℃きざみとした。
[Evaluation Test Example 1] Example 2 and Comparative Example 1
A charge / discharge cycle test was performed using the coin cell prototype manufactured in the above. The cycle was 0.5 mA / cm 2 for both charging and discharging.
, And the charge / discharge voltage range is 3.0 to 4.5 V v
s Li. The evaluation temperature was set at 10 ° C. from 10 ° C. to 60 ° C.

【0067】実施例2および比較例1のコインセルのサ
イクル評価温度による#50/#1(1サイクルめの放
電容量に対する50サイクル目の放電容量の割合)容量
残存率(%)を表1に示す。実施例2のコインセルの方
がサイクル温度を上昇させても容量残存率が高い。
Table 1 shows # 50 / # 1 (the ratio of the discharge capacity at the 50th cycle to the discharge capacity at the 1st cycle) of the coin cells of Example 2 and Comparative Example 1 based on the cycle evaluation temperature. . The coin cell of Example 2 has a higher capacity remaining ratio even when the cycle temperature is increased.

【0068】[0068]

【表1】 [実施例3]実施例1で合成したマンガン酸リチウムを
正極活物質とし、導電性付与剤、バインダーとしてのP
TFEに加えイオウの粉末を混合・混練し正極を作製
し、金属Li対極の2320コインセルを試作した。た
だし、イオウ粉末は事前処理として、100℃にて12
時間、真空乾燥を行ったものを用いた。
[Table 1] Example 3 Lithium manganate synthesized in Example 1 was used as a positive electrode active material, and P was used as a conductivity-imparting agent and a binder.
A positive electrode was prepared by mixing and kneading sulfur powder in addition to TFE to produce a 2320 coin cell having a metallic Li counter electrode. However, sulfur powder is used as a pretreatment at 12
It was used after vacuum drying for hours.

【0069】正極の混合比はマンガン酸リチウム:導電
性付与剤:PTFE:イオウ=79:10:10:1と
して混練した後、約0.5mの厚さに圧延したものをφ
15mmに打ち抜いて用いた。負極は厚さ1mm、φ1
7mmの金属Liを用い、電解液は1M LiClO4
プロピレンカーボネート(PC)+ジメチルカーボネー
ト(DMC)=50+50(体積比)を、セパレーター
は厚さ25μmのポリプロピレン多孔膜を用いた。
The mixing ratio of the positive electrode was as follows: kneading lithium manganate: conductivity imparting agent: PTFE: sulfur = 79: 10: 10: 1 and rolling to a thickness of about 0.5 m.
It was punched out to 15 mm. The negative electrode is 1mm thick, φ1
Using 7 mm metal Li, the electrolyte is 1 M LiClO4
Propylene carbonate (PC) + dimethyl carbonate (DMC) = 50 + 50 (volume ratio), and a 25 μm-thick polypropylene porous membrane was used as a separator.

【0070】[比較評価例2]実施例3および比較例1
で作製したコインセルを用いて充放電サイクル試験を行
った。サイクルは充電、放電ともに0.5mA/cm2
の定電流とし、充放電電圧範囲は3.0〜4.5V v
s Liで行った。また評価温度は10℃から60℃ま
で10℃きざみとした。
[Comparative Evaluation Example 2] Example 3 and Comparative Example 1
A charge / discharge cycle test was performed using the coin cell prepared in the above. The cycle was 0.5 mA / cm 2 for both charging and discharging.
, And the charge / discharge voltage range is 3.0 to 4.5 V v
s Li. The evaluation temperature was set at 10 ° C. from 10 ° C. to 60 ° C.

【0071】実施例3および比較例1のコインセルのサ
イクル評価温度による#50/#1(1サイクルめの放
電容量に対する50サイクル目の放電容量の割合)容量
残存率(%)を表2に示す。実施例3のコインセルの方
がサイクル温度を上昇させても容量残存率が高い。
Table 2 shows # 50 / # 1 (the ratio of the discharge capacity at the 50th cycle to the discharge capacity at the 1st cycle) of the coin cells of Example 3 and Comparative Example 1 based on the cycle evaluation temperature. . The coin cell of Example 3 has a higher capacity remaining ratio even when the cycle temperature is increased.

【0072】[0072]

【表2】 [実施例4]実施例1で合成したマンガン酸リチウムを
正極活物質とし、比較例1と同様にして金属Li対極の
2320コインセルを試作した。正極は、マンガン酸リ
チウム、導電性付与剤およびPTFEを80:10:1
0の重量比で混練し、約0.5mmの厚さに圧延したも
のをφ15mmに打ち抜いて用いた。
[Table 2] [Example 4] Using lithium manganate synthesized in Example 1 as a positive electrode active material, a 2320 coin cell having a metal Li counter electrode was prototyped in the same manner as in Comparative Example 1. The positive electrode was made of lithium manganate, a conductivity-imparting agent, and PTFE at 80: 10: 1.
A mixture kneaded at a weight ratio of 0 and rolled to a thickness of about 0.5 mm was punched out to a diameter of 15 mm and used.

【0073】電解液は1MのLiPF6を支持塩とし、
プロピレンカーボネート(PC)+ジエチルカーボネー
ト(DEC)=50+50(体積比)を溶媒としたもの
に加熱脱水処理した硫酸マンガンを溶解させたものを用
いた。このときのMn濃度は190ppmであった。負
極、セパレーターは実施例2と同様のものを用いた。
The electrolytic solution uses 1M LiPF 6 as a supporting salt,
A solution obtained by dissolving manganese sulfate subjected to heat dehydration treatment in a solvent using propylene carbonate (PC) + diethyl carbonate (DEC) = 50 + 50 (volume ratio) was used. The Mn concentration at this time was 190 ppm. The same negative electrode and separator as in Example 2 were used.

【0074】[実施例5]実施例1で合成したマンガン
酸リチウムを正極活物質とし、比較例1と同様にして金
属Li対極の2320コインセルを試作した。正極は、
マンガン酸リチウム、導電性付与剤およびPTFEを8
0:10:10の重量比で混練し、約0.5mmの厚さ
に圧延したものをφ15mmに打ち抜いて用いた。電解
液は1MのLiPF6を支持塩とし、プロピレンカーボ
ネート(PC)+ジエチルカーボネート(DEC)=5
0+50(体積比)を溶媒としたものに加熱脱水処理し
たイオウ粉末を溶解させたものも用いた。このときのイ
オウの濃度は560ppmであった。負極、セパレータ
ーは実施例2と同様のものを用いた。
Example 5 Using lithium manganate synthesized in Example 1 as a positive electrode active material, a 2320 coin cell having a metal Li counter electrode was prototyped in the same manner as in Comparative Example 1. The positive electrode is
Lithium manganate, conductivity imparting agent and PTFE
A mixture kneaded at a weight ratio of 0:10:10 and rolled to a thickness of about 0.5 mm was punched out to a diameter of 15 mm and used. The electrolyte used was 1 M LiPF 6 as a supporting salt, and propylene carbonate (PC) + diethyl carbonate (DEC) = 5.
A solution prepared by dissolving a sulfur powder subjected to heat dehydration treatment in a solution using 0 + 50 (volume ratio) as a solvent was also used. At this time, the sulfur concentration was 560 ppm. The same negative electrode and separator as in Example 2 were used.

【0075】[実施例6]実施例1で合成したマンガン
酸リチウムを正極活物質とし、比較例1と同様にして金
属Li対極の2320コインセルを試作した。正極は、
マンガン酸リチウム、導電性付与剤およびPTFEを8
0:10:10の重量比で混練し、約0.5mmの厚さ
に圧延したものをφ15mmに打ち抜いて用いた。
[Example 6] Using lithium manganate synthesized in Example 1 as a positive electrode active material, a 2320 coin cell having a metal Li counter electrode was prototyped in the same manner as in Comparative Example 1. The positive electrode is
Lithium manganate, conductivity imparting agent and PTFE
A mixture kneaded at a weight ratio of 0:10:10 and rolled to a thickness of about 0.5 mm was punched out to a diameter of 15 mm and used.

【0076】電解液は1MのLiPF6を支持塩とし、
プロピレンカーボネート(PC)+ジエチルカーボネー
ト(DEC)=50+50(体積比)を溶媒としたもの
に二酸化イオウガスをバブリングさせたものとした。こ
のときバブリングしたこのときの二酸化イオウ量は電解
液10mlに対し1.0mlであった。負極、セパレー
ターは実施例2と同様のものを用いた。このときの電解
液中のイオウ濃度は620ppmであった。
The electrolytic solution uses 1M LiPF 6 as a supporting salt,
A mixture of propylene carbonate (PC) + diethyl carbonate (DEC) = 50 + 50 (volume ratio) as a solvent was prepared by bubbling sulfur dioxide gas. At this time, the amount of sulfur dioxide at the time of bubbling was 1.0 ml with respect to 10 ml of the electrolytic solution. The same negative electrode and separator as in Example 2 were used. At this time, the sulfur concentration in the electrolytic solution was 620 ppm.

【0077】[実施例7]実施例1で合成したマンガン
酸リチウムを密閉容器に入れ、容器内にマンガン酸リチ
ウム10gに対し、1.2mlの量の二酸化イオウを封
入し、そのまま24時間放置した。尚、この操作は乾燥
空気中で行った。
Example 7 The lithium manganate synthesized in Example 1 was placed in a closed container, and 1.2 g of sulfur dioxide was sealed in 10 g of lithium manganate in the container, and the container was left as it was for 24 hours. . This operation was performed in dry air.

【0078】[実施例8]実施例1で合成したマンガン
酸リチウムを実施例7で示した処理を施したものを正極
活物質とし、比較例1と同様にして金属Li対極の23
20コインセルを試作した。正極は、マンガン酸リチウ
ム、導電性付与剤およびPTFEを80:10:10の
重量比で混練し、約0.5mmの厚さに圧延したものを
φ15mmに打ち抜いて用いた。
[Example 8] Lithium manganate synthesized in Example 1 was subjected to the treatment described in Example 7 to obtain a positive electrode active material.
We prototyped 20 coin cells. For the positive electrode, a material obtained by kneading lithium manganate, a conductivity-imparting agent and PTFE in a weight ratio of 80:10:10, and rolling it to a thickness of about 0.5 mm and punching it into φ15 mm was used.

【0079】電解液は1MのLiPF6を支持塩とし、
プロピレンカーボネート(PC)+ジエチルカーボネー
ト(DEC)=50+50(体積比)を溶媒としたもの
とした。負極、セパレーターは実施例2と同様のものを
用いた。
The electrolytic solution uses 1M LiPF 6 as a supporting salt,
Propylene carbonate (PC) + diethyl carbonate (DEC) = 50 + 50 (volume ratio) was used as a solvent. The same negative electrode and separator as in Example 2 were used.

【0080】[比較評価例3]実施例4、5、6、8お
よび比較例1で試作したコインセルを用いて充放電サイ
クル試験を行った。サイクルは充電、放電ともに0.5
mA/cm2の定電流とし、充放電電圧範囲は3.0〜
4.5V vs Liで行った。また評価温度は60℃
とした。
[Comparative Evaluation Example 3] A charge / discharge cycle test was performed using the coin cells prototyped in Examples 4, 5, 6, 8 and Comparative Example 1. The cycle is 0.5 for both charge and discharge
mA / cm 2 constant current, and the charge / discharge voltage range was 3.0 to
The test was performed at 4.5 V vs. Li. The evaluation temperature is 60 ° C
And

【0081】実施例4、5、6、8および比較例1のコ
インセルのサイクル特性を図1に示す。(ただし1サイ
クル目の放電容量を100%とし、各サイクルの容量残
存率を示す。)50サイクルまでの容量残存率を比べる
と実施例6、実施例8、実施例5、実施例4の順序で残
存率が高い。これは実施例4においてはイオウ成分のM
nへの触媒毒効果の他にマンガン酸リチウムからのMn
溶解量の抑制に対する効果が加わったためと考えられ
る。
FIG. 1 shows the cycle characteristics of the coin cells of Examples 4, 5, 6, and 8 and Comparative Example 1. (The discharge capacity in the first cycle is defined as 100%, and the remaining capacity ratio in each cycle is shown.) Comparing the remaining capacity ratios up to 50 cycles, the order of Example 6, Example 8, Example 5, and Example 4 And the residual rate is high. This is because in Example 4, the sulfur component M
In addition to the catalytic poisoning effect on n, Mn from lithium manganate
This is probably because the effect of suppressing the amount of dissolution was added.

【0082】なお、実施例6、7において作製したコイ
ンセルは硫化水素など他のS含有ガスについても同様の
効果が認められた。
The coin cells fabricated in Examples 6 and 7 exhibited the same effect with other S-containing gases such as hydrogen sulfide.

【0083】[実施例9]実施例1で合成したマンガン
酸リチウムを正極活物質として18650円筒セルを試
作した。
[Example 9] Using the lithium manganate synthesized in Example 1 as a positive electrode active material, a 18650 cylindrical cell was produced as a trial.

【0084】まずマンガン酸リチウム、導電性付与剤を
乾式混合し、バインダーであるPVDFを溶解させたN
−メチル−2−ピロリドン(NMP)中に均一に分散さ
せスラリーを作製する。そのスラリーを厚さ25μmの
アルミ金属箔上に塗布後、NMPを蒸発させることによ
り正極シートとした。正極中の固形分比率はマンガン酸
リチウム:導電性付与剤:硫酸マンガン:PVDF=7
5:10:5:10(重量%)とした。一方、負極シー
トはカーボン:PVDF=90:10の比率となるよう
に混合しNMPに分散させ、厚さ20μmの銅箔上に塗
布して作製した。電解液は1MのLiPF6を支持塩と
し、エチレンカーボネート(EC)+ジエチルカーボネ
ート(DEC)=50+50(体積比)を溶媒としたも
のを用いた。セパレーターは厚さ25μmのポリプロピ
レン多孔膜を使用した。
First, lithium manganate and a conductivity-imparting agent were dry-mixed, and N was dissolved in PVDF as a binder.
-Disperse uniformly in methyl-2-pyrrolidone (NMP) to make a slurry. The slurry was applied on an aluminum metal foil having a thickness of 25 μm, and NMP was evaporated to obtain a positive electrode sheet. The solid content ratio in the positive electrode was lithium manganate: conductivity imparting agent: manganese sulfate: PVDF = 7
5: 10: 5: 10 (% by weight). On the other hand, the negative electrode sheet was prepared by mixing carbon: PVDF = 90: 10, dispersing it in NMP, and applying it on a copper foil having a thickness of 20 μm. The electrolytic solution used was 1 M LiPF 6 as a supporting salt, and ethylene carbonate (EC) + diethyl carbonate (DEC) = 50 + 50 (volume ratio) as a solvent. The separator used was a 25 μm-thick polypropylene porous membrane.

【0085】[実施例10]実施例1で合成したマンガ
ン酸リチウムを正極活物質として18650円筒セルを
試作した。
Example 10 An 18650 cylindrical cell was fabricated using lithium manganate synthesized in Example 1 as a positive electrode active material.

【0086】まずマンガン酸リチウム、導電性付与剤を
乾式混合し、バインダーであるPVDFを溶解させたN
−メチル−2−ピロリドン(NMP)中に均一に分散さ
せスラリーを作製する。そのスラリーを厚さ25μmの
アルミ金属箔上に塗布後、NMPを蒸発させることによ
り正極シートとした。正極中の固形分比率はマンガン酸
リチウム:導電性付与剤:PVDF=80:10:10
(重量%)とした。一方、負極シートはカーボン:PV
DF=90:10の比率となるように混合しNMPに分
散させ、厚さ20μmの銅箔上に塗布して作製した。
First, lithium manganate and a conductivity-imparting agent are dry-mixed, and N is dissolved in PVDF as a binder.
-Disperse uniformly in methyl-2-pyrrolidone (NMP) to make a slurry. The slurry was applied on an aluminum metal foil having a thickness of 25 μm, and NMP was evaporated to obtain a positive electrode sheet. The solid content ratio in the positive electrode was lithium manganate: conductivity imparting agent: PVDF = 80: 10: 10
(% By weight). On the other hand, the negative electrode sheet is made of carbon: PV
The mixture was mixed at a ratio of DF = 90: 10, dispersed in NMP, and applied to a copper foil having a thickness of 20 μm.

【0087】電解液は1MのLiPF6を支持塩とし、
エチレンカーボネート(EC)+ジエチルカーボネート
(DEC)=50+50(体積比)を溶媒としたものに
加熱脱水処理し硫酸マンガンを溶解させたものを用い
た。
The electrolytic solution uses 1M LiPF 6 as a supporting salt,
A material obtained by heating and dehydrating a solution containing ethylene carbonate (EC) + diethyl carbonate (DEC) = 50 + 50 (volume ratio) as a solvent and dissolving manganese sulfate was used.

【0088】ただし電解液中のMn濃度b(表3)は5
ppmから3052ppmとなるように硫酸マンガンを
溶解させた。セパレーターは厚さ25μmのポリプロピ
レン多孔膜を使用した。
However, the Mn concentration b (Table 3) in the electrolyte was 5
Manganese sulfate was dissolved from 30 ppm to 3052 ppm. The separator used was a 25 μm-thick polypropylene porous membrane.

【0089】[比較例2]電解液中に硫酸マンガンを溶
解せず、1MのLiPF6を支持塩とし、エチレンカー
ボネート(EC)+ジエチルカーボネート(DEC)=
50+50(体積比)を溶媒としたものを電解液とした
以外は実施例9と同様に18650円筒セルを作製し
た。このときの電解液中のMn濃度は0.1ppm以下
であり装置の検出限界以下であった。
Comparative Example 2 Manganese sulfate was not dissolved in the electrolytic solution, and 1M LiPF 6 was used as a supporting salt, and ethylene carbonate (EC) + diethyl carbonate (DEC) =
An 18650 cylindrical cell was produced in the same manner as in Example 9, except that the electrolyte used was 50 + 50 (volume ratio) as the solvent. At this time, the Mn concentration in the electrolytic solution was 0.1 ppm or less, which was below the detection limit of the device.

【0090】[比較評価例4]実施例9、実施例10お
よび比較例2で作製した円筒セルを用いて、18650
円筒セルの安全性試験を行った。安全性評価項目は過充
電試験および短絡試験である。過充電試験は12V、3
Cの条件で行い、短絡試験は4.2V満充電状態、室温
で強制短絡を行った。その他の試験条件の詳細はUL−
1642に準じた。
[Comparative Evaluation Example 4] Using the cylindrical cells produced in Examples 9, 10 and Comparative Example 2, 18650
A safety test of the cylindrical cell was performed. The safety evaluation items are an overcharge test and a short-circuit test. Overcharge test is 12V, 3
The short circuit test was performed under the condition of C and a forced short circuit was performed at 4.2 V in a fully charged state at room temperature. For details of other test conditions, refer to UL-
1642.

【0091】過充電試験は比較例2で微かな蒸気〜発煙
であったのに対し、実施例10は全ての円筒セルで発煙
発火無しであった。短絡試験ではMn濃度が9ppm以
下の電解液の円筒セルが微かな蒸気〜発煙であったのに
対し、Mn濃度が18ppm以上の円筒セルは全て発煙
発火無しであった。以上の結果は、強制短絡状態での温
度上昇により二酸化イオウガスが発生しディスコネクト
デバイスが作動しやすくなったためと考えられる。
In the overcharge test, in Comparative Example 2, slight vapor to smoke was generated, while in Example 10, no smoke and ignition occurred in all the cylindrical cells. In the short-circuit test, the cylindrical cells of the electrolytic solution having an Mn concentration of 9 ppm or less emitted slight vapor or smoke, whereas all the cylindrical cells having an Mn concentration of 18 ppm or more did not emit smoke or fire. The above results are considered to be due to the fact that sulfur dioxide gas was generated due to the temperature rise in the forced short circuit state, and the disconnect device became easier to operate.

【0092】この結果から、過充電、短絡の安全性の面
では、電解液中のMn濃度bは18ppm以上が望まし
いことが分かった。
From the results, it was found that the Mn concentration b in the electrolytic solution is desirably 18 ppm or more from the viewpoint of safety of overcharge and short circuit.

【0093】[0093]

【表3】 [Table 3]

【0094】[0094]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、電池内に2価Mn塩を存在させることにより活
物質であるリチウム・マンガン酸化物からのMn溶出が
抑制される。また電池内にイオウまたはイオウ化合物を
存在させることにより、イオウ成分のMnへの触媒毒効
果によりMnの活性が低下し副反応の進行が抑えられ
る。従って、本発明の非水電解液二次電池は、充放電サ
イクル、特に高温における充放電寿命が大きく改善され
る。さらに電池内に硫酸マンガンを存在させた場合、過
充電時、温度上昇時に二酸化イオウガスの発生が生じ、
安全性が向上する。
As is clear from the above description, according to the present invention, the presence of a divalent Mn salt in a battery suppresses the elution of Mn from lithium manganese oxide as an active material. In addition, the presence of sulfur or a sulfur compound in the battery reduces the activity of Mn due to the catalytic poisoning effect of sulfur component on Mn, thereby suppressing the progress of side reactions. Therefore, in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the charge / discharge cycle, particularly the charge / discharge life at a high temperature, is greatly improved. In addition, when manganese sulfate is present in the battery, sulfur dioxide gas is generated at the time of overcharge and temperature rise,
Safety is improved.

【0095】また、本発明の非水電解液二次電池は、安
価な材料で、かつ電池作製プロセス上で特別な装置を必
要としないのでコスト面でのメリットも大きく、工業的
な意義は極めて大きい。
Further, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is inexpensive and does not require any special equipment in the battery manufacturing process. large.

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

【図1】本発明および従来のコインセルの放電容量およ
びサイクル特性を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing discharge capacity and cycle characteristics of a coin cell of the present invention and a conventional coin cell.

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成11年12月24日(1999.12.
24)
[Submission date] December 24, 1999 (1999.12.
24)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0023[Correction target item name] 0023

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0023】本発明は、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において、電池内に
粒径が50μm以下のイオウ単体、もしくは硫酸塩を含
むことを特徴とする非水電解液二次電池に関する。
According to the present invention, there is provided a non-aqueous electrolyte secondary battery using a lithium-manganese composite oxide for a positive electrode, characterized in that the battery contains sulfur alone or a sulfate having a particle size of 50 μm or less. The present invention relates to a water electrolyte secondary battery.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0024[Correction target item name] 0024

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0024】また本発明は、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において、電池
内にイオウ含有ガスを含むことを特徴とする非水電解液
二次電池に関する。さらに本発明は、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におい
て、正極電極がリチウム・マンガン複合酸化物に硫酸マ
ンガンを添加させたものよりなるか、または電解液中に
硫酸マンガンを溶解させておくことを特徴とする非水電
解液二次電池に関する。
The present invention also relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery using a lithium-manganese composite oxide for a positive electrode, wherein the battery contains a sulfur-containing gas. In addition, the present invention provides a lithium cathode
In a non-aqueous electrolyte secondary battery using a manganese composite oxide, the positive electrode must be made of lithium-manganese composite oxide with manganese sulfate added, or manganese sulfate dissolved in the electrolyte And a non-aqueous electrolyte secondary battery.

フロントページの続き Fターム(参考) 5H003 AA03 AA04 AA10 BA03 BB04 BB05 BB06 BB13 BD04 BD06 5H014 AA02 EE10 HH01 HH08 5H029 AJ04 AJ05 AJ12 AK01 AK03 AL06 AM01 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ03 BJ04 CJ08 DJ08 EJ01 EJ03 EJ07 HJ01 HJ10 Continued on the front page F-term (reference)

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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において、電池内にMn塩か
ら溶解した2価のMnイオンを含むことを特徴とする非
水電解液二次電池。
1. A non-aqueous electrolyte secondary battery using a lithium-manganese composite oxide for a positive electrode, wherein the battery contains divalent Mn ions dissolved from a Mn salt in the battery. Next battery.
【請求項2】 正極電極内に2価Mn塩を含有させる
か、または電解液に2価Mn塩を溶解させておくことを
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 a divalent Mn salt is contained in the positive electrode or a divalent Mn salt is dissolved in the electrolytic solution.
【請求項3】 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において、電池内にイオウま
たはイオウ化合物を含むことを特徴とする非水電解液二
次電池。
3. A non-aqueous electrolyte secondary battery using a lithium-manganese composite oxide for a positive electrode, wherein the battery contains sulfur or a sulfur compound.
【請求項4】 正極電極内にイオウまたはイオウ化合物
を含有させるか、あるいは電解液にイオウまたはイオウ
化合物を溶解させておくことを特徴とする請求項3記載
の非水電解液二次電池。
4. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 3, wherein sulfur or a sulfur compound is contained in the positive electrode, or sulfur or a sulfur compound is dissolved in the electrolyte.
【請求項5】 前記イオウまたはイオウ化合物は、イオ
ウ単体、イオウ含有ガスまたは硫酸塩である請求項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 sulfur or the sulfur compound is sulfur alone, a sulfur-containing gas or a sulfate.
【請求項6】 前記イオウ含有ガスは、二酸化イオウま
たは硫化水素である請求項5記載の非水電解液二次電
池。
6. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 5, wherein the sulfur-containing gas is sulfur dioxide or hydrogen sulfide.
【請求項7】 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において、正極電極中に硫酸
マンガンを含有させるか、または電解液中に硫酸マンガ
ンを溶解させておくことを特徴とする非水電解液二次電
池。
7. A non-aqueous electrolyte secondary battery using a lithium-manganese composite oxide for a positive electrode, wherein manganese sulfate is contained in the positive electrode or manganese sulfate is dissolved in the electrolyte. Characteristic non-aqueous electrolyte secondary battery.
【請求項8】 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において、[リチウム・マン
ガン複合酸化物]:[硫酸マンガン]=100−a:a
(重量%)と表したときに、0.053≦aとなる混合
比率で正極電極中に硫酸マンガンを含有させることを特
徴とする非水電解液二次電池。
8. A non-aqueous electrolyte secondary battery using a lithium-manganese composite oxide for a positive electrode, wherein [lithium-manganese composite oxide]: [manganese sulfate] = 100-a: a
A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized in that manganese sulfate is contained in the positive electrode at a mixing ratio of 0.053 ≦ a when expressed as (% by weight).
【請求項9】 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において、電解液中の2価M
n濃度をbで表したときに、18ppm≦bの範囲にあ
るように硫酸マンガンを溶解させた電解液を使用するこ
とを特徴とする非水電解液二次電池。
9. A non-aqueous electrolyte secondary battery using a lithium-manganese composite oxide for a positive electrode, wherein a divalent M
A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by using an electrolyte in which manganese sulfate is dissolved such that n concentration is represented by b in a range of 18 ppm ≦ b.
【請求項10】 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において、[リチウム・マ
ンガン複合酸化物]:[イオウ粉末]=100−a:a
(重量%)と表したときに、0.011≦aとなる混合
比率で正極電極中にイオウを混合させたことを特徴とす
る非水電解液二次電池。
10. A non-aqueous electrolyte secondary battery using a lithium-manganese composite oxide for a positive electrode, wherein [lithium-manganese composite oxide]: [sulfur powder] = 100-a: a
A nonaqueous electrolyte secondary battery characterized in that sulfur is mixed in the positive electrode at a mixing ratio of 0.011 ≦ a when expressed as (% by weight).
【請求項11】 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において、電解液10ml
に対し、イオウ粉末0.02g以上を溶解した電解液を
使用することを特徴とする非水電解液二次電池。
11. A non-aqueous electrolyte secondary battery using a lithium-manganese composite oxide for a positive electrode, the electrolyte comprising 10 ml of an electrolyte.
A non-aqueous electrolyte secondary battery using an electrolyte in which 0.02 g or more of sulfur powder is dissolved.
【請求項12】 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において、電解液100m
lに対し、イオウ含有ガス1ml以上をバブリングした
電解液を使用することを特徴とする非水電解液二次電
池。
12. A non-aqueous electrolyte secondary battery using a lithium-manganese composite oxide for a positive electrode, wherein the electrolyte
1. A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by using an electrolyte solution in which 1 ml or more of a sulfur-containing gas is bubbled with respect to 1.
【請求項13】 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において、正極活物質とし
てイオウ含有ガスに接触させたリチウム・マンガン複合
酸化物を用いることを特徴とする非水電解液二次電池。
13. A non-aqueous electrolyte secondary battery using a lithium / manganese composite oxide for a positive electrode, wherein the lithium / manganese composite oxide contacted with a sulfur-containing gas is used as a positive electrode active material. Water electrolyte secondary battery.
【請求項14】 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において、リチウム・マン
ガン複合酸化物10gに対し、イオウ含有ガス1ml以
上を接触させたことを特徴とする請求項13記載の非水
電解液二次電池。
14. A non-aqueous electrolyte secondary battery using a lithium-manganese composite oxide for a positive electrode, wherein 10 g of the lithium-manganese composite oxide is contacted with at least 1 ml of a sulfur-containing gas. Item 14. A non-aqueous electrolyte secondary battery according to Item 13.
【請求項15】 前記イオウ含有ガスは、二酸化イオウ
または硫化水素である請求項13または14記載の非水
電解液二次電池。
15. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 13, wherein the sulfur-containing gas is sulfur dioxide or hydrogen sulfide.
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