JP2000149948A - Positive active material, lithium ion secondary battery and manufacture of its positive active material - Google Patents

Positive active material, lithium ion secondary battery and manufacture of its positive active material

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JP2000149948A
JP2000149948A JP10322601A JP32260198A JP2000149948A JP 2000149948 A JP2000149948 A JP 2000149948A JP 10322601 A JP10322601 A JP 10322601A JP 32260198 A JP32260198 A JP 32260198A JP 2000149948 A JP2000149948 A JP 2000149948A
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positive electrode
coating layer
electrode active
oxide
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Hajime Takeuchi
肇 竹内
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain lowering of initial capacity to the minimum, and to effectively restrain lowering of capacity accompanied to advance of charge-discharge cycle at a high temperature. SOLUTION: In this lithium ion secondary battery, a positive electrode 4 having a positive active material, and a negative electrode 6 having a negative active material are arranged to be faced each other inside a battery can via a separator 5 and a nonaqueous electrolyte 3. The positive active material comprises an active material main body comprising spinel type lithium manganese compound oxide, and a coating layer coated in at least one portion of a surface of the active material main body, and the coating layer comprises an oxide of at least one kind of element selected from iron, vanadium, tungsten, molybdenum and rhenium.

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】本発明は正極活物質、リチウ
ムイオン二次電池およびその正極活物質の製造方法に係
り、特に高温サイクル特性を大幅に向上させることが可
能な正極活物質、リチウムイオン二次電池およびその正
極活物質の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positive electrode active material, a lithium ion secondary battery and a method for producing the positive electrode active material, and more particularly to a positive electrode active material and a lithium ion secondary battery capable of greatly improving high-temperature cycle characteristics. The present invention relates to a secondary battery and a method for producing the positive electrode active material thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、比較的に安全な負極材料が開発さ
れ、さらに分解電圧を高めた非水電解質の開発が進み、
高電圧の非水電解液二次電池が実用化されている。特
に、リチウムイオンを用いた二次電池は、放電電位が高
く、かつ軽量でエネルギー密度が高いという優れた特長
から、携帯電話,ノート型パソコン,カメラ一体型ビデ
オなどの機器電源としてその需要が急拡大している。
2. Description of the Related Art In recent years, relatively safe anode materials have been developed, and non-aqueous electrolytes having a higher decomposition voltage have been developed.
High voltage non-aqueous electrolyte secondary batteries have been put to practical use. In particular, demand for lithium-ion secondary batteries as power sources for mobile phones, notebook computers, video cameras with integrated cameras, etc. is rapidly increasing due to their excellent features of high discharge potential, light weight, and high energy density. It is expanding.

【0003】このリチウムイオン二次電池は、リチウム
イオンを可逆的に吸蔵・放出可能な正極および負極と、
リチウム塩を非水溶媒に溶解した非水電解液とから構成
されている。
[0003] This lithium ion secondary battery comprises a positive electrode and a negative electrode capable of reversibly occluding and releasing lithium ions,
And a non-aqueous electrolyte in which a lithium salt is dissolved in a non-aqueous solvent.

【0004】上記リチウムイオン二次電池の正極活物質
としては、例えばLiCoO2 などのリチウムコバルト
複合酸化物,LiNiO2 などのリチウムニッケル複合
酸化物,LiMn2 4 などのリチウムマンガン複合酸
化物などの金属酸化物が一般に用いられる。
Examples of the positive electrode active material of the lithium ion secondary battery include lithium cobalt composite oxides such as LiCoO 2 , lithium nickel composite oxides such as LiNiO 2, and lithium manganese composite oxides such as LiMn 2 O 4 . Metal oxides are commonly used.

【0005】しかしながら、上記リチウムコバルト複合
酸化物を用いた電池においては、理論容量は大きくなる
反面、他の2つの複合酸化物を使用した電池と比較して
放電電位が高くなり、非水電解液が分解しない電位範囲
における放電容量は理論容量の約1/2程度と低下して
しまう欠点がある。また希少資源であるコバルトを材料
としているため、製造原価が高くなるという問題点もあ
った。
However, in the battery using the above-mentioned lithium-cobalt composite oxide, although the theoretical capacity is increased, the discharge potential is higher than that of the batteries using the other two composite oxides, and the non-aqueous electrolyte However, there is a drawback that the discharge capacity in the potential range where is not decomposed is reduced to about 1/2 of the theoretical capacity. In addition, there is a problem that the production cost is increased because cobalt, which is a scarce resource, is used as a material.

【0006】一方、リチウムニッケル複合酸化物を用い
た電池においては、理論容量が大きく適度な放電電位が
得られる反面、充放電過程で起こる結晶構造の変化に関
係する充放電電位の変化や充放電サイクルの進行に伴う
結晶構造の崩壊に起因する充放電容量の低下に対して抜
本的な解決がなされておらず、電池の特性安定性および
信頼性が不十分であるという問題があった。
On the other hand, a battery using a lithium nickel composite oxide has a large theoretical capacity and an appropriate discharge potential, but on the other hand, changes in the charge / discharge potential and charge / discharge related to changes in the crystal structure that occur during the charge / discharge process. No drastic solution has been made to the decrease in charge / discharge capacity due to the collapse of the crystal structure with the progress of the cycle, and there has been a problem that the characteristic stability and reliability of the battery are insufficient.

【0007】これに対して、リチウムマンガン複合酸化
物を用いた二次電池においては、他の2つの複合酸化物
を用いた電池と比較して理論容量は若干劣るものの、適
度に高い充放電電位を有するとともに、正極活物質の結
晶構造が充放電サイクルの過程で変化せず安定に維持で
きることが確認されている。そのため、リチウムマンガ
ン複合酸化物を用いた電池は、理論容量に近い容量の充
放電が可能である。また、正極活物質としてのリチウム
マンガン複合酸化物は、正極活物質からリチウムイオン
が完全に出尽した過充電状態(λMnO2 )においても
正極活物質の結晶構造は安定に維持され、熱的安定性
が、他の材料系と比較して優れていることが確認されて
いる。また、この過充電状態の材料から酸素が抜けてい
く反応の開始温度は400℃を超える高温である。この
ため、リチウム・マンガン複合酸化物を用いた電池は、
理論容量に近い容量の充放電が可能であるとともに、他
の材料系を用いた電池と比較して発火による爆発等の危
険はなく安全性が極めて高いという得難い利点を有して
いるため、実用化に向けた開発が進められている。
On the other hand, a secondary battery using a lithium manganese composite oxide has a slightly lower theoretical capacity than a battery using the other two composite oxides, but has a moderately high charge / discharge potential. And that the crystal structure of the positive electrode active material can be stably maintained without changing during the charge / discharge cycle. Therefore, a battery using the lithium manganese composite oxide can be charged and discharged with a capacity close to the theoretical capacity. In addition, the lithium manganese composite oxide as the positive electrode active material has a crystal structure of the positive electrode active material that is stably maintained even in an overcharged state (λMnO 2 ) in which lithium ions are completely exhausted from the positive electrode active material, and is thermally stable. Has been confirmed to be superior to other material systems. The starting temperature of the reaction from which oxygen is released from the overcharged material is a high temperature exceeding 400 ° C. Therefore, batteries using lithium-manganese composite oxide
It is capable of charging and discharging at a capacity close to the theoretical capacity, and has the advantage of being extremely safe, with no danger of explosion due to ignition compared to batteries using other material systems. Development is progressing.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記リ
チウムマンガン複合酸化物系の正極活物質を用いた二次
電池においては、他の材料系を使用した電池と比較し
て、40℃以上の温度で充放電を繰り返す際の容量低下
が顕著になる問題点があり、また、放電する電流量が増
大するに伴って取り出せるエネルギーが急速に減少し、
いわゆるレート特性が悪化するという問題点があること
が判明した。これらの問題点を解決しなければ、実用的
な二次電池としての商品価値は全くないものであり、何
らかの対応を迫られていた。
However, a secondary battery using the above-mentioned lithium-manganese composite oxide-based positive electrode active material has a temperature of 40 ° C. or higher as compared with batteries using other material systems. There is a problem that the decrease in capacity when charging and discharging is repeated becomes remarkable, and the energy that can be taken out decreases rapidly as the amount of current to discharge increases,
It has been found that there is a problem that the so-called rate characteristic deteriorates. Unless these problems are solved, there is no commercial value as a practical secondary battery, and some measures have to be taken.

【0009】上記問題点を解決するために、例えば特開
平7−282798号公報で開示されているように、正
極活物質を構成するMnの一部をLiで置換したり、ま
た特開平4−160769号公報に開示されているよう
に、Mnの一部をCoで置換したり、さらに特開平4−
289662号公報に開示しているようにAlで置換し
た正極活物質が常温サイクル特性を改善するために有効
であるとして提案されている。本願発明者は、上記の正
極活物質を用いることにより二次電池の高温サイクル劣
化をも緩和できることを確認したが、同時に初期容量の
低下を招くという問題点も判明した。この問題点の原因
は、上記Li,Co,Alなどの金属元素による置換に
よってMnの価数が上昇し、充放電反応に寄与する3価
のMn原子数が相対的に減少するためであると考えられ
る。
In order to solve the above-mentioned problems, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-282798, a part of Mn constituting the positive electrode active material is replaced with Li. As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1606969, part of Mn is replaced by Co, and
As disclosed in Japanese Patent No. 289,662, a positive electrode active material substituted with Al has been proposed as being effective for improving the normal temperature cycle characteristics. The inventor of the present application has confirmed that the use of the above-mentioned positive electrode active material can also alleviate the high-temperature cycle deterioration of the secondary battery, but has also found a problem that the initial capacity is reduced at the same time. The cause of this problem is that the valence of Mn increases due to the substitution with the metal elements such as Li, Co, and Al, and the number of trivalent Mn atoms contributing to the charge / discharge reaction relatively decreases. Conceivable.

【0010】一方、前記問題点を解決する手段として、
例えば米国特許(USP)第5705291号に開示さ
れているように、正極活物質の粒子サイズを制御して電
解液と活物質との接触面積を小さくする方法や活物質表
面にボロン系材料で表面処理する方法も提案されてい
る。しかしながら、充放電反応は活物質表面を通してL
iイオンを出し入れする、いわゆるインターカレーショ
ンおよびデインターカレーションを行うプロセスである
ため、容量特性は活物質と電解液との界面面積に密接に
関連している。このため、上記USPに記載の手段では
電池の初期容量の低下を招くほか、レート特性の低下を
招くという致命的な問題点を内包するものである。
On the other hand, as means for solving the above problems,
For example, as disclosed in US Pat. No. 5,705,291, a method of controlling the particle size of the positive electrode active material to reduce the contact area between the electrolytic solution and the active material, or forming the surface of the active material with a boron-based material Processing methods have also been proposed. However, the charge / discharge reaction is caused by L
Since this is a process of performing so-called intercalation and deintercalation for taking in and out of i-ions, the capacity characteristics are closely related to the interface area between the active material and the electrolyte. For this reason, the means described in the above USP has a fatal problem of causing a decrease in the initial capacity of the battery and a decrease in the rate characteristic.

【0011】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、特に初期容量の低下を最小限に抑制で
き、かつ高温度での充放電サイクルの進行に伴う容量の
低下を効果的に抑制することが可能なリチウムイオン二
次電池およびその正極活物質の製造方法を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and in particular, it is possible to minimize the decrease in the initial capacity and effectively reduce the decrease in the capacity accompanying the progress of the charge / discharge cycle at a high temperature. It is an object of the present invention to provide a lithium ion secondary battery that can be suppressed to a low level and a method for producing the positive electrode active material thereof.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成するため鋭意研鑽を行った結果、下記のような知見
を得た。すなわち、活物質本体としてのスピネル型リチ
ウムマンガン複合酸化物粒子表面の少なくとも一部が
鉄,バナジウム,タングステン,モリブデン,およびレ
ニウムから選択される少なくとも1種の元素の酸化物に
よって被覆されている正極活物質あるいはスピネル型リ
チウムマンガン複合酸化物粒子表面の少なくとも一部
が、鉄,バナジウム,タングステン,モリデブンおよび
レニウムから選択される少なくとも1種の元素とアルカ
リ金属元素とが複合化されてなる酸化物によって被覆さ
れている正極活物質を用いて非水二次電池(リチウムイ
オン二次電池)を製作したときに、前記初期容量の低下
が少なく、かつ高温での充放電サイクルの進行に伴う容
量の低下が抑制できるリチウムイオン電池が得られると
いう知見を得た。
Means for Solving the Problems The present inventors have earnestly studied to achieve the above object, and have obtained the following findings. That is, at least a part of the surface of the spinel-type lithium manganese composite oxide particles as the active material body is coated with an oxide of at least one element selected from iron, vanadium, tungsten, molybdenum, and rhenium. At least a part of the surface of the substance or the spinel-type lithium-manganese composite oxide particles is coated with an oxide obtained by complexing at least one element selected from iron, vanadium, tungsten, molybdenum and rhenium with an alkali metal element. When a non-aqueous secondary battery (lithium ion secondary battery) is manufactured using the positive electrode active material that has been used, the decrease in the initial capacity is small, and the decrease in the capacity accompanying the progress of the charge / discharge cycle at a high temperature is reduced. It has been found that a lithium ion battery that can be suppressed can be obtained.

【0013】また、活物質本体の平均粒径を1〜20μ
mの範囲にすることにより、電極内における活物質の充
填性が損われず、かつ電解液との接触も良好になるた
め、活物質表面を介してのリチウムイオンの吸蔵・放出
が迅速に進行するため、上記正極活物質を用いて二次電
池を構成した場合には、高容量で急速充放電が可能な二
次電池が得られるという知見も得られた。
Further, the average particle size of the active material body is 1 to 20 μm.
By setting the range of m, the filling property of the active material in the electrode is not impaired, and the contact with the electrolytic solution is also improved, so that the absorption and release of lithium ions through the active material surface proceeds rapidly. Therefore, it has been found that when a secondary battery is formed using the above-described positive electrode active material, a secondary battery having high capacity and capable of rapid charge and discharge can be obtained.

【0014】本発明は上記知見に基づいて完成されたも
のである。すなわち、本発明に係る正極活物質は、スピ
ネル型リチウムマンガン複合酸化物から成る活物質本体
と、その活物質本体の表面の少なくとも一部に被着され
た被覆層とから成り、上記被覆層は、鉄,バナジウム,
タングステン,モリブデンおよびレニウムから選択され
る少なくとも1種の元素の酸化物から成ることを特徴と
する。
The present invention has been completed based on the above findings. That is, the positive electrode active material according to the present invention comprises an active material body made of a spinel-type lithium manganese composite oxide, and a coating layer applied to at least a part of the surface of the active material body, and the coating layer is , Iron, vanadium,
It is characterized by comprising an oxide of at least one element selected from tungsten, molybdenum and rhenium.

【0015】また、本発明に係るリチウムイオン二次電
池は、正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する
負極とを、セパレータおよび非水電解液を介して電池缶
内に対向配置して成るリチウムイオン二次電池におい
て、上記正極活物質がスピネル型リチウムマンガン複合
酸化物から成る活物質本体と、その活物質本体の表面の
少なくとも一部に被着された被覆層とから成り、上記被
覆層は、鉄(Fe),バナジウム(V),タングステン
(W),モリブデン(Mo)およびレニウム(Re)か
ら選択される少なくとも1種の元素の酸化物から成るこ
とを特徴とする。
Further, in the lithium ion secondary battery according to the present invention, a positive electrode having a positive electrode active material and a negative electrode having a negative electrode active material are opposed to each other in a battery can via a separator and a non-aqueous electrolyte. Wherein the positive electrode active material comprises: an active material main body made of a spinel-type lithium manganese composite oxide; and a coating layer applied to at least a part of the surface of the active material main body. The layer is made of an oxide of at least one element selected from iron (Fe), vanadium (V), tungsten (W), molybdenum (Mo) and rhenium (Re).

【0016】また上記被覆層は、鉄(Fe),バナジウ
ム(V),タングステン(W),モリブデン(Mo)お
よびレニウム(Re)から選択される少なくとも1種の
元素と、アルカリ金属元素とで複合化された酸化物から
構成してもよい。
Further, the coating layer is a composite of at least one element selected from iron (Fe), vanadium (V), tungsten (W), molybdenum (Mo) and rhenium (Re), and an alkali metal element. It may be composed of a converted oxide.

【0017】また活物質本体の平均粒径が1〜20μm
の範囲であることが望ましい。この平均粒子径は、単結
晶の一次粒子が凝集した形態の二次粒子径を意味する。
The average particle diameter of the active material body is 1 to 20 μm.
Is desirably within the range. The average particle diameter means a secondary particle diameter in a form in which primary particles of a single crystal are aggregated.

【0018】本発明に係るリチウムイオン二次電池に使
用される正極活物質本体は、スピネル構造を有するリチ
ウムマンガン複合酸化物から成る。この複合酸化物は一
般式LiMn2 4 で表され、Mnの一部が、Li,
B,Al,Ti,V,Cr,Co,Ni等の元素で置換
された酸化物が好適に使用される。また、酸素の一部を
S,Se,F等の元素で置換した酸化物、さらにはこれ
らの陰イオンの元素を過剰に添加した酸化物も好適に使
用することができる。
The positive electrode active material body used in the lithium ion secondary battery according to the present invention is made of a lithium manganese composite oxide having a spinel structure. This composite oxide is represented by the general formula LiMn 2 O 4 , and a part of Mn is Li,
An oxide substituted with an element such as B, Al, Ti, V, Cr, Co, Ni or the like is preferably used. Further, an oxide in which a part of oxygen is replaced by an element such as S, Se, or F, and an oxide in which an element of these anions is excessively added can be preferably used.

【0019】上記スピネル型結晶構造を有するリチウム
マンガン酸化物を正極活物質の母体として使用すること
により、化学的安定性に優れ、単位重量当りの容量が大
きく、繰り返しの充放電にも耐えるリウリチウムイオン
二次電池が得られる。
By using the lithium manganese oxide having the spinel type crystal structure as a base of the positive electrode active material, the lithium manganese oxide is excellent in chemical stability, has a large capacity per unit weight, and is resistant to repeated charging and discharging. A lithium ion secondary battery is obtained.

【0020】上記正極活物質の母体(本体)の平均粒径
は、電極シートを作製する際において正極活物質の分散
性および充填性を良好にするために、0.5〜20μm
の範囲にすることが好ましく、さらに0.5〜10μm
の範囲がさらに好ましい。この平均粒径が0.5μm未
満においては正極活物質の分散性および充填性が低下す
るため、電極シートの作製が困難になる一方、平均粒径
が20μmを超えるように粗大になると、良好なレート
特性を確保することが困難になる。
The average particle size of the base (main body) of the positive electrode active material is 0.5 to 20 μm in order to improve the dispersibility and filling property of the positive electrode active material when preparing an electrode sheet.
Is preferably in the range of 0.5 to 10 μm
Is more preferable. When the average particle diameter is less than 0.5 μm, the dispersibility and the filling property of the positive electrode active material are reduced, so that it is difficult to prepare the electrode sheet. It becomes difficult to secure rate characteristics.

【0021】本発明で使用する正極活物質の本体表面の
少なくとも一部には、鉄,バナジウム,タングステン,
モリブデンおよびレニウムから選択される少なくとも1
種の元素の酸化物から成る被覆層が被着される。また
は、スピネル構造を有するリチウムマンガン複合酸化物
から成る活物質本体表面の少なくとも一部に、鉄,バナ
ジウム,タングステン,モリブデンおよびレニウムから
選択される少なくとも1種の元素(M)とアルカリ金属
元素とで複合化された酸化物から成る被覆層が被着され
る。これらの酸化物は非晶質であってもよいが、電池容
量の観点からは、結晶質であることが望ましいと考えら
れる。
At least a part of the surface of the main body of the positive electrode active material used in the present invention has iron, vanadium, tungsten,
At least one selected from molybdenum and rhenium
A coating layer consisting of an oxide of the element is applied. Alternatively, at least a part of the surface of an active material main body composed of a lithium manganese composite oxide having a spinel structure includes at least one element (M) selected from iron, vanadium, tungsten, molybdenum and rhenium and an alkali metal element. A coating layer consisting of the complexed oxide is applied. These oxides may be amorphous, but from the viewpoint of battery capacity, it is considered that they are preferably crystalline.

【0022】また、上記酸化物から成る被覆層の被着量
は、活物質本体重量に対して0.1〜18重量%の範囲
にすることが好適であり、さらに1〜15重量%の範囲
にすることが、さらに好ましい。上記被着量が、0.1
重量%未満と過少な場合には、主として高温サイクル特
性を改善するという本願発明の効果が不十分となる一
方、上記被着量が18重量%を超えるように過多になる
場合には、容量低下が顕著になる。
The coating amount of the coating layer made of the above oxide is preferably in the range of 0.1 to 18% by weight, more preferably in the range of 1 to 15% by weight, based on the weight of the active material body. Is more preferable. When the deposition amount is 0.1
If the amount is less than 10% by weight, the effect of the present invention of mainly improving the high-temperature cycle characteristics will be insufficient. On the other hand, if the amount to be applied is too large to exceed 18% by weight, the capacity will decrease. Becomes noticeable.

【0023】さらにアルカリ金属元素(A)を上記金属
元素(M)と複合化させた酸化物を使用することによ
り、被覆層の電子伝導度をより高め、電池をさらに高容
量化することができる。上記アルカリ金属元素として
は、リチウム(Li),ナトリウム(Na),カリウム
(K),ルビシウム(Rb)などが好適であり、特にL
iが好ましい。この理由は、例えば活物質からLiが離
脱する充電過程においては、活物質内部のLiイオンが
活物質被着層に存在するLiイオンと入れ替り、被着層
内のLiイオンが電解液側に出ていくという反応がある
ためである。
Further, by using an oxide in which the alkali metal element (A) is compounded with the metal element (M), the electron conductivity of the coating layer can be further increased, and the battery can have a higher capacity. . As the above-mentioned alkali metal element, lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb) and the like are preferable.
i is preferred. This is because, for example, in the charging process in which Li is separated from the active material, Li ions in the active material are replaced with Li ions present in the active material-deposited layer, and Li ions in the deposited layer are discharged to the electrolyte side. It is because there is a reaction of going.

【0024】上記アルカリ金属元素(A)がLiである
一方、金属元素(M)が鉄である場合のLi/Fe比
(モル比)は0〜0.5の範囲が好適である。この比が
0.5を超えると被覆層を構成するマグネタイトが不安
定化し、被覆層の電子伝導度が低下するので好ましくな
い。
When the alkali metal element (A) is Li and the metal element (M) is iron, the Li / Fe ratio (molar ratio) is preferably in the range of 0 to 0.5. If the ratio exceeds 0.5, magnetite constituting the coating layer becomes unstable, and the electron conductivity of the coating layer is undesirably reduced.

【0025】またアルカリ金属元素(A)がLiである
一方、金属元素(M)が鉄以外のV,W,Mo,Reの
少なくとも1種である場合のLi/M比はモル比で0〜
10の範囲が好適である。この比が10を超えると被覆
層に取り込まれない余剰のLiが活物質に取り込まれて
Mnを還元し、Mn+3が相対的に増加してヤーン・テラ
ー変形を起こしたり、または活物質にも取り込まれない
Liは余剰アルカリとなり、これを用いて塗布液を作る
と、塗布液の粘度制御が困難になり、正極の調製が困難
になる虞がある。
When the alkali metal element (A) is Li and the metal element (M) is at least one of V, W, Mo and Re other than iron, the Li / M ratio is 0 to 0 in terms of molar ratio.
A range of 10 is preferred. If this ratio exceeds 10, surplus Li not taken into the coating layer is taken into the active material to reduce Mn, and Mn +3 relatively increases to cause Jahn-Teller deformation, or to the active material. Li which is not taken in also becomes an excess alkali, and when this is used to prepare a coating solution, it becomes difficult to control the viscosity of the coating solution, and it may be difficult to prepare the positive electrode.

【0026】本発明で使用する正極活物質本体は、例え
ば以下に示す方法に従って合成することが可能である。
すなわち、リチウムの水酸化物,酸化物,炭酸塩,酢酸
塩また硝酸塩と、電解二酸化マンガン,化学二酸化マン
ガン,Mn2 3 等のマンガン酸化物,MnOOH,水
酸化マンガン,マンガンの炭酸塩,硝酸塩,酢酸塩,必
要によってはMnおよび酸素(O)の一部を置換する金
属の各種塩とを所定組成範囲となるように混合し、得ら
れた原料混合物を大気中もしくは酸素雰囲気、あるいは
必要に応じてアルゴン雰囲気中で温度500〜900℃
の範囲、より好ましくは680〜750℃の範囲で焼成
することにより合成できる。
The positive electrode active material body used in the present invention can be synthesized, for example, according to the following method.
That is, lithium hydroxide, oxide, carbonate, acetate, or nitrate, electrolytic manganese dioxide, chemical manganese dioxide, manganese oxide such as Mn 2 O 3 , MnOOH, manganese hydroxide, manganese carbonate, nitrate , Acetate, and if necessary, various salts of Mn and a metal that partially substitutes for oxygen (O) are mixed so as to have a predetermined composition range, and the resulting raw material mixture is mixed in the air or in an oxygen atmosphere or as required. 500-900 ° C in argon atmosphere depending on
, More preferably in the range of 680 to 750 ° C.

【0027】ここでスピネル構造は400℃以上の焼成
温度で合成されるが、この焼成温度が500℃未満の場
合においては、合成反応が十分に進行せず、活物質の結
晶性が低下してしまうため、本発明で意図するようなス
ピネル型の良好な結晶構造を有する正極活物質は得られ
ない。一方、焼成温度が900℃を超えると、酸素欠損
等が現われ易くなり、所定組成範囲内の正極活物質本体
を得ることが困難になる。
Here, the spinel structure is synthesized at a sintering temperature of 400 ° C. or higher. However, when the sintering temperature is lower than 500 ° C., the synthesis reaction does not sufficiently proceed, and the crystallinity of the active material is reduced. Therefore, a positive electrode active material having a favorable spinel-type crystal structure as intended in the present invention cannot be obtained. On the other hand, if the firing temperature exceeds 900 ° C., oxygen vacancies and the like are likely to appear, and it is difficult to obtain a positive electrode active material body within a predetermined composition range.

【0028】また、上記合成操作を実施するに際して、
平均粒径1〜20μmの正極活物質本体を得るために、
出発原料となるマンガン化合物粒子の粒径は0.5〜2
0μmの範囲とすることが重要である。上記マンガン化
合物粒子の粒径が0.5μm未満と過小な場合には、上
記合成条件で得られる活物質の粒径は1μm未満となっ
てしまう。このような微細な粒子状の活物質は正極層内
に隙間なく密に充填することが困難になる。したがっ
て、限られた電池容積範囲で高い電池容量を実現するこ
とが困難になる。
In carrying out the above synthesis operation,
In order to obtain a positive electrode active material body having an average particle size of 1 to 20 μm,
The particle size of the starting manganese compound particles is 0.5 to 2
It is important that the thickness be in the range of 0 μm. If the particle size of the manganese compound particles is too small, less than 0.5 μm, the particle size of the active material obtained under the above synthesis conditions will be less than 1 μm. It becomes difficult to fill such a fine particulate active material densely without any gap in the positive electrode layer. Therefore, it is difficult to realize a high battery capacity in a limited battery volume range.

【0029】逆に、粒径が20μmを超える粗大な粒子
を出発原料とした場合には、上記合成条件では、生成す
る正極活物質の粒径は20μmを超えてしまう。このよ
うな粗大な活物質は正極層内に隙間なく充填することは
容易であるが、電解液と活物質との接触面積が狭くなり
電池反応速度が低下するため、本発明で意図する電池特
性は得られない。また、このような粗大なマンガン源を
使用すると、合成時に反応が不均一に進行するため、組
成のばらつきが大きくなり、電池容量が低い活物質しか
得られない。
Conversely, when coarse particles having a particle size exceeding 20 μm are used as starting materials, the particle size of the generated positive electrode active material exceeds 20 μm under the above synthesis conditions. It is easy to fill such a coarse active material into the positive electrode layer without any gaps, but the contact area between the electrolyte and the active material is reduced and the battery reaction rate is reduced. Cannot be obtained. In addition, when such a coarse manganese source is used, the reaction proceeds non-uniformly during the synthesis, so that the composition varies greatly, and only an active material having a low battery capacity can be obtained.

【0030】なお、上記製造法において、マンガン成分
の一部をLi,B,Al,Ti,V,Cr,Co,Ni
等の金属元素に置換した固溶体を使用してもよい。特に
Li,Co,Alは電池のサイクル寿命の改善に有効で
ある一方、Ti,V,Cr,Co,Ni,Alは電子伝
導性を改善する上で有効である。
In the above manufacturing method, part of the manganese component is replaced with Li, B, Al, Ti, V, Cr, Co, Ni.
Alternatively, a solid solution substituted with a metal element such as described above may be used. Particularly, Li, Co, and Al are effective in improving the cycle life of the battery, while Ti, V, Cr, Co, Ni, and Al are effective in improving the electronic conductivity.

【0031】また、酸素の一部をS,Se,F等の元素
で置換した酸化物、さらにはこれら陰イオンが過剰なス
ピネル構造体を使用してもよい。
An oxide obtained by substituting a part of oxygen with an element such as S, Se, or F, or a spinel structure containing an excess of these anions may be used.

【0032】上記のように調製した活物質本体表面の少
なくとも一部に、被覆層を被着させて正極活物質を製造
する方法としては、活物質本体と処理材とを所定の比率
で混合する方法が用いられるが、特に均一な被覆層の形
成処理を行うためには、以下に示すように、予め溶媒に
溶解しておいた処理材と活物質本体粉末とを混合して活
物質スラリーを調製した後に、溶媒を除去する方法が好
ましい。
As a method for producing a positive electrode active material by applying a coating layer to at least a part of the surface of the active material main body prepared as described above, the active material main body and the treatment material are mixed at a predetermined ratio. Although a method is used, in order to perform a particularly uniform coating layer forming process, as shown below, a processing material previously dissolved in a solvent and an active material main body powder are mixed to form an active material slurry. After the preparation, a method of removing the solvent is preferred.

【0033】具体的には、水酸化リチウム溶液,アンモ
ニア溶液もしくは水酸化Li・アンモニア混合溶液に、
V,W,Mo,Reの酸化物を溶解して被着材溶解液を
調製する一方、予め合成しておいた活物質本体粉末を水
中で分散したスラリー液を調製し、しかる後にスラリー
液に上記被着材溶解液を所定量添加して乾燥する。その
後、混合体を温度300〜800℃でベーキング処理し
て正極活物質が製造される。
Specifically, a lithium hydroxide solution, an ammonia solution or a mixed solution of lithium hydroxide and ammonia is
While dissolving the oxides of V, W, Mo, and Re to prepare an adherend dissolving solution, a slurry solution in which active material body powder that has been synthesized in advance is dispersed in water is prepared. A predetermined amount of the above-mentioned adherend dissolving solution is added and dried. Thereafter, the mixture is baked at a temperature of 300 to 800 ° C. to produce a positive electrode active material.

【0034】また被着材成分としてFeおよびLiを含
有する場合には、硝酸鉄と硝酸リチウムとの混合物を水
溶液として調製する一方、予め合成しておいた活物質本
体粉末を水中で分散したスラリー液を調製し、しかる後
に、スラリー液に上記溶解液を所定量添加し乾燥する。
その後、得られた混合物を300〜800℃でベーキン
グ処理して正極活物質を製造することができる。
When Fe and Li are contained as the adherend components, a mixture of iron nitrate and lithium nitrate is prepared as an aqueous solution, while a slurry prepared by dispersing a previously synthesized active material body powder in water is used. A solution is prepared, and after that, a predetermined amount of the above solution is added to the slurry solution and dried.
Thereafter, the obtained mixture is baked at 300 to 800 ° C. to produce a positive electrode active material.

【0035】さらに、LiMnO4 などの活物質本体を
合成する段階において、金属元素(M)としてV,R
e,W,Mo,Feなどの塩を加えて焼成する製造方法
も採用することができる。この製造方法において、これ
らの金属がLiM2 4 中のMnの一部を置換する反応
と、任意のLi/M比を有する安定な複合酸化物(Li
−M−O)を生成する反応と、LiMn2 4 を生成す
る反応とが競合する結果、LiM2 4 の組成均一性が
損なわれ、容量が低下してしまう場合がある。したがっ
て、良好な活物質を得るためには、上記原料の配合組成
および焼成条件を慎重に選択する必要がある。
Further, at the stage of synthesizing an active material body such as LiMnO 4 , V, R
A manufacturing method in which a salt such as e, W, Mo, Fe or the like is added and baked, can also be adopted. In this production method, these metals substitute a part of Mn in LiM 2 O 4 with a stable composite oxide (Li) having an arbitrary Li / M ratio.
A reaction for generating a -M-O), the result of the reaction and to produce the LiMn 2 O 4 are competing, the composition uniformity of LiM 2 O 4 is impaired, there is a case where the capacity is decreased. Therefore, in order to obtain a good active material, it is necessary to carefully select the composition of the raw materials and the firing conditions.

【0036】また、他の被着方法として、予め合成して
おいた活物質と処理材(被着材)とを固相混合し、得ら
れた混合物をベーキング処理して正極活物質とする方法
も採用することができる。この場合、処理材が溶解する
温度でベーキング処理することが望ましい。特に処理材
成分としてV,Mo,Wを使用する場合には、この被着
方法が好適である。例えば、Liと複合化する金属とし
てVを使用する場合にはLi量に依存するが、概ね40
0℃以上で処理することが好ましく、Moを使用する場
合は550℃以上で処理することが好ましく、Wを使用
する場合には700℃以上で処理することが好ましい。
As another method of deposition, a method in which an active material synthesized in advance and a treatment material (deposition material) are mixed in a solid phase, and the resulting mixture is baked to form a positive electrode active material. Can also be employed. In this case, it is desirable to perform the baking treatment at a temperature at which the treatment material dissolves. In particular, when V, Mo, or W is used as a processing material component, this deposition method is suitable. For example, when V is used as a metal to be complexed with Li, it depends on the amount of Li.
The treatment is preferably performed at 0 ° C. or higher, when using Mo, preferably at 550 ° C. or higher, and when using W, the processing is preferably performed at 700 ° C. or higher.

【0037】なお、予め合成しておいた活物質本体粉末
と処理材(被着材)とを単に混合して正極活物質として
用いた場合には、被着材が活物質本体表面に均一に覆う
ことがなく、また強固に被着されずに剥がれ易いため、
本発明の効果を得ることは困難である。これに対して、
本願発明で使用する製造方法においては、いずれも、被
着材が溶解または溶融によって液状になる。LiMn2
4 を合成する段階で、V,Re,W,Mo,Feの塩
を加えて焼成する製造方法においても、上記金属塩はリ
チウム塩と混和し、500〜800℃の合成温度下にお
いて液状になる。この液状化の工程を経ることにより、
単なる固相同士の混合では得られない均一さで、被着材
が活物質本体表面を均一に覆うことが可能になる。ま
た、加熱・ベーキングの工程において、活物質表面の原
子と被着材を構成する原子とが相互に拡散するため、被
着材が活物質本体表面に強固に被着される。
When the active material main body powder synthesized in advance and the processing material (adhering material) are simply mixed and used as the positive electrode active material, the adhering material is uniformly formed on the surface of the active material main body. Because it is easy to peel off without being covered and not firmly attached,
It is difficult to obtain the effects of the present invention. On the contrary,
In any of the manufacturing methods used in the present invention, the adherend becomes liquid by melting or melting. LiMn 2
In the production method of adding and sintering V, Re, W, Mo, and Fe salts at the stage of synthesizing O 4 , the metal salt is mixed with a lithium salt and becomes liquid at a synthesis temperature of 500 to 800 ° C. Become. By going through this liquefaction process,
The adherend can uniformly cover the surface of the active material main body with uniformity that cannot be obtained by simple mixing of solid phases. Further, in the heating / baking step, atoms on the surface of the active material and atoms constituting the adherend diffuse into each other, so that the adherend is firmly adhered to the surface of the active material body.

【0038】したがって、上記各製造方法によって調製
された正極活物質を使用すれば、充放電過程で起こる格
子の膨張・収縮に際しても、被着材(被覆層)が活物質
本体表面から剥離脱落することなく存在し続けるため、
電池の正極材として使用した場合に良好なサイクル特性
を実現することが可能になる。
Therefore, when the positive electrode active material prepared by each of the above manufacturing methods is used, the adherend (coating layer) is peeled off from the surface of the active material main body even when the lattice expands and contracts in the charging and discharging process. To continue to exist without
When used as a positive electrode material of a battery, good cycle characteristics can be realized.

【0039】本発明に係るリチウムイオン二次電池は、
上記のように調製した正極活物質および導電助剤をバイ
ンダー等とともに混合・加圧成形して保持した正極と、
負極活物質を有する負極とを、セパレータおよび非水電
解液を介して電池缶内に対向するように配置して構成さ
れる。
The lithium ion secondary battery according to the present invention
A positive electrode, which is prepared by mixing and pressing the positive electrode active material and the conductive auxiliary prepared as described above together with a binder and the like,
A negative electrode having a negative electrode active material is disposed so as to face the inside of the battery can with a separator and a non-aqueous electrolyte interposed therebetween.

【0040】ここで上記導電助剤としては、例えばアセ
チレンブラック,カーボンブラック,黒鉛等が使用され
る。また、バインダーとしては、例えばポリテロラフル
オロエチレン(PTFE)、ポリふっ化ビニリデン(P
VDF)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体(E
PDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)等を使
用することができる。
Here, acetylene black, carbon black, graphite or the like is used as the conductive assistant. As the binder, for example, polyterafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (P
VDF), ethylene-propylene-diene copolymer (E
PDM), styrene-butadiene rubber (SBR) and the like can be used.

【0041】また、上記正極は、例えば前記正極活物質
およびバインダーを適当な溶媒中に懸濁せしめ、この懸
濁物を集電帯に塗布・乾燥した後にプレス圧着すること
により製作される。ここで上記集電帯としては、例え
ば、アルミニウム箔,ステンレス鋼箔,ニッケル箔等を
用いることが好ましい。
The positive electrode is manufactured by, for example, suspending the positive electrode active material and a binder in a suitable solvent, applying the suspension to a current collecting zone, drying and then press-pressing. Here, it is preferable to use, for example, an aluminum foil, a stainless steel foil, a nickel foil, or the like as the current collecting zone.

【0042】以上のようなリチウンマンガン複合酸化物
を含む正極を組み合せて用いられる負極の活物質として
は、例えばリチウムイオンを吸蔵・放出する炭素物質や
カルコゲン化合物を含む物質や軽金属から成る活物質を
使用することができる。特にリチウムイオンを吸蔵・放
出する炭素物質またはカルコゲン化合物を含む負極を使
用することにより、二次電池のサイクル寿命などの電池
特性が向上するため、特に好ましい。
Examples of the negative electrode active material used in combination with the positive electrode containing the lithium manganese composite oxide as described above include, for example, a carbon material that absorbs and releases lithium ions, a material containing a chalcogen compound, and an active material made of light metal. Can be used. It is particularly preferable to use a negative electrode containing a carbon substance or a chalcogen compound that inserts and extracts lithium ions, since battery characteristics such as cycle life of a secondary battery are improved.

【0043】ここで上記リチウムイオンを吸蔵・放出す
る炭素物質としては、例えばコークス,炭酸繊維,熱分
解気相炭素物質,黒鉛,樹脂焼成体,メソフェーズピッ
チ系炭素繊維(MCF)またはメソフェーズ球状カーボ
ンの焼成体等が使用される。特に、重質油を温度250
0℃以上で黒鉛化した液晶状のメソフェーズピッチ系炭
素繊維,メソフェーズ球状カーボンを用いることによ
り、電池の電極容量を高めることができる。
Examples of the carbon material that occludes and releases lithium ions include coke, carbon dioxide fiber, pyrolysis gas phase carbon material, graphite, fired resin, mesophase pitch-based carbon fiber (MCF), and mesophase spherical carbon. A fired body or the like is used. In particular, heavy oil at a temperature of 250
By using mesophase pitch-based carbon fibers and mesophase spherical carbon in the form of liquid crystal which are graphitized at 0 ° C. or higher, the electrode capacity of the battery can be increased.

【0044】また前記炭素物質は、特に示差熱分析で7
00℃以上に、より好ましくは800℃以上に発熱ピー
クを有し、X線回折による黒鉛構造の(101)回折ピ
ーク(P101 )と(100)回折ピーク(P100 )との
強度比P101 /P100 が0.7〜2.2の範囲内にある
ことが望ましい。このような回折ピークの強度比を有す
る炭素物質を含む負極は、リチウムイオンの急速な吸蔵
・放出が可能であるため、特に急速充放電を指向する前
記正極活物質を含む正極との組合せが有効である。
In addition, the carbon material is particularly 7% by differential thermal analysis.
It has an exothermic peak at 00 ° C. or higher, more preferably 800 ° C. or higher, and the intensity ratio P 101 between the (101) diffraction peak (P 101 ) and the (100) diffraction peak (P 100 ) of the graphite structure by X-ray diffraction. / P 100 that is desired to be in the range of 0.7 to 2.2. Since a negative electrode containing a carbon material having such a diffraction peak intensity ratio can rapidly absorb and release lithium ions, a combination with a positive electrode containing the positive electrode active material that directs rapid charge and discharge is particularly effective. It is.

【0045】さらに前記リチウムイオンを吸蔵・放出す
るカルコゲン化合物としては、二硫化チタン(Ti
2 )、二硫化モリブデン(MoS2 )、セレン化ニオ
ブ(NbSe2 )等を使用することができる。このよう
なカルコゲン化合物を負極に用いると、二次電池の電圧
は低下するものの負極の容量が増加するため、二次電池
の容量が向上する。さらに負極のリチウムイオンの拡散
速度が大きくなるため、特に本発明で使用する正極活物
質との組合せが有効である。
Further, as the chalcogen compound capable of inserting and extracting lithium ions, titanium disulfide (Ti)
S 2 ), molybdenum disulfide (MoS 2 ), niobium selenide (NbSe 2 ) and the like can be used. When such a chalcogen compound is used for the negative electrode, the voltage of the secondary battery is reduced, but the capacity of the negative electrode is increased, so that the capacity of the secondary battery is improved. Further, since the diffusion rate of lithium ions in the negative electrode increases, the combination with the positive electrode active material used in the present invention is particularly effective.

【0046】また、負極に用いる軽金属としては、アル
ミニウム,アルミニウム合金,マグネシウム合金,リチ
ウム金属,リチウム合金などが例示できる。
Examples of the light metal used for the negative electrode include aluminum, aluminum alloy, magnesium alloy, lithium metal, lithium alloy and the like.

【0047】さらに、リチウムイオンを吸蔵・放出する
活物質を含む負極は、例えば前記負極活物質および結着
剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を集電体に塗布
し、乾燥した後にプレス圧着することにより製作され
る。上記集電体としては、例えば銅箔,ステンレス箔,
ニッケル箔などから形成したものを用いる。またバイン
ダーとしては例えばポリテトラフルオロエチレン(PT
FE)、ポリふっ化ビニリデン(PVDF)、エチレン
−プロピレン−ジエン共重合体(EPDM)、スチレン
−ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロ
ース(CMC)等を使用することができる。
Further, for the negative electrode containing an active material capable of inserting and extracting lithium ions, for example, the negative electrode active material and a binder are suspended in an appropriate solvent, and this suspension is applied to a current collector and dried. It is manufactured by press bonding afterwards. Examples of the current collector include copper foil, stainless steel foil,
One formed from nickel foil or the like is used. As the binder, for example, polytetrafluoroethylene (PT
FE), polyvinylidene fluoride (PVDF), ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), and the like can be used.

【0048】また上記セパレータは、例えば合成樹脂製
不織布、ポリエチレン多孔質フィルム、ポリプロピレン
多孔質フィルム等から形成される。
The separator is formed of, for example, a synthetic resin nonwoven fabric, a polyethylene porous film, a polypropylene porous film, or the like.

【0049】非水電解液としては、非水溶媒に電解質
(リチウム塩)を溶解させた溶液が使用される。
As the non-aqueous electrolyte, a solution in which an electrolyte (lithium salt) is dissolved in a non-aqueous solvent is used.

【0050】非水溶媒としては、例えばエチレンカーボ
ネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)等の
環状カーボネートやジメチルカーボネート(DMC)、
メチルエチルカーボネート(MEC)、ジエチルカーボ
ネート(DEC)等の鎖状カーボネートやジメトキシエ
タン(DME)、ジエトキシエタン(DEE)、エトキ
シメトキシエタン等の鎖状エーテルやテトラヒドロフラ
ン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン(2−M
eTHF)等の環状エーテルやクラウンエーテル、γ−
ブチロラクトン(γ−BL)等の脂肪酸エステルやアセ
トニトリル(AN)等の窒素化合物やスルホラン(S
L)やジメチルスルホキシド(DMSO)等の硫化物を
例示できる。
Examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), and the like.
Chain carbonates such as methyl ethyl carbonate (MEC) and diethyl carbonate (DEC), chain ethers such as dimethoxyethane (DME), diethoxyethane (DEE) and ethoxymethoxyethane, tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran ( 2-M
eTHF) and other cyclic ethers and crown ethers, γ-
Fatty acid esters such as butyrolactone (γ-BL), nitrogen compounds such as acetonitrile (AN), and sulfolane (S
L) and sulfides such as dimethylsulfoxide (DMSO).

【0051】上記非水溶媒は単独で使用しても、2種以
上混合した混合溶媒として使用してもよい。特に、E
C、PC、γ−BLから選ばれる少なくとも1種からな
る物や、EC、PC、γ−BLから選ばれる少なくとも
1種とDMC、MEC、DEC、DME、DEE、TH
F,2−MeTHF、ANから選ばれる少なくとも1種
とからなる混合溶媒を用いることが望ましい。
The above non-aqueous solvents may be used alone or as a mixture of two or more. In particular, E
DMC, MEC, DEC, DME, DEE, TH with at least one selected from C, PC, and γ-BL, and at least one selected from EC, PC, and γ-BL
It is desirable to use a mixed solvent comprising at least one selected from F, 2-MeTHF and AN.

【0052】また、負極に前記リチウムイオンを吸蔵・
放出する炭素物質を含む負極活物質を用いる場合に、負
極を備える二次電池のサイクル寿命を向上させる観点か
ら、ECとPCとγ−BL、ECとPCとMEC、EC
とPCとDEC、ECとPCとDEE、ECとAN、E
CとMEC、PCとDMC、PCとDEC、またはEC
とDECとからなる混合溶媒を用いることが好ましい。
Further, the above-mentioned lithium ions are stored in the negative electrode.
When a negative electrode active material containing a carbon material to be released is used, from the viewpoint of improving the cycle life of a secondary battery including the negative electrode, EC and PC and γ-BL, EC and PC and MEC, EC
And PC and DEC, EC and PC and DEE, EC and AN, E
C and MEC, PC and DMC, PC and DEC, or EC
It is preferable to use a mixed solvent consisting of and DEC.

【0053】電解質としては、例えば過塩素酸リチウム
(LiClO4 )、六ふっ化リン酸リチウム(LiPF
6 )、ほうふっ化リチウム(LiBF4 )、六ふっ化砒
素リチウム(LiAsF6 )、トリフルオロメタスルフ
ォン酸リチウム(LiCF3SO3 )、ビストリフルオ
ロメチルスルフォニルイミドリチウム[LiN(CF3
SO2 2 ]等のリチウム塩が例示できる。特に、Li
PF6 、LiBF4 、LiN(CF3 SO2 2 を用い
ると導電性や安全性が向上するため望ましい。これらの
電解液の非水溶媒に対する溶解量は0.1〜3.0モル
/lの範囲に設定することが望ましい。
As the electrolyte, for example, lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF
6 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), lithium arsenic hexafluoride (LiAsF 6 ), lithium trifluorometasulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bistrifluoromethylsulfonylimide [LiN (CF 3
SO 2 ) 2 ]. In particular, Li
It is desirable to use PF 6 , LiBF 4 , or LiN (CF 3 SO 2 ) 2 because conductivity and safety are improved. The amount of these electrolytes dissolved in the non-aqueous solvent is desirably set in the range of 0.1 to 3.0 mol / l.

【0054】上記構成に係るリチウムイオン二次電池に
よれば、Fe,V,W,MoおよびReから選択される
少なくとも1種の元素の酸化物から成る被覆層を活物質
表面に形成した正極活物質を使用しているため、電解液
と正極活物質との直接的な接触が防止され、Mnの溶出
が効果的に防止され、電池の高温サイクル特性が大幅に
改善される。また、上記被覆層は、Liイオンの拡散を
妨げることが少なく、また電子伝導性が良好であるた
め、被覆層が形成されていても、高容量の維持が可能で
ある。したがって、微粒子で電解液との接触面積が大き
い活物質を使用した場合においても初期容量およびレー
ト特性を高く維持し、かつ高温サイクル特性が良好な二
次電池が得られる。
According to the lithium ion secondary battery having the above structure, the positive electrode active material having the coating layer made of an oxide of at least one element selected from the group consisting of Fe, V, W, Mo and Re formed on the surface of the active material. Since the substance is used, direct contact between the electrolyte and the positive electrode active material is prevented, elution of Mn is effectively prevented, and the high-temperature cycle characteristics of the battery are significantly improved. Further, since the coating layer does not hinder the diffusion of Li ions and has good electron conductivity, a high capacity can be maintained even when the coating layer is formed. Therefore, even when an active material that is fine particles and has a large contact area with the electrolytic solution is used, a secondary battery having high initial capacity and rate characteristics and excellent high-temperature cycle characteristics can be obtained.

【0055】また、被覆層を、Liなどのアルカリ金属
元素とV,W,Mo,Reなどの金属元素とが複合化し
た酸化物で形成し、Li/M比を0〜10程度に設定し
た場合には、被覆層は構造は基本的にβNaV2 5
造もしくはReO3 構造となるものと考えられる。例え
ばReO3 構造は、酸素によって8面体に囲まれたMの
単位が単純に立法晶構造に配列された構造を有し、Li
イオンを収容するサイトおよびLiイオンが拡散できる
パスを備えている。さらにこれらのMの酸化物が酸素と
大きく相互作用を行う結果、被覆層は幅広いdバンドを
有することになり、電子伝導性に優れている。したがっ
て、電池反応速度をより高めることができ、電池の高容
量化を達成することができる。
The coating layer was formed of an oxide in which an alkali metal element such as Li and a metal element such as V, W, Mo, and Re were compounded, and the Li / M ratio was set to about 0 to 10. In such a case, it is considered that the structure of the coating layer is basically a βNaV 2 O 5 structure or a ReO 3 structure. For example, the ReO 3 structure has a structure in which units of M surrounded by an octahedron by oxygen are simply arranged in a cubic structure, and
A site for accommodating ions and a path for diffusing Li ions are provided. Furthermore, as a result of these M oxides interacting with oxygen greatly, the coating layer has a wide d-band and is excellent in electron conductivity. Therefore, the reaction speed of the battery can be further increased, and the capacity of the battery can be increased.

【0056】一方、被覆層を、Feの酸化物で形成した
場合には、酸化鉄の一部が、電子伝導性に優れるマグネ
タイトになっているため、上記Mnの溶出防止効果およ
び電子伝導性の向上効果が得られる。
On the other hand, when the coating layer is formed of an oxide of Fe, part of the iron oxide is magnetite having excellent electron conductivity, so that the effect of preventing the dissolution of Mn and the electron conductivity are obtained. An improvement effect is obtained.

【0057】また被覆層は、電子伝導性が良好となるた
め、正極シート中における導電助剤量を少なくすること
が可能になり、電池セル内における活物質充填量を相対
的に高めることができ、電池容量をさらに高めることが
できる。
Since the coating layer has good electron conductivity, the amount of the conductive auxiliary agent in the positive electrode sheet can be reduced, and the active material filling amount in the battery cell can be relatively increased. Thus, the battery capacity can be further increased.

【0058】[0058]

【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態について以
下に示す実施例を参照して、より具体的に説明する。な
お、本発明は下記の実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨および請求の範囲に記載された要素によっ
て規定される範囲を逸脱しない範囲において適宜変更し
て実施することができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described more specifically with reference to the following examples. The present invention is not limited to the following examples,
The present invention can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope defined by the gist of the present invention and the elements described in the claims.

【0059】実施例1〜26および比較例1〜7 下記に示すような手順に従って、それぞれ各実施例およ
び比較例に係るリチウムイオン二次電池を作成し、その
特性を比較評価した。
Examples 1 to 26 and Comparative Examples 1 to 7 Lithium ion secondary batteries according to Examples and Comparative Examples were prepared according to the following procedures, and the characteristics thereof were compared and evaluated.

【0060】[正極の作製]LiOH・H2 O粉末とM
nO2 (電解Mn)粉末とを、Li:Mn=1.1:
1.9の原子比率となるように所定量ずつ調合・混合
し、原料混合体を調製し、得られた原料混合体を、酸素
雰囲気中において温度750℃で15時間焼成すること
により、Li1.1 Mn1.9 4 なる組成の正極活物質母
体粉末を製造した。
[Preparation of Positive Electrode] LiOH.H 2 O powder and M
nO 2 (electrolytic Mn) powder and Li: Mn = 1.1:
A predetermined amount was prepared and mixed so as to have an atomic ratio of 1.9 to prepare a raw material mixture, and the obtained raw material mixture was calcined at a temperature of 750 ° C. for 15 hours in an oxygen atmosphere to obtain Li 1.1. A positive electrode active material base powder having a composition of Mn 1.9 O 4 was produced.

【0061】(実施例1用)硝酸リチウムと硝酸鉄と
を、Li/Fe比が表1に示す値となるように調合して
純水に溶解し被着材溶液を調製した。この被着材溶液中
に上記活物質本体(Li1.1 Mn1.9 4 )を、表1に
示す所定の被着量となるように添加し十分に混合した。
得られた混合体を乾燥し、500℃で3時間熱処理する
ことにより実施例1用の正極活物質を製造した。
(For Example 1) Lithium nitrate and iron nitrate were blended so that the Li / Fe ratio became the value shown in Table 1, and dissolved in pure water to prepare a coating material solution. The active material body (Li 1.1 Mn 1.9 O 4 ) was added to the adherend solution so as to have a prescribed adherence amount shown in Table 1, and mixed well.
The obtained mixture was dried and heat-treated at 500 ° C. for 3 hours to produce a positive electrode active material for Example 1.

【0062】(実施例2〜17用)表1に示す被着材元
素の酸化物と水酸化リチウム(実施例6では水酸化ナト
リウム)とを、被着材組成(A/M)が表1に示す値と
なるよう調合して純水に溶解し、各被着材溶液を調製し
た。各被着材溶液中に上記活物質本体(Li1.1 Mn
1.9 4 )を、表1に示す所定の被着量となるように添
加し十分に混合した。得られた混合体を乾燥し、500
℃で3時間熱処理することにより、実施例2〜17用の
正極活物質を製造した。
(For Examples 2 to 17) The oxides of the adherend elements shown in Table 1 and lithium hydroxide (sodium hydroxide in Example 6) were used, and the adherend composition (A / M) was as shown in Table 1. And dissolved in pure water to prepare respective adherend solutions. The active material body (Li 1.1 Mn) is contained in each adherend solution.
1.9 O 4 ) was added and mixed well so as to obtain a predetermined coating amount shown in Table 1. The resulting mixture is dried and 500
By performing a heat treatment at 3 ° C. for 3 hours, positive electrode active materials for Examples 2 to 17 were produced.

【0063】(実施例18用)硝酸鉄を純水に溶解して
被着材溶液を調製した。この被着材溶液中に上記活物質
本体(Li1.1 Mn1.9 4 )を、被着量が1wt%と
なるように添加し、十分に混合した。得られた混合体を
乾燥し、500℃で3時間熱処理することにより実施例
18用の正極活物質を製造した。
(For Example 18) Iron nitrate was dissolved in pure water to prepare a coating material solution. The active material body (Li 1.1 Mn 1.9 O 4 ) was added to the adherend solution so that the adhered amount was 1 wt%, and the mixture was thoroughly mixed. The obtained mixture was dried and heat-treated at 500 ° C. for 3 hours to produce a positive electrode active material for Example 18.

【0064】(実施例19〜22用)表1に示す被着材
元素の酸化物をアンモニア水に溶解してそれぞれ被着材
溶液を調製した。各被着材溶液中に上記活物質本体(L
1.1 Mn1.9 4 )を、表1に示す所定の被着量とな
るように添加し十分に混合した。得られた混合体を乾燥
し、500℃で3時間熱処理することにより、実施例1
9〜22用の正極活物質を製造した。
(Examples 19 to 22) The oxides of the adherend elements shown in Table 1 were dissolved in aqueous ammonia to prepare adherend solutions. The above-mentioned active material body (L
i 1.1 Mn 1.9 O 4 ) was added so as to have a predetermined coating amount shown in Table 1 and mixed well. The obtained mixture was dried and heat-treated at 500 ° C. for 3 hours to obtain Example 1.
The positive electrode active materials for 9 to 22 were produced.

【0065】(実施例23用)粉末状のバナジウム酸化
物と水酸化リチウムとをLi/V比が1/1となるよう
に所定量混合し、被着材混合体を調製した。次に、この
被着材混合体をその被着量が1重量%となるように上記
活物質本体(Li1.1 Mn1.9 4 )に添加し、得られ
た混合体を500℃で3時間熱処理し、被着材が溶融し
た状態を経て冷却することにより、実施例23用の正極
活物質を製造した。
(For Example 23) Powdered vanadium oxide and lithium hydroxide were mixed in a predetermined amount so that the Li / V ratio was 1/1 to prepare an adherend mixture. Next, the mixture of the adherends was added to the active material body (Li 1.1 Mn 1.9 O 4 ) so that the amount of the adherend was 1% by weight, and the obtained mixture was heat-treated at 500 ° C. for 3 hours. Then, by cooling after the adhered material was melted, a positive electrode active material for Example 23 was produced.

【0066】(実施例24用)粉末状のモリブデン酸化
物と水酸化リチウムとをLi/Mo比が1/1となるよ
うに所定量混合し、被着材混合体を調製した。次に、こ
の被着材混合体をその被着量が1重量%となるように上
記活物質本体(Li1.1 Mn1.9 4 )に添加し、得ら
れた混合体を600℃で3時間熱処理し、被着材が溶融
した状態を経て冷却することにより、実施例24用の正
極活物質を製造した。
(For Example 24) A predetermined amount of powdery molybdenum oxide and lithium hydroxide were mixed so that the Li / Mo ratio became 1/1, to prepare a mixture of adherends. Next, this mixture of the adherends was added to the active material body (Li 1.1 Mn 1.9 O 4 ) so that the adhered amount was 1% by weight, and the obtained mixture was heat-treated at 600 ° C. for 3 hours. Then, by cooling after the adhered material was melted, a positive electrode active material for Example 24 was produced.

【0067】(実施例25用)粉末状のタングステン酸
化物と水酸化リチウムとをLi/W比が1/1となるよ
うに所定量混合し、被着材混合体を調製した。次に、こ
の被着材混合体をその被着量が1重量%となるように上
記活物質本体(Li1.1 Mn1.9 4 )に添加し、得ら
れた混合体を純酸素雰囲気中で850℃で3時間熱処理
し、被着材が溶融した状態を経て冷却することにより、
実施例25用の正極活物質を製造した。 (実施例26用)LiOH・H2 O、LiFと電解マン
ガンMnO2 とを、陰イオン元素(F)が過剰となるよ
うに、モル比LiOH・H2 O:LiF:MnO2
0.96:0.22:1.82の比率で調合し十分に混
合した。次に得られた混合体を温度750℃で12時間
焼成し、Li1.18 Mn1.82 3.77 0.23 なる組成を
有する活物質本体を調製した。次に上記活物質本体表面
に実施例2と同一条件でW酸化物を1重量%被着せしめ
て実施例26用の正極活物質を製造した。
(For Example 25) A predetermined amount of powdered tungsten oxide and lithium hydroxide were mixed so that the Li / W ratio became 1/1 to prepare an adherend mixture. Next, this mixture of adherends is added to the active material body (Li 1.1 Mn 1.9 O 4 ) so that the adhered amount becomes 1% by weight, and the obtained mixture is subjected to 850 in a pure oxygen atmosphere. By heat treatment at ℃ for 3 hours and cooling after the adhered material has melted.
A positive electrode active material for Example 25 was produced. (For Example 26) LiOH · H 2 O, LiF and electrolytic manganese MnO 2 were mixed with a molar ratio LiOH · H 2 O: LiF: MnO 2 = such that the anionic element (F) became excessive.
It was prepared at a ratio of 0.96: 0.22: 1.82 and mixed well. Next, the obtained mixture was calcined at a temperature of 750 ° C. for 12 hours to prepare an active material body having a composition of Li 1.18 Mn 1.82 O 3.77 F 0.23 . Next, 1 wt% of W oxide was applied to the surface of the active material main body under the same conditions as in Example 2 to produce a positive electrode active material for Example 26.

【0068】(比較例1用)実施例1で得られた活物質
(Li1.1 Mn1.9 4 )に、Li/B比が1/1にな
るように、かつ被着量が1重量%となるように所定量の
LiOH・H2 OおよびB2 3 を添加し、得られた混
合物を600℃で熱処理することにより、比較例1用の
正極活物質を調製した。
(For Comparative Example 1) The active material (Li 1.1 Mn 1.9 O 4 ) obtained in Example 1 was prepared so that the Li / B ratio was 1/1 and the amount of coating was 1% by weight. Predetermined amounts of LiOH.H 2 O and B 2 O 3 were added so that the mixture was heat-treated at 600 ° C. to prepare a positive electrode active material for Comparative Example 1.

【0069】(比較例2用)実施例1で得られた活物質
(Li1.1 Mn1.9 4 )の表面に、被覆層を形成せず
に、そのまま比較例2用の正極活物質とした。
(For Comparative Example 2) A positive electrode active material for Comparative Example 2 was used without forming a coating layer on the surface of the active material (Li 1.1 Mn 1.9 O 4 ) obtained in Example 1.

【0070】(比較例3用)LiOH・H2 O粉末とM
nO2 (電解マンガン)粉末および酸化コバルト粉末
を、Li:Mn:Co=1:1.7:0.3の原子比率
になるように調合し、十分に混合した。この混合物を酸
素還流下で750℃で焼成することにより母体となる活
物質(LiMn1.7 Co0.3 4 )を作製した。この活
物質表面に被覆層を形成せずに、そのまま比較例3用の
正極活物質とした。
(For Comparative Example 3) LiOH.H 2 O powder and M
The nO 2 (electrolytic manganese) powder and the cobalt oxide powder were prepared so as to have an atomic ratio of Li: Mn: Co = 1: 1.7: 0.3, and were sufficiently mixed. The mixture was calcined at 750 ° C. under oxygen reflux to prepare a parent active material (LiMn 1.7 Co 0.3 O 4 ). The positive electrode active material for Comparative Example 3 was used without forming a coating layer on the surface of the active material.

【0071】(比較例4用)実施例1で得られた活物質
(Li1.1 Mn1.9 4 )に、被着材としてのLi/A
l+Mnの比が1/2となるように、かつ被着量が2重
量%となるように所定量の硝酸リチウムと硝酸マンガン
とを添加し、十分に撹拌後、加熱して脱水を行い、酸素
還流下で550℃で焼成し、比較例4用の正極活物質を
調製した。
(For Comparative Example 4) The active material (Li 1.1 Mn 1.9 O 4 ) obtained in Example 1 was added with Li / A as an adherend.
Predetermined amounts of lithium nitrate and manganese nitrate are added so that the ratio of l + Mn is 1/2 and the amount of coating is 2% by weight. The mixture was calcined at 550 ° C. under reflux to prepare a positive electrode active material for Comparative Example 4.

【0072】(比較例5用)実施例1で得られた活物質
(Li1.1 Mn1.9 4 )に被着材としてのV2 5
1重量%添加し、ボールミル混合を15時間実施するこ
とにより、比較例5の正極活物質を調製した。
(For Comparative Example 5) 1% by weight of V 2 O 5 as an adherend was added to the active material (Li 1.1 Mn 1.9 O 4 ) obtained in Example 1, and ball mill mixing was carried out for 15 hours. Thus, a positive electrode active material of Comparative Example 5 was prepared.

【0073】(比較例6用)実施例1で得られた活物質
(Li1.1 Mn1.9 4 )に被着材としてのMoO3
2重量%添加し、ボールミル混合を24時間実施するこ
とにより、比較例6の正極活物質を調製した。
(For Comparative Example 6) 2% by weight of MoO 3 as an adherend was added to the active material (Li 1.1 Mn 1.9 O 4 ) obtained in Example 1, and ball mill mixing was performed for 24 hours. The positive electrode active material of Comparative Example 6 was prepared.

【0074】(比較例7用)Li2 CO3 粉末とMoO
2 粉末とをLi/Moが2/1となるように混合し、得
られた混合物を酸素気流中で630℃で加熱しLi2
oO4 を合成した。得られたLi2 MoO4 を水素ガス
中で700℃に加熱することにより、被着材としてのL
2 MoO3 を調製した。次に実施例1で得られた活物
質(Li1.1Mn1.9 4 )70重量部に対して上記被
着材(Li2 MoO3 )10重量部を配合し、ボールミ
ル混合を15時間実施することにより、比較例7用の正
極活物質を調製した。
(For Comparative Example 7) Li 2 CO 3 powder and MoO
2 powder was mixed so that Li / Mo was 2/1, and the resulting mixture was heated at 630 ° C. in an oxygen stream to remove Li 2 M.
oO 4 was synthesized. By heating the obtained Li 2 MoO 4 to 700 ° C. in hydrogen gas, L as an adherend is
i 2 MoO 3 was prepared. Next, 10 parts by weight of the adherend (Li 2 MoO 3 ) is blended with 70 parts by weight of the active material (Li 1.1 Mn 1.9 O 4 ) obtained in Example 1, and ball mill mixing is performed for 15 hours. Thus, a positive electrode active material for Comparative Example 7 was prepared.

【0075】なお上記実施例において、被覆層に含まれ
る金属元素(M)がMo,W,Reの場合には、(Li
x O)x/2 ・MO3 として被着量を算出した。また、金
属元素がVの場合は、(Li2 O)x/2 ・V2 5 とし
て被着量を計算し、さらに金属元素(M)がFeの場合
には、(Li2 O)x/2 ・Fe3 4 として被着量を算
出した。
In the above embodiment, when the metal element (M) contained in the coating layer is Mo, W, Re, (Li)
was calculated deposited amount as x O) x / 2 · MO 3. When the metal element is V, the deposition amount is calculated as (Li 2 O) x / 2 · V 2 O 5 , and when the metal element (M) is Fe, (Li 2 O) x The amount of deposition was calculated as / 2 · Fe 3 O 4 .

【0076】上記実施例用および比較例用の各正極活物
質粉末と導電助剤であるアセチレンブラックとバインダ
ーとしてのテフロン(登録商標)粉末とを重量比80:
17:3の割合で混合してそれぞれ正極合剤とした。次
に各正極合剤を集電体(ステンレス製鋼)に貼り付ける
ことにより、10mm角×0.5mmの正極をそれぞれ調製
した。
The respective positive electrode active material powders for the above Examples and Comparative Examples, acetylene black as a conductive additive, and Teflon (registered trademark) powder as a binder were in a weight ratio of 80:
Each was mixed at a ratio of 17: 3 to form a positive electrode mixture. Next, each positive electrode mixture was attached to a current collector (stainless steel) to prepare positive electrodes each having a size of 10 mm × 0.5 mm.

【0077】[負極の作製]リチウムメタル箔をステン
レス鋼製の集電帯に一体に貼り付けることにより、それ
ぞれ負極を作成した。
[Preparation of Negative Electrode] A negative electrode was prepared by integrally attaching a lithium metal foil to a current collector band made of stainless steel.

【0078】[参照電極の作製]リチウムメタル箔をス
テンレス鋼製の集電体に一体に貼り付けることにより、
10mm角の参照電極を作成した。
[Preparation of Reference Electrode] A lithium metal foil was integrally attached to a stainless steel current collector,
A 10 mm square reference electrode was prepared.

【0079】[非水電解液の調製]プロピレンカーボネ
ートおよびジメトキシエタンから成る混合溶媒に、電解
質としてのLiClO4 を、その濃度が1 mol/lにな
るように所定量溶解して各電池用の非水電解液の調製を
行った。
[Preparation of Non-Aqueous Electrolyte] A predetermined amount of LiClO 4 as an electrolyte was dissolved in a mixed solvent composed of propylene carbonate and dimethoxyethane so that the concentration thereof became 1 mol / l, and a non-aqueous electrolyte for each battery was prepared. A water electrolyte was prepared.

【0080】[正極評価用電池の調製]上記のようにそ
れぞれ調製した正極,負極,参照電極および十分に乾燥
させた非水電解液などの電池部材をアルゴン雰囲気中に
置き、これらの電池部材を用いて図1に示すようなビー
カー型ガラスセルを備えた各実施例および比較例に係る
リチウムイオン二次電池の評価用電池をそれぞれ組み立
てた。
[Preparation of Battery for Positive Electrode Evaluation] Battery members such as the positive electrode, the negative electrode, the reference electrode, and the sufficiently dried non-aqueous electrolyte solution prepared as described above were placed in an argon atmosphere, and these battery members were removed. The batteries for evaluation of the lithium ion secondary batteries according to Examples and Comparative Examples each having a beaker-type glass cell as shown in FIG. 1 were respectively assembled.

【0081】各評価用電池1は、図1に示すように、ガ
ラスセル2を電池容器として備え、このガラスセル2内
には所定量の非水電解液3が収容されている。正極4と
袋状のセパレータ5内に収納された負極6とは、その間
にセパレータ5を介在させた状態で積層され、この積層
体はガラスセル2内の前記非水電解液3中に浸漬されて
いる。2枚の押え板7は、その間に前記積層体を挟持し
て固定している。袋状のセパレータ5に収納された参照
電極8は、前記ガラスセル2内の非水電解液3中に浸漬
されている。
As shown in FIG. 1, each evaluation battery 1 includes a glass cell 2 as a battery container, and a predetermined amount of the non-aqueous electrolyte 3 is accommodated in the glass cell 2. The positive electrode 4 and the negative electrode 6 housed in the bag-shaped separator 5 are laminated with the separator 5 interposed therebetween, and this laminated body is immersed in the non-aqueous electrolyte 3 in the glass cell 2. ing. The two holding plates 7 sandwich and fix the laminate between them. The reference electrode 8 housed in the bag-shaped separator 5 is immersed in the non-aqueous electrolyte 3 in the glass cell 2.

【0082】また、3本の電極配線9の各一端は、前記
ガラスセル2の上面部を貫通して外部にそれぞれ導出さ
れる一方、各他端は前記、正極4,負極6および参照電
極8にそれぞれ接続されている。このようなガラスセル
2に対しては、充放電試験中に大気が内部に侵入しない
ように密封処理が施されている。
One end of each of the three electrode wirings 9 extends to the outside through the upper surface of the glass cell 2, while the other end is connected to the positive electrode 4, the negative electrode 6, and the reference electrode 8. Connected to each other. Such a glass cell 2 is subjected to a sealing treatment so that the air does not enter inside during the charge / discharge test.

【0083】[電池評価](4V級充放電試験) 上記のように調製した各実施例および比較例に係るリチ
ウムイオン二次電池の評価用電池について、1mAの電
流値で、参照電極と正極との間の電圧が4.3Vに達す
るまで充電を行い30分間電流を停止した。次に1mA
の電流値で参照電極と正極との間の電圧が3Vになるま
で放電を行い、再び30分間電流を停止するという充放
電サイクルを30回(サイクル)繰り返すサイクル試験
を55℃のオーブン中で実施した。
[Battery Evaluation] (4 V Class Charge / Discharge Test) The reference electrode and the positive electrode were tested at a current value of 1 mA for the lithium ion secondary battery evaluation batteries according to the examples and comparative examples prepared as described above. Was charged until the voltage reached 4.3 V, and the current was stopped for 30 minutes. Then 1mA
A cycle test is performed in a 55 ° C. oven in which a charge / discharge cycle in which discharge is performed at a current value of 3 V until the voltage between the reference electrode and the positive electrode reaches 3 V and the current is stopped for 30 minutes is repeated 30 times (cycle). did.

【0084】そして1mAの充放電を繰り返した場合の
初期容量および30サイクル後における容量を測定し
て、下記表1に示す結果を得た。
The initial capacity and the capacity after 30 cycles after repeated charging and discharging of 1 mA were measured, and the results shown in Table 1 below were obtained.

【0085】[0085]

【表1】 [Table 1]

【0086】上記表1に示す結果から明らかなように、
所定の金属元素(M)およびアルカリ金属元素(A)の
酸化物から成る被覆層を有する正極活物質を使用した各
実施例に係るリチウムイオン二次電池は、他の成分を被
着した比較例1,4や被覆層を形成しない比較例2,3
や活物質本体と被着材とを単に混合して形成した正極活
物質を使用した比較例5,6,7の電池と比較して容量
が大きいことが判明した。また充放電サイクルが進行し
た後においても容量の低下が少なく、優れた電池特性を
発揮することが確認できた。
As is clear from the results shown in Table 1 above,
Lithium ion secondary batteries according to the respective examples using a positive electrode active material having a coating layer composed of an oxide of a predetermined metal element (M) and an alkali metal element (A) are comparative examples in which other components are applied. Comparative Examples 1 and 4 and Comparative Examples 2 and 3 in which a coating layer was not formed
It was found that the capacity was larger than those of the batteries of Comparative Examples 5, 6, and 7 using the positive electrode active material formed by simply mixing the active material body and the adherend. Further, even after the charge / discharge cycle proceeded, the decrease in the capacity was small, and it was confirmed that excellent battery characteristics were exhibited.

【0087】また、被覆層の組成を同一にして、その被
着量を0.1〜18%まで変化させた場合の実施例7〜
11に示す結果から、被着量を増加させても初期容量の
低下は少なく、55℃におけるサイクル維持率の上昇が
顕著であり、優れた高温サイクル特性が得られることが
判明した。
Examples 7 to 7 in which the composition of the coating layer was the same and the amount of the coating layer was varied from 0.1 to 18%.
From the results shown in FIG. 11, it was found that even when the deposition amount was increased, the decrease in the initial capacity was small, the cycle retention at 55 ° C. was significantly increased, and excellent high-temperature cycle characteristics were obtained.

【0088】さらに、実施例12〜17に示す結果から
は、被覆層を構成する酸化物の元素比率(A/M比)を
変化させた場合においても、初期容量に有意差は表れ
ず、むしろ被着量の多少によって高温サイクル維持率が
大きく変化することも確認できた。
Further, from the results shown in Examples 12 to 17, even when the element ratio (A / M ratio) of the oxide constituting the coating layer was changed, no significant difference appeared in the initial capacity. It was also confirmed that the high-temperature cycle retention greatly changed depending on the amount of deposition.

【0089】ここで本発明で使用する正極活物質は活物
質本体表面に所定の酸化物から成る被覆層を被着して製
造され、この被覆層を被着する工程では、被着材を溶液
または融液状態にして被着したり、あるいは被着時また
は被着後に加熱操作を加えることにより被着層と活物質
本体表面との接合強度を大幅に高めている。この点にお
いて、従来例として単に結着剤を用いて被着成分と活物
質本体とを接合した正極活物質や単に被着材と活物質本
体とを混合付着させた従来の正極活物質では得られない
格別な効果が本発明では得られる。
Here, the positive electrode active material used in the present invention is manufactured by applying a coating layer made of a predetermined oxide on the surface of the active material body, and in the step of applying this coating layer, the material to be applied is treated with a solution. Alternatively, the bonding strength between the deposition layer and the surface of the active material main body is greatly increased by applying the coating in a molten state, or by applying a heating operation during or after the deposition. In this regard, as a conventional example, a positive electrode active material in which an adherend component and an active material body are simply bonded using a binder or a conventional positive electrode active material in which an adherend material and an active material body are simply mixed and adhered is obtained. A special effect that cannot be obtained is obtained in the present invention.

【0090】上記の被覆層と活物質本体との接合強度に
ついて下記のような比較試験を行った。すなわち、実施
例20および比較例6において調製した正極活物質10
gを100mlのエタノール(EtHO)に懸濁させた状
態で超音波を10分間照射した。懸濁液の上澄み液を除
去した後に、エタノールを再度100ml入れ、超音波を
10分間照射した。再び上澄み液を除去した後に濾別乾
燥した。そして各乾燥試料についてエタノール洗浄前後
における表面組成(Mo/Mn原子数比)をXPS法に
より測定して下記表2に示す結果を得た。
The following comparative test was conducted on the bonding strength between the above-mentioned coating layer and the active material body. That is, the positive electrode active material 10 prepared in Example 20 and Comparative Example 6
g was suspended in 100 ml of ethanol (EtHO) and irradiated with ultrasonic waves for 10 minutes. After removing the supernatant of the suspension, 100 ml of ethanol was added again, and ultrasonic waves were irradiated for 10 minutes. After removing the supernatant again, it was separated by filtration and dried. Then, the surface composition (Mo / Mn atomic ratio) of each dried sample before and after washing with ethanol was measured by the XPS method, and the results shown in Table 2 below were obtained.

【0091】[0091]

【表2】 [Table 2]

【0092】上記表2に示す結果から明らかなように、
単にMo酸化物と活物質本体とを混合して被覆層を形成
した比較例6の正極活物質においては、活物質本体表面
のMo酸化物による被覆が完全ではなく、僅かな超音波
洗浄によって活物質本体表面からMo酸化物が多量に剥
離脱落していることが確認できる。前記表1において、
比較例6に係る電池のサイクル維持率が低い理由は、M
o酸化物による表面被覆が完全ではないこと、洗浄等に
よって剥離脱落し易い被着材混合物は、電池の充放電過
程で起こる活物質の格子の膨張・収縮に伴って活物質表
面から容易に剥離・脱落してしまうためであると推測で
きる。
As is clear from the results shown in Table 2 above,
In the positive electrode active material of Comparative Example 6 in which the coating layer was formed by simply mixing the Mo oxide and the active material body, the surface of the active material body was not completely covered with the Mo oxide, and the active material was slightly cleaned by ultrasonic cleaning. It can be confirmed that a large amount of Mo oxide has been peeled off from the surface of the substance main body. In Table 1 above,
The reason why the cycle retention rate of the battery according to Comparative Example 6 is low is that M
o The surface coating by the oxide is not perfect, and the adherend mixture that is easily peeled off due to washing etc. easily peels off from the active material surface as the active material lattice expands and contracts during the battery charging and discharging process.・ It can be guessed that this is due to falling off.

【0093】これに対して、同じMo酸化物を、加熱操
作を経て活物質表面に被着した正極活物質を使用した実
施例20に係る電池においては、被着材としてのMo酸
化物と活物質表面との接合強度が極めて高いため、電池
の充放電サイクルを経ても被覆層の剥離が起こらず、優
れた寿命特性およびサイクル維持率が得られることが確
認できる。
On the other hand, in the battery according to Example 20 in which the same Mo oxide was applied to the surface of the active material through a heating operation, the positive electrode active material was used, and the Mo oxide as the material to be applied was not used. Since the bonding strength with the material surface is extremely high, it can be confirmed that the coating layer does not peel even after the charge / discharge cycle of the battery, and that excellent life characteristics and cycle maintenance ratio can be obtained.

【0094】[0094]

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係るリチウム
イオン二次電池およびその正極活物質の製造方法によれ
ば、Fe,V,W,MoおよびReから選択される少な
くとも1種の元素の酸化物から成る被覆層を活物質表面
に形成した正極活物質を使用しているため、電解液と正
極活物質との直接的な接触が防止され、Mnの溶出が効
果的に防止され、電池の高温サイクル特性が大幅に改善
される。また、上記被覆層は、Liイオンの拡散を妨げ
ることが少なく、また電子伝導性が良好であるため、被
覆層が形成されていても、高容量の維持が可能である。
したがって、微粒子で電解液との接触面積が大きい活物
質を使用した場合においても初期容量およびレート特性
を高く維持し、かつ高温サイクル特性が良好な二次電池
が得られる。
As described above, according to the method for producing the lithium ion secondary battery and the cathode active material thereof according to the present invention, at least one element selected from the group consisting of Fe, V, W, Mo and Re is used. Since a positive electrode active material in which a coating layer made of an oxide is formed on the surface of the active material is used, direct contact between the electrolyte and the positive electrode active material is prevented, elution of Mn is effectively prevented, and the battery , The high-temperature cycle characteristics are greatly improved. Further, since the coating layer does not hinder the diffusion of Li ions and has good electron conductivity, a high capacity can be maintained even when the coating layer is formed.
Therefore, even when an active material that is fine particles and has a large contact area with the electrolytic solution is used, a secondary battery having high initial capacity and rate characteristics and excellent high-temperature cycle characteristics can be obtained.

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

【図1】正極評価用のリチウムイオン二次電池の構造を
示す断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a lithium ion secondary battery for evaluating a positive electrode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 評価用(リチウムイオン二次)電池 2 ガラスセル(電池容器) 3 非水電解液 4 正極 5 セパレータ 6 負極 7 押え板 8 参照電極 9 電極配線 1 Evaluation (lithium ion secondary) battery 2 Glass cell (battery container) 3 Non-aqueous electrolyte 4 Positive electrode 5 Separator 6 Negative electrode 7 Holding plate 8 Reference electrode 9 Electrode wiring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H003 AA04 BA01 BA03 BB05 BC01 BC05 BC06 BD02 BD04 5H014 AA01 AA02 BB01 BB06 CC01 CC07 EE05 EE10 HH00 HH01 5H029 AJ05 AK03 AL06 AL12 AM03 AM04 AM05 CJ02 CJ08 CJ22 CJ28 DJ16 DJ17 EJ01 EJ05 HJ01 HJ05 HJ13  ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page F term (reference) 5H003 AA04 BA01 BA03 BB05 BC01 BC05 BC06 BD02 BD04 5H014 AA01 AA02 BB01 BB06 CC01 CC07 EE05 EE10 HH00 HH01 5H029 AJ05 AK03 AL06 AL12 AM03 AM04 AM05 CJ02 CJ08 DJJ17 HJ05 HJ13

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スピネル型リチウムマンガン複合酸化物
から成る活物質本体と、その活物質本体の表面の少なく
とも一部に被着された被覆層とから成り、上記被覆層
は、鉄,バナジウム,タングステン,モリブデンおよび
レニウムから選択される少なくとも1種の元素の酸化物
から成ることを特徴とする正極活物質。
1. An active material body made of a spinel-type lithium manganese composite oxide, and a coating layer applied to at least a part of the surface of the active material body, wherein the coating layer is made of iron, vanadium, and tungsten. A positive electrode active material comprising an oxide of at least one element selected from the group consisting of, molybdenum and rhenium.
【請求項2】 被覆層は、鉄,バナジウム,タングステ
ン,モリブデンおよびレニウムから選択される少なくと
も1種の元素と、アルカリ金属元素とで複合化された酸
化物から成ることを特徴とする請求項1記載の正極活物
質。
2. The coating layer according to claim 1, wherein the coating layer is made of an oxide compounded with at least one element selected from iron, vanadium, tungsten, molybdenum and rhenium and an alkali metal element. The positive electrode active material described in the above.
【請求項3】 活物質本体の平均粒径が1〜20μmの
範囲であることを特徴とする請求項1または2記載の正
極活物質。
3. The positive electrode active material according to claim 1, wherein an average particle size of the active material body is in a range of 1 to 20 μm.
【請求項4】 被覆層の被着量が活物質本体重量に対し
て0.1〜18重量%であることを特徴とする請求項1
または2記載の正極活物質。
4. The coating amount of the coating layer is 0.1 to 18% by weight based on the weight of the active material body.
Or the positive electrode active material according to 2.
【請求項5】 正極活物質を有する正極と、負極活物質
を有する負極とを、セパレータおよび非水電解液を介し
て電池缶内に対向配置して成るリチウムイオン二次電池
において、上記正極活物質がスピネル型リチウムマンガ
ン複合酸化物から成る活物質本体と、その活物質本体の
表面の少なくとも一部に被着された被覆層とから成り、
上記被覆層は、鉄,バナジウム,タングステン,モリブ
デンおよびレニウムから選択される少なくとも1種の元
素の酸化物から成ることを特徴とするリチウムイオン二
次電池。
5. A lithium ion secondary battery in which a positive electrode having a positive electrode active material and a negative electrode having a negative electrode active material are opposed to each other in a battery can with a separator and a non-aqueous electrolyte interposed therebetween. The material comprises an active material body made of a spinel-type lithium manganese composite oxide, and a coating layer applied to at least a part of the surface of the active material body,
The lithium ion secondary battery, wherein the coating layer is made of an oxide of at least one element selected from iron, vanadium, tungsten, molybdenum and rhenium.
【請求項6】 被覆層は、鉄,バナジウム,タングステ
ン,モリブデンおよびレニウムから選択される少なくと
も1種の元素と、アルカリ金属元素とで複合化された酸
化物から成ることを特徴とする請求項5記載のリチウム
イオン二次電池。
6. The coating layer according to claim 5, wherein the coating layer is made of an oxide compounded with at least one element selected from iron, vanadium, tungsten, molybdenum and rhenium and an alkali metal element. The lithium ion secondary battery according to the above.
【請求項7】 活物質本体の平均粒径が1〜20μmの
範囲であることを特徴とする請求項5または6記載のリ
チウムイオン二次電池。
7. The lithium ion secondary battery according to claim 5, wherein the average particle size of the active material body is in a range of 1 to 20 μm.
【請求項8】 被覆層の被着量が活物質本体重量に対し
て0.1〜18重量%であることを特徴とする請求項5
または6記載のリチウムイオン二次電池。
8. The method according to claim 5, wherein the coating amount of the coating layer is 0.1 to 18% by weight based on the weight of the active material body.
Or the lithium ion secondary battery according to 6.
【請求項9】 スピネル型リチウムマンガン複合酸化物
から成る活物質本体粉末を用意する一方、鉄,バナジウ
ム,タングステン,モリブデン,レニウムおよびアルカ
リ金属元素から選択される少なくとも1種の元素を含む
化合物を溶媒中に溶解して溶液を調製し、この溶液中に
上記活物質本体粉末を添加して混合し、得られた混合体
を乾燥した後に熱処理することを特徴とする正極活物質
の製造方法。
9. An active material body powder comprising a spinel-type lithium manganese composite oxide is prepared, and a compound containing at least one element selected from iron, vanadium, tungsten, molybdenum, rhenium and an alkali metal element is dissolved in a solvent. A method for producing a positive electrode active material, comprising preparing a solution by dissolving the same in the solution, adding the active material main body powder to the solution, mixing, drying, and heat-treating the obtained mixture.
【請求項10】 スピネル型リチウムマンガン複合酸化
物から成る活物質本体粉末を用意し、鉄,バナジウム,
タングステン,モリブデン,レニウムおよびアルカリ金
属元素から選択される少なくとも1種の元素を含む化合
物と上記活物質本体粉末とを混合し、得られた混合体を
加熱し上記化合物が溶融した状態を経た後に冷却するこ
とを特徴とする正極活物質の製造方法。
10. An active material body powder comprising a spinel-type lithium manganese composite oxide is prepared, and iron, vanadium,
A compound containing at least one element selected from the group consisting of tungsten, molybdenum, rhenium and an alkali metal element is mixed with the active material body powder, and the resulting mixture is heated and cooled after the compound has passed through a molten state A method for producing a positive electrode active material.
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