JP2000251894A - Nonaqueous secondary battery, and usage thereof - Google Patents

Nonaqueous secondary battery, and usage thereof

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JP2000251894A
JP2000251894A JP11366701A JP36670199A JP2000251894A JP 2000251894 A JP2000251894 A JP 2000251894A JP 11366701 A JP11366701 A JP 11366701A JP 36670199 A JP36670199 A JP 36670199A JP 2000251894 A JP2000251894 A JP 2000251894A
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JP
Japan
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spinel
positive electrode
lithium
manganese oxide
active material
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JP11366701A
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Japanese (ja)
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Masaki Tateishi
正樹 立石
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Hitachi Maxell Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous secondary battery of high capacity superior in a charge load characteristic, in which inexpensive manganese rich in terms of resource is used as a constitutional element for a positive active material. SOLUTION: In this nonaqueous secondary battery having a positive electrode using a positive active material doped/dedoped with an lithium ion by charge- discharge, a negative electrode and a separator, a spherical or elliptic spinel-type lithium manganese oxide, which is expressed by the general formula LixMnyO4-z, where 0.48<=y/4-z<=0.52 and 0<z<=0.15 are satisfied for y and z in the formula, and x is regulated within the range of 0.10<=x<=0.95 in both charge and discharge conditions, is used for the positive active material, and a release terminal voltage of the battery is set at 3 V or more. A spinel-type lithium manganese oxide of another element (other than manganese) solid solution type, in which one portion of the manganese element is substituted by another element such as aluminium and boron, may be also used for the spinel-type lithium manganese oxide hereinbefore.

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、非水二次電池に関
し、さらに詳しくは、充電負荷特性が優れ、かつ高容量
の非水二次電池およびその使用方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-aqueous secondary battery, and more particularly, to a high-capacity non-aqueous secondary battery having excellent charge load characteristics and a high capacity.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、携帯電話やノート型パソコンなど
のポータブル電子機器の発達や、電気自動車の実用化に
伴い、小型軽量でかつ高容量の二次電池が必要とされる
ようになってきた。現在、この要求に応える高容量二次
電池として、正極活物質としてLiCoO2 を用い、負
極活物質として炭素系材料を用いたリチウムイオン二次
電池が商品化されている。この電池の充放電反応は、充
電時に正極活物質のLiCoO2 の結晶から脱離したリ
チウムイオンが負極活物質である炭素系材料に挿入さ
れ、放電時には上記炭素系材料に挿入されたリチウムイ
オンが脱離して、LiCoO2 の結晶中に再度挿入され
る、トポケミカルな電気化学反応に基づいている。そし
て、この電池の正極活物質として使用されているLiC
oO2 は、製造が容易であり、かつ取り扱いが容易なこ
とから、好適な正極活物質として評価され、これまで多
用されてきた。
2. Description of the Related Art In recent years, with the development of portable electronic devices such as mobile phones and notebook personal computers and the practical use of electric vehicles, secondary batteries of small size, light weight and high capacity have been required. . At present, a lithium ion secondary battery using LiCoO 2 as a positive electrode active material and a carbon-based material as a negative electrode active material has been commercialized as a high capacity secondary battery that meets this demand. In the charge / discharge reaction of this battery, lithium ions released from crystals of the positive electrode active material LiCoO 2 during charging are inserted into the carbon-based material as the negative electrode active material, and lithium ions inserted into the carbon-based material during discharging are charged. It is based on a topochemical electrochemical reaction that desorbs and re-inserts into the LiCoO 2 crystal. LiC used as a positive electrode active material of this battery
Since oO 2 is easy to manufacture and easy to handle, it has been evaluated as a suitable positive electrode active material and has been widely used.

【0003】しかしながら、LiCoO2 は希少金属で
あるコバルト(Co)を原料として製造されるために、
今後、資源不足が深刻になると予想される。また、コバ
ルト自体の価格も高く、価格変動も大きいために、安価
で供給の安定している正極材料の開発が望まれる。
[0003] However, LiCoO 2 is produced from a rare metal, cobalt (Co), as a raw material.
It is expected that resource shortages will become serious in the future. In addition, since the price of cobalt itself is high and the price fluctuates greatly, it is desired to develop a cathode material that is inexpensive and has a stable supply.

【0004】そこで、LiCoO2 に代わる正極活物質
として、スピネル構造のリチウムマンガン酸化物、ニッ
ケル酸リチウム、チタン酸リチウムなどを用いたリチウ
ムイオン二次電池について研究が行われ、それらのリチ
ウム含有複合酸化物の中でも構成元素の価格が安価で、
供給が安定しているマンガンを構成元素としたスピネル
型リチウムマンガン酸化物がLiCoO2 に代わる正極
活物質として注目されている
[0004] Therefore, research has been conducted on lithium ion secondary batteries using lithium manganese oxide, lithium nickelate, lithium titanate, etc. having a spinel structure as a positive electrode active material instead of LiCoO 2. The price of the constituent elements among the products is low,
Spinel-type lithium manganese oxide with stable supply of manganese is attracting attention as a positive electrode active material replacing LiCoO 2

【0005】このスピネル型構造のリチウムマンガン酸
化物は、他のリチウム複合酸化物に比べて価格が安く、
しかも充電状態での熱安定性が高く電解液との反応性が
低いことから、大型電池用途で、かつ大量の電池を必要
とするハイブリット電気自動車(HEV)や電気自動車
(PEV)用のリチウムイオン二次電池の正極材料とし
て期待されている。
[0005] The lithium manganese oxide having the spinel structure is less expensive than other lithium composite oxides.
In addition, the lithium ion for a hybrid electric vehicle (HEV) or an electric vehicle (PEV), which is used for large batteries and requires a large amount of batteries, because of its high thermal stability in a charged state and low reactivity with an electrolytic solution. It is expected as a positive electrode material for secondary batteries.

【0006】そして、このスピネル型構造のリチウムマ
ンガン酸化物には、Li2 Mn4 9 、Li4 Mn5
12、LiMn2 4 などがあり、なかでもLiMn2
4 がリチウム電位に関して4V領域で充放電が可能であ
ることから、研究が盛んに行われている(特開平6−7
6824号公報、特開平7−73883号公報、特開平
7−230802号公報、特開平7−245106号公
報など)。
[0006] The spinel-type lithium
Lithium oxide is LiTwoMnFourO 9, LiFourMnFiveO
12, LiMnTwoOFourAmong them, LiMnTwoO
FourCan charge and discharge in the 4V region with respect to lithium potential
Therefore, research has been actively conducted (Japanese Unexamined Patent Publication No.
No. 6824, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-73883, Japanese Patent Application Laid-Open
JP-A-7-230802, JP-A-7-245106
Information).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、非水二次電
池は電池内でのイオンの伝導度が非常に低く、そのため
電池の内部抵抗が大きく、また正極、負極とも、充電時
および放電時の分極が大きいため、充電には定電流充電
(CC)と定電圧充電(CV)とを併用した充電方式が
採用されている。
The non-aqueous secondary battery has a very low ion conductivity in the battery, and therefore has a large internal resistance of the battery. Due to the large polarization, a charging method using both constant current charging (CC) and constant voltage charging (CV) is used for charging.

【0008】これを詳細に説明すると、定電流充電を行
うことによって所定の充電終止電圧まで電圧が上昇する
が、この時、正極活物質、負極活物質とも、リチウムイ
オンの拡散速度が遅いために分極が非常に大きく、見掛
け上は充電終止電圧に到達しているが、実際の電圧は所
定の充電終止電圧より低く、そのため、定電流充電のみ
では正極活物質、負極活物質のいずれも有効に利用する
ことができない。そこで、定電流充電を行った後、定電
圧充電を行い、正極活物質、負極活物質とも充分に利用
できるようにしている。この定電圧充電では、定電流充
電に比べて、一定電圧を保つために時間の経過に伴って
充電電流値が小さくなってくる。この充電電流値の低下
に伴い、各電極の分極が小さくなり、分極が小さくなっ
たぶん、さらに電流を流すことが可能になって所定の終
止電圧まで充電を行うことができるようになる。
[0008] To explain this in detail, the voltage rises to a predetermined end-of-charge voltage by performing constant-current charging. At this time, both the positive electrode active material and the negative electrode active material have low diffusion rates of lithium ions. Polarization is very large and apparently reaches the end-of-charge voltage, but the actual voltage is lower than the predetermined end-of-charge voltage. Not available. Therefore, after performing the constant current charging, the constant voltage charging is performed so that both the positive electrode active material and the negative electrode active material can be sufficiently used. In this constant voltage charging, the charging current value becomes smaller as time passes to maintain a constant voltage, as compared with the constant current charging. With the decrease in the charging current value, the polarization of each electrode becomes smaller, and as the polarization becomes smaller, it becomes possible to allow more current to flow and charge up to a predetermined end voltage.

【0009】従って、充電時の負荷特性が悪い場合、定
電流充電によって充電される電気量よりも定電圧充電に
よって充電される電気量の方が大きくなる。このような
場合、定電圧充電では上記のように時間の経過に伴って
充電電流値が小さくなるため、所定の終止電圧まで充電
を行うには長時間が必要になるという問題がある。その
ため、充電方式としては、電気容量の大部分をできる限
り定電流充電によって充電する方が充電時間の短縮上好
ましい。従って、非水二次電池の正極活物質としては、
定電流充電できる容量が大きく、定電圧充電での充電時
間が短く、全体として短い時間で充電が完了できるもの
が要求される。
Therefore, when the load characteristics during charging are poor, the amount of electricity charged by constant voltage charging is larger than the amount of electricity charged by constant current charging. In such a case, in the case of constant voltage charging, as described above, the charging current value decreases with the lapse of time, so that there is a problem that it takes a long time to perform charging to a predetermined end voltage. Therefore, as a charging method, it is preferable to charge most of the electric capacity by constant current charging as much as possible in order to shorten the charging time. Therefore, as a positive electrode active material of a non-aqueous secondary battery,
It is required to have a large capacity for constant-current charging, a short charging time for constant-voltage charging, and a charge that can be completed in a short time as a whole.

【0010】例えば、二次電池を使用したビデオカメ
ラ、携帯電話、電気シェーバー、電動工具などの機器で
は、使用直前に内蔵二次電池あるいは電池パックを充電
することが多く、そのためできるかぎり短い時間で充電
が完了することが求められている。特に、リチウムイオ
ン二次電池を電源として使用する機器の場合は、電池パ
ック中の素電池の放電終止電圧が3V以上になる場合が
ほとんどであり、3V以上の電圧における電池容量の充
電に要する時間の短縮が必要とされている。
For example, in a device such as a video camera, a mobile phone, an electric shaver, or a power tool using a secondary battery, the built-in secondary battery or the battery pack is often charged immediately before use, so that the time is as short as possible. It is required that charging be completed. In particular, in the case of a device using a lithium ion secondary battery as a power source, the discharge end voltage of a unit cell in a battery pack is almost always 3 V or more, and the time required for charging the battery capacity at a voltage of 3 V or more. Needs to be shortened.

【0011】上記のような充電をするにあたって、Li
CoO2 はその結晶が層状構造を有しているので、比較
的結晶中のリチウムのドープ・脱ドープが円滑に進むの
に対し、LiMn2 4 は層状の結晶構造をとっていな
いため、リチウムイオンのドープ・脱ドープする拡散速
度が遅く、そのため、定電流充電できる容量が小さく、
分極も大きいため、充電負荷特性がLiCoO2 に比べ
て劣っているのが現状である。特に携帯機器などの電源
に利用する場合、短時間で充電をする必要があることか
ら、高率(ハイレート)の充電が行われるが、LiMn
2 4 を正極活物質として用いた場合、大きな充電電流
が流れると、正極や負極の分極、特に正極の分極がさら
に大きくなるため、定電流充電できる容量が小さくな
り、充電負荷特性が低下して、充電時間を短縮すること
が困難である。
When charging as described above, Li
Since the crystal of CoO 2 has a layered structure, the doping / de-doping of lithium in the crystal proceeds relatively smoothly, whereas LiMn 2 O 4 does not have a layered crystal structure. The diffusion rate of doping / de-doping of ions is low, so the capacity for constant current charging is small,
At present, the charge load characteristics are inferior to LiCoO 2 due to the large polarization. In particular, when used for a power source of a portable device or the like, it is necessary to charge the battery in a short period of time.
When 2 O 4 is used as the positive electrode active material, when a large charging current flows, the polarization of the positive electrode and the negative electrode, particularly the polarization of the positive electrode, is further increased. Therefore, it is difficult to shorten the charging time.

【0012】また、LiCoO2 の理論放電容量は27
4mAh/gであるが、深い充放電を行うとLiCoO
2 が相変化を起こしてサイクル寿命に影響を与えるた
め、実際のリチウムイオン二次電池において実用的な放
電容量は125〜140mAh/gの範囲になる。これ
に対して、LiMn2 4 の理論放電容量は148mA
h/gであるが、このLiMn2 4 もLiCoO2
同様に充放電中に相変化を起こし、また、負極活物質と
して炭素系材料を用いた場合には炭素系材料の不可逆容
量が大きいために、実際に電池とした場合に利用できる
放電容量は90〜105mAh/g程度になる。このこ
とからも明らかなように、LiMn2 4を正極活物質
として用いる場合は、LiCoO2 を正極活物質として
用いる場合よりも電池容量を大きくすることができな
い。
The theoretical discharge capacity of LiCoO 2 is 27
4 mAh / g, but when deep charge / discharge is performed, LiCoO
Since 2 causes a phase change to affect the cycle life, the practical discharge capacity of an actual lithium ion secondary battery is in the range of 125 to 140 mAh / g. In contrast, the theoretical discharge capacity of LiMn 2 O 4 is 148 mA.
h / g, this LiMn 2 O 4 also undergoes a phase change during charge and discharge similarly to LiCoO 2, and when a carbon-based material is used as the negative electrode active material, the irreversible capacity of the carbon-based material is large. Therefore, the discharge capacity that can be used when the battery is actually used is about 90 to 105 mAh / g. As is apparent from this, when LiMn 2 O 4 is used as the positive electrode active material, the battery capacity cannot be increased as compared with the case where LiCoO 2 is used as the positive electrode active material.

【0013】さらに、LiCoO2 の真密度が4.9〜
5.1g/cm3 であるのに対し、LiMn2 4 の真
密度は4.0〜4.2g/cm3 であり、正極活物質と
しての充填性を考えると、LiMn2 4 の方が容量面
で不利を生じることになる。
Furthermore, the true density of LiCoO 2 is 4.9 to
Whereas it is 5.1 g / cm 3, the true density of LiMn 2 O 4 is 4.0~4.2g / cm 3, considering the filling property as a positive electrode active material, towards the LiMn 2 O 4 Causes a disadvantage in terms of capacity.

【0014】本発明は、上記のような事情に照らし、正
極活物質として充放電によってリチウムイオンがドープ
・脱ドープするリチウムマンガン酸化物を用いる非水二
次電池において、充電負荷特性が優れ、かつ高容量の非
水二次電池およびその適正な使用方法を提供することを
目的とする。
In view of the above circumstances, the present invention provides a non-aqueous secondary battery using a lithium manganese oxide which is doped and de-doped with lithium ions by charging and discharging as a positive electrode active material, and has excellent charge load characteristics. An object of the present invention is to provide a high-capacity non-aqueous secondary battery and an appropriate method of using the same.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、リチウムイオンが
ドープ・脱ドープする正極活物質として、一般式Lix
Mny 4-z で表され、上記式中のy、zに関して、
0.48≦y/4−z≦0.52、0<z≦0.15と
し、xに関して、充電および放電のいずれの状態におい
ても、0.10≦x≦0.95の範囲に規制した球状な
いし楕円状のスピネル型リチウムマンガン酸化物を用
い、かつ電池の開放端子電圧を3V以上にすることによ
り、充電負荷特性が優れ、かつ高容量の非水二次電池が
得られ、それによって上記課題を解決できることを見出
し、本発明を完成するにいたった。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have made intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, as a positive electrode active material doped with and dedoped with lithium ions, a general formula Li x
Mn y O 4-z , and with respect to y and z in the above formula,
0.48 ≦ y / 4−z ≦ 0.52, 0 <z ≦ 0.15, and x was restricted to a range of 0.10 ≦ x ≦ 0.95 in both the charging and discharging states. By using a spherical or elliptical spinel-type lithium manganese oxide and setting the open terminal voltage of the battery to 3 V or more, a non-aqueous secondary battery with excellent charge load characteristics and high capacity can be obtained. They have found that the problem can be solved, and have completed the present invention.

【0016】本発明において、正極活物質として用いる
スピネル型リチウムマンガン酸化物を表す一般式中にお
いて、そのリチウム量を示すxに関して、充電および放
電のいずれの状態においても、0.10≦x≦0.95
の範囲に規制したスピネル型リチウムマンガン酸化物と
は、上記一般式で表されるスピネル型リチウムマンガン
酸化物を、充電および放電のいずれの状態においても、
そのxに関して、0.10≦x≦0.95の範囲に規制
して用いることを意味している。
In the present invention, in the general formula representing the spinel-type lithium manganese oxide used as the positive electrode active material, x representing the amount of lithium is 0.10 ≦ x ≦ 0 in both the charge and discharge states. .95
The spinel-type lithium manganese oxide regulated to the range of the spinel-type lithium manganese oxide represented by the above general formula, in any state of charge and discharge,
This means that x is restricted and used in the range of 0.10 ≦ x ≦ 0.95.

【0017】本発明を詳細に説明するにあたり、まず、
最初にスピネル型リチウムマンガン酸化物の非水二次電
池用正極活物質としての特性について説明すると、スピ
ネル型リチウムマンガン酸化物では、その構成元素であ
るLi、Mn、Oの含有比が、電気化学的な容量に多大
な影響を及ぼす。
In describing the present invention in detail, first,
First, the characteristics of the spinel-type lithium manganese oxide as a positive electrode active material for a non-aqueous secondary battery will be described. In the spinel-type lithium manganese oxide, the content ratio of the constituent elements Li, Mn, and O is determined by the electrochemical Has a large effect on the overall capacity.

【0018】従来使用のLiMn2 4 は、その構成比
から明らかなように、Mnの平均価数が3.5価であ
り、通常、3価のMnと4価のMnとが等量混在してい
る。しかしながら、実際に充放電に関与するのは3価の
Mnだけであり、LiMn2 4 の組成中の3価のMn
が多くなるほど放電容量が大きくなる。従って、3価の
Mnを多くするために、LiMn2 4 の結晶構造中の
酸素量を少なくしたリチウムマンガン酸化物にすること
が考えられる。
Conventionally used LiMnTwoOFourIs the composition ratio
As is clear from the above, the average valence of Mn is 3.5.
Usually, trivalent Mn and tetravalent Mn are mixed in equal amounts.
You. However, trivalent is actually involved in charging and discharging.
Mn only, LiMnTwoO FourTrivalent Mn in the composition of
Increases, the discharge capacity increases. Therefore, trivalent
To increase Mn, LiMnTwoOFourIn the crystal structure of
Lithium manganese oxide with reduced oxygen content
Can be considered.

【0019】ところが、3価のMn量が多くなるとLi
Mn2 4 の構造が立方晶のスピネル構造から正方晶の
LiMn2 4 へと相変化を起こす。この正方晶のLi
Mn 2 4 はリチウム電位3V領域では充放電が可能で
あるが、4V付近の高電位が要求される場合には使用で
きない。また、LiMn2 4 中の含有酸素量はLiM
2 4 中のMn(マンガン)の価数を決定するのに重
要で、酸素含有量が多いと4価のMnが増加し、酸素含
有量が少ないと3価のMnが増加する。3価のMnはヤ
ーン・テラー効果のため、価数変化を起こすときに物質
自体が相変化を起こしやすく、充放電中のLiMn2
4 の構造を不安定にし、Li(リチウム)イオンの出入
りに伴いスピネル相の破壊が起きやすい。
However, when the amount of trivalent Mn increases, Li
MnTwoOFourStructure changes from cubic spinel structure to tetragonal
LiMnTwoOFourCauses a phase change. This tetragonal Li
Mn TwoOFourIs chargeable and dischargeable in the lithium potential 3V region
However, if a high potential around 4V is required, use
I can't. LiMnTwoOFourOxygen content in LiM
nTwoOFourImportant for determining the valence of Mn (manganese)
In other words, if the oxygen content is large, tetravalent Mn increases,
When the content is small, trivalent Mn increases. Trivalent Mn is
Substances that cause valence changes due to the Moon-Teller effect
LiMn itself is liable to undergo a phase change during charging and discharging.TwoO
FourDestabilizes the structure of Li, and the inflow and out of Li (lithium) ions
As a result, the spinel phase is likely to be destroyed.

【0020】また、LiMn2 4 は結晶構造中のリチ
ウムイオンをドープ・脱ドープすることにより、Li
(リチウム)量が0〜1.00の範囲で変化し、電気化
学的容量が減少する。そのため、できるかぎりリチウム
含有量の多いことが好ましいが、量論組成を超えた過剰
なLiはLiMn2 4 においてMnの占めるべき16
dサイトに入り、このMnの16dサイトに入ったLi
は充放電に関与しない。さらに、LiがMnの16dサ
イトに入ると、LiMn2 4 中の4価のMnが増加
し、充放電電気容量が減少する。従って、一般式Lix
Mny 4-z で表されるスピネル型リチウムマンガン酸
化物において、酸素含有量がO4-z (0<z≦0.1
5)であるときは、MnとOの比を0.48≦y/4−
z≦0.52にすることによって、Mnの平均価数は
3.5価以下になり、3価のMnを多く含有させること
ができるようになる。
LiMn 2 O 4 is doped with lithium ions in the crystal structure and undoped to form LiMn 2 O 4.
The (lithium) amount changes in the range of 0 to 1.00, and the electrochemical capacity decreases. For this reason, it is preferable that the lithium content is as high as possible. However, excess Li exceeding the stoichiometric composition is required to account for 16% of Mn in LiMn 2 O 4 .
d into the d site and into the Mn 16d site
Does not participate in charging and discharging. Furthermore, when Li enters the 16d site of Mn, tetravalent Mn in LiMn 2 O 4 increases, and the charge / discharge electric capacity decreases. Therefore, the general formula Li x
In the spinel-type lithium manganese oxide represented by Mn y O 4-z, the oxygen content O 4-z (0 <z ≦ 0.1
5) When the ratio of Mn to O is 0.48 ≦ y / 4−
By setting z ≦ 0.52, the average valence of Mn becomes 3.5 or less, and a large amount of trivalent Mn can be contained.

【0021】また、酸素含有量は多くなりすぎると、上
記のように4価のMnが増加し、充放電容量が小さくな
るため、酸素含有量は4未満で、3.85以上であるこ
と、すなわち、0<z≦0.15であることが必要とさ
れる。
If the oxygen content is too high, the tetravalent Mn increases as described above, and the charge / discharge capacity decreases, so that the oxygen content is less than 4 and 3.85 or more; That is, it is required that 0 <z ≦ 0.15.

【0022】本発明は、上記の知見に基づき、まず、リ
チウムマンガン酸化物に関して、スピネル構造を維持し
つつ、できるだけ3価のMnを多く含有させた組成にし
て、放電容量を大きくし、4V級の高電位にも充分に対
応できるようにしたものである。
According to the present invention, based on the above findings, first, a lithium manganese oxide is made to have a composition containing as much trivalent Mn as possible while maintaining a spinel structure, thereby increasing the discharge capacity and increasing the 4V class. Can sufficiently cope with the high potential.

【0023】さらに、本発明は、上記スピネル型リチウ
ムマンガン酸化物を正極活物質とする場合、充電および
放電のいずれの状態においても、リチウム量を示すxに
関して、0.10≦x≦0.95の範囲に規制し、電池
の開放端子電圧を3V以上にすることにより、充電負荷
特性が優れた非水二次電池が得られるように見出したも
のである。
Further, according to the present invention, when the above-mentioned spinel-type lithium manganese oxide is used as a positive electrode active material, x representing lithium amount is 0.10 ≦ x ≦ 0.95 in both states of charge and discharge. And by setting the open terminal voltage of the battery to 3 V or more, a non-aqueous secondary battery having excellent charge load characteristics can be obtained.

【0024】すなわち、本来、電池容量を大きくするた
めには、正極活物質のスピネル型リチウムマンガン酸化
物中のリチウムのすべてを充放電反応に利用することが
好ましい。しかしながら、本発明のスピネル型リチウム
マンガン酸化物を正極活物質として用いた場合、その分
極の大きさから定電流充電方式で充電できる容量が小さ
く、例えば、充電終止電圧を4.2Vにした場合には定
電圧充電で長時間充電する必要があることが判明した。
そこで、本発明では、充電および放電のいずれの状態に
おいても、正極活物質中のリチウム量を一定の範囲、す
なわち、0.10≦x≦0.95の範囲に制限してスピ
ネル型リチウムマンガン酸化物を使用することにより、
定電流充電できる容量を大きくし、定電圧充電の時間を
短縮して、高率での充電においても優れた充電負荷特性
が得られることを見出したのである。
That is, originally, in order to increase the battery capacity, it is preferable to use all of the lithium in the spinel-type lithium manganese oxide as the positive electrode active material for the charge / discharge reaction. However, when the spinel-type lithium manganese oxide of the present invention is used as the positive electrode active material, the capacity that can be charged by the constant current charging method is small due to the magnitude of the polarization. For example, when the charge end voltage is set to 4.2 V, It was found that it was necessary to charge for a long time with constant voltage charging.
Therefore, in the present invention, in both the charging and discharging states, the amount of lithium in the positive electrode active material is limited to a certain range, that is, 0.10 ≦ x ≦ 0.95, and the spinel-type lithium manganese oxide is restricted. By using things,
It has been found that by increasing the capacity capable of constant-current charging and shortening the time of constant-voltage charging, excellent charging load characteristics can be obtained even at high-rate charging.

【0025】本発明において用いるスピネル型リチウム
マンガン酸化物は、結晶中のリチウムがドープ・脱ドー
プすることにより充放電サイクルするものであるが、充
放電時のいずれにおいてもリチウム量を制限するために
は、電池組立後に開放端子電圧が3V以上になるように
初充電し、充電後に負極中にドープされたリチウムを残
存させるように放電および充電の終止電圧を制御するこ
とによって達成することができる。
In the spinel-type lithium manganese oxide used in the present invention, the charge / discharge cycle is performed by doping / dedoping lithium in the crystal. Can be achieved by initially charging the battery so that the open terminal voltage becomes 3 V or more after assembling the battery, and controlling the termination voltage of discharging and charging so that the doped lithium remains in the negative electrode after charging.

【0026】本発明においては、上記の理由に基づき、
正極活物質として用いる一般式Li x Mny 4-z の充
放電サイクル時におけるx、y、zの値を、それぞれ次
のようにする。
In the present invention, based on the above reasons,
General formula Li used as a positive electrode active material xMnyO4-zFilling
The values of x, y, and z during the discharge cycle are as follows:
Like

【0027】0.10≦x≦0.95、 0.48≦y/4−z≦0.52、 0<z≦0.150.10 ≦ x ≦ 0.95, 0.48 ≦ y / 4−z ≦ 0.52, 0 <z ≦ 0.15

【0028】そして、上記非水二次電池を使用するにあ
たっては、開放端子電圧が3V以上の電圧領域で使用す
ることにより、上記非水二次電池の有する充電負荷特性
が優れ、かつ高容量であるという特性を適正に発揮させ
ることができる。
When the non-aqueous secondary battery is used, the non-aqueous secondary battery is used in a voltage range of 3 V or more, so that the non-aqueous secondary battery has excellent charge load characteristics and high capacity. The characteristic that there is can be exhibited properly.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】つぎに、本発明において正極活物
質として用いるスピネル型リチウムマンガン酸化物につ
いて詳細に説明するが、その前に、これまでのLiMn
2 4 についても、その形状、製造原料について触れて
おくと、LiMn2 4 の製造原料としては一般に電解
合成二酸化マンガンが使用されている。しかし、この電
解合成二酸化マンガンを用いて製造されたLiMn2
4 酸化物は、図2の電子顕微鏡写真に示すように、粒子
が角張った形状をしている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, the spinel-type lithium manganese oxide used as a positive electrode active material in the present invention will be described in detail.
Regarding 2 O 4 , its shape and production raw materials are mentioned. As a production raw material of LiMn 2 O 4 , electrolytically synthesized manganese dioxide is generally used. However, LiMn 2 O produced using this electrolytically synthesized manganese dioxide
As shown in the electron micrograph of FIG. 2, the quaternary oxide has a shape with angular particles.

【0030】非水二次電池において高容量化を図るため
には、正極合剤の密度を高める必要があるが、上記のよ
うに粒子が角張った形状をしたLiMn2 4 では、そ
の角張った形状のために、正極合剤の密度を高めること
ができず、正極活物質の充填密度が低くなってしまうと
いう問題であった。
In order to increase the capacity of a non-aqueous secondary battery, it is necessary to increase the density of the positive electrode mixture. In the case of LiMn 2 O 4 in which the particles are angular as described above, however, the angularity is large. Due to the shape, the density of the positive electrode mixture cannot be increased, and the packing density of the positive electrode active material decreases.

【0031】また、非水二次電池の正極は、正極活物質
や結着剤などを含む正極合剤含有ペーストを導電性基体
に塗布、乾燥して、導電性基体に正極合剤塗膜を形成す
る工程を経て作製されるが、上記のような角張った形状
をしたLiMn2 4 粒子では、その角張った形状のた
めに塗膜中でのLiMn2 4 粒子間の電気化学的反応
が均一に進行しなくなる。
The positive electrode of a non-aqueous secondary battery is prepared by applying a paste containing a positive electrode mixture containing a positive electrode active material and a binder to a conductive substrate and drying the paste to form a positive electrode mixture coating film on the conductive substrate. Although it is produced through a forming step, in the LiMn 2 O 4 particles having the angular shape as described above, the electrochemical reaction between the LiMn 2 O 4 particles in the coating film occurs due to the angular shape. It does not progress uniformly.

【0032】これに対して、本発明で用いるスピネル型
リチウムマンガン酸化物は、図1の電子顕微鏡写真に示
すように、二次粒子が球状ないし楕円状をしているの
で、正極合剤の密度を高めることができ、また、正極活
物質粒子間での電気化学的な反応が均一に進行するよう
になるものと考えられ、それによって、大きな放電容量
を期待でき、高容量の非水二次電池が得られるようにな
る。本発明において、上記スピネル型リチウムマンガン
酸化物の形状を表現するにあたり、球状ないし楕円状と
表現しているが、これはほぼ球状のものからほぼ楕円状
のものまですべて(つまり、ほぼ球状からほぼ楕円状ま
での中間的な形状のものも含む)を含み、その中に含ま
れるいずれの形状であってもよいことを意味している。
On the other hand, the spinel-type lithium manganese oxide used in the present invention has a spherical or elliptical secondary particle as shown in the electron micrograph of FIG. It is considered that the electrochemical reaction between the positive electrode active material particles progresses uniformly, whereby a large discharge capacity can be expected and a high capacity non-aqueous secondary A battery can be obtained. In the present invention, in expressing the shape of the spinel-type lithium manganese oxide, the shape is expressed as spherical or elliptical, but this is all from almost spherical to almost elliptical (that is, almost spherical to almost elliptical). (Including intermediate shapes up to an elliptical shape), which means that any shape included therein may be used.

【0033】本発明において用いるスピネル型リチウム
マンガン酸化物の粒子径としては、充放電効率を高める
ため、平均粒子径で1〜45μmが好ましく、特に平均
粒子径で1〜25μmが好ましい。また、その比表面積
としては、有効反応面積を増やすため、0.5〜3m2
/gが好ましく、特に1〜3m2 /gにすることが好ま
しく、そのような平均粒子径や比表面積にすることによ
り、電気化学的反応の進行がスムーズになり、充放電容
量を向上させることができることも見出した。
The particle diameter of the spinel-type lithium manganese oxide used in the present invention is preferably from 1 to 45 μm, more preferably from 1 to 25 μm in average particle diameter, in order to enhance the charge / discharge efficiency. The specific surface area is 0.5 to 3 m 2 in order to increase the effective reaction area.
/ G is preferable, and particularly preferably 1 to 3 m 2 / g. By setting such average particle diameter and specific surface area, the progress of the electrochemical reaction becomes smooth and the charge / discharge capacity is improved. I found that I can do it.

【0034】本発明において用いるスピネル型リチウム
マンガン酸化物の粒子径を平均粒子径で1〜45μm、
比表面積を0.5〜3m2 /gにすることにより、充放
電容量が改善できる理由は、現在のところ必ずしも明確
ではないが、次のように考察される。すなわち、本発明
の非水二次電池の正極は前記スピネル型リチウムマンガ
ン酸化物を結着剤などを用いて溶剤中で分散してペース
トにし、この正極合剤含有ペーストを集電体となる導電
性基体上に塗布し、乾燥して導電性基体に正極合剤塗膜
を形成する工程を経ることによって作製されるが、この
正極合剤含有ペーストの調製時にスピネル型リチウムマ
ンガン酸化物の平均粒子径を1μm以上、比表面積を3
2 /g以下にしておくことにより、正極合剤含有ペー
スト中でスピネル型リチウムマンガン酸化物の粒子同士
の凝集を抑制できるとともに、スピネル型リチウムマン
ガン酸化物粒子の溶剤への濡れ性が向上するので、上記
ペーストの調製にあたって使用する溶剤の量を少なくす
ることができる。この正極合剤含有ペーストを導電性基
体に塗布し、乾燥して形成した正極合剤塗膜中に溶剤が
残存すると、該溶剤が負荷特性に悪影響を与えるが、本
発明のスピネル型リチウムマンガン酸化物は上記のよう
に溶剤の使用量を少なくすることができるので、この正
極合剤塗膜中の残存溶剤を低減でき、しかも正極作製工
程中で電池特性に影響を及ぼす一因となる導電性基体上
に塗布した正極合剤含有ペーストの乾燥温度を低下でき
るので、正極合剤含有ペーストの乾燥後の正極合剤塗膜
中のスピネル型リチウムマンガン酸化物や結着剤、電子
伝導助剤などの分布が均一になり、それらも負荷特性を
向上させる要因になるものと考えられる。
The spinel-type lithium manganese oxide used in the present invention has an average particle diameter of 1 to 45 μm,
The reason why the charge / discharge capacity can be improved by setting the specific surface area to 0.5 to 3 m 2 / g is not necessarily clear at present, but is considered as follows. That is, the positive electrode of the nonaqueous secondary battery of the present invention is obtained by dispersing the spinel-type lithium manganese oxide in a solvent using a binder or the like to form a paste, and using the positive electrode mixture-containing paste as a current collector. Coated on a conductive substrate and dried to form a positive electrode mixture coating film on the conductive substrate. The average particle size of the spinel-type lithium manganese oxide during preparation of this positive electrode mixture-containing paste Diameter of 1μm or more, specific surface area of 3
By setting the ratio to m 2 / g or less, the aggregation of the spinel-type lithium manganese oxide particles in the positive electrode mixture-containing paste can be suppressed, and the wettability of the spinel-type lithium manganese oxide particles to the solvent is improved. Therefore, the amount of the solvent used in preparing the paste can be reduced. If the solvent is left in the positive electrode mixture coating film formed by applying the positive electrode mixture-containing paste on a conductive substrate and drying the solvent, the solvent adversely affects the load characteristics. As described above, the amount of solvent used can be reduced as described above, so that the residual solvent in this positive electrode mixture coating film can be reduced, and in addition, the conductive property which affects the battery characteristics during the positive electrode preparation process is reduced. Since the drying temperature of the positive electrode mixture-containing paste applied on the substrate can be reduced, the spinel-type lithium manganese oxide, binder, electron conduction aid, etc. in the positive electrode mixture-containing coating film after drying of the positive electrode mixture-containing paste Are considered to be uniform, and these are also factors that improve the load characteristics.

【0035】一方、スピネル型リチウムマンガン酸化物
の粒子径を平均粒子径で45μm以下、比表面積を0.
5m2 /g以上にしておくことにより、粒子表面の電気
化学的反応の進行を円滑にするとともに、微粒子のスピ
ネル型リチウムマンガン酸化物になるので、上記の正極
合剤塗膜の密度をさらに高めることができ、本発明の球
状もしくは楕円状の粒子形状の効果をより一層顕著に発
現させることができる。なお、本発明において平均粒子
径は、電子顕微鏡写真(倍率:500倍)で、写真中の
個々の粒子の粒子径を測定し、粒子50個の粒子径の平
均値により求めた値をいい、比表面積は試料1gを12
0℃で20時間脱気処理し、試料の測定環境真空度が1
0mTorr以下になった後に試料の1〜100Åの細
孔について窒素吸着法(ユアサアイオニオクス製、オー
トソープ1)で測定を行い、その際の吸着側での測定値
から求めた値をいう。
On the other hand, the average particle diameter of the spinel type lithium manganese oxide is 45 μm or less, and the specific surface area is 0.4 μm.
By setting it to 5 m 2 / g or more, the progress of the electrochemical reaction on the surface of the particles is smoothed, and the particles become spinel-type lithium manganese oxide, so that the density of the positive electrode mixture coating film is further increased. Thus, the effect of the spherical or elliptical particle shape of the present invention can be more remarkably exhibited. In the present invention, the average particle diameter is a value obtained by measuring the particle diameter of each particle in an electron micrograph (magnification: 500 times) and obtaining the average value of the particle diameters of 50 particles, The specific surface area is 12
Degassed at 0 ° C for 20 hours.
After the pressure becomes 0 mTorr or less, the pores of 1 to 100 ° of the sample are measured by a nitrogen adsorption method (manufactured by Yuasa Ionics, Auto Soap 1), and the value obtained from the measured value on the adsorption side at that time is referred to.

【0036】また、本発明のスピネル型リチウムマンガ
ン酸化物は、Fe(鉄)含有量を200ppm以下にす
ることが好ましい。すなわち、本発明のスピネル型リチ
ウムマンガン酸化物の原料である化学合成二酸化マンガ
ンの製造過程でマンガン以外の遷移金属が混入してくる
が、特にFe成分の混入が多く、このFe成分の少ない
化学合成二酸化マンガンを原料としてスピネル型リチウ
ムマンガン酸化物の合成を行うと、生成物の充放電容量
を向上でき、負荷特性の優れた非水二次電池が得られる
ことが判明した。この理由は現在のところ必ずしも明確
ではないが、本発明者らが考察したところ、Feを含有
した二酸化マンガンを用いるとリチウムマンガン酸化物
の生成過程において充放電反応に寄与しない酸化鉄ある
いはFe含有リチウム酸化物が生成するものと考えられ
る。そこで、Fe含有量の少ない二酸化マンガンを用い
て、上記のような不純物の生成を抑制し、リチウムマン
ガン酸化物中のFe含有量を200ppm以下にするこ
とにより、充放電反応でドープ・脱ドープするリチウム
イオンの固相内拡散の効率を高め、充放電容量のみなら
ず、負荷特性も改善できるようになるものと考えられ
る。
The spinel-type lithium manganese oxide of the present invention preferably has a Fe (iron) content of 200 ppm or less. That is, transition metals other than manganese are mixed in the production process of the chemically synthesized manganese dioxide which is a raw material of the spinel-type lithium manganese oxide of the present invention. It has been found that when a spinel-type lithium manganese oxide is synthesized using manganese dioxide as a raw material, the charge / discharge capacity of the product can be improved, and a nonaqueous secondary battery having excellent load characteristics can be obtained. Although the reason for this is not always clear at present, the present inventors have considered that, when manganese dioxide containing Fe is used, iron oxide or Fe-containing lithium which does not contribute to the charge / discharge reaction in the production process of lithium manganese oxide is considered. It is believed that oxides are formed. Therefore, by using manganese dioxide having a small Fe content, the generation of the above-described impurities is suppressed, and the Fe content in the lithium manganese oxide is controlled to 200 ppm or less, thereby performing doping / de-doping by charge / discharge reaction. It is considered that the efficiency of lithium ion diffusion in the solid phase can be increased, and not only the charge / discharge capacity but also the load characteristics can be improved.

【0037】また、スピネル型リチウムマンガン酸化物
を1当量合成するには、原料である二酸化マンガンが2
当量必要であることから、二酸化マンガン中の不純物で
あるFe成分はリチウムマンガン酸化物中において約2
倍の含有量に濃縮される。そのため、二酸化マンガン中
のFe成分の含有量は、得られるスピネル型リチウムマ
ンガン酸化物の負荷特性に非常に影響を与えやすいと考
えられる。
In order to synthesize one equivalent of spinel-type lithium manganese oxide, manganese dioxide as a raw material must
Since an equivalent amount is necessary, the Fe component, which is an impurity in manganese dioxide, is contained in lithium manganese oxide in about 2%.
It is concentrated to twice the content. Therefore, it is considered that the content of the Fe component in the manganese dioxide has a great influence on the load characteristics of the obtained spinel-type lithium manganese oxide.

【0038】本発明者らは、上記知見に基づき、スピネ
ル型リチウムマンガン酸化物中のFe含有量を200p
pm以下、より好ましくは100ppm以下、さらに好
ましくは50ppm以下にすることにより、上記スピネ
ル型リチウムマンガン酸化物を正極活物質として用いた
ときに、高い充放電容量と優れた負荷特性が得られるよ
うにしたのである。
Based on the above findings, the present inventors have determined that the Fe content in the spinel-type lithium manganese oxide is 200 p.
pm or less, more preferably 100 ppm or less, and even more preferably 50 ppm or less so that when the spinel-type lithium manganese oxide is used as a positive electrode active material, a high charge / discharge capacity and excellent load characteristics can be obtained. It was done.

【0039】つぎに、本発明において用いるスピネル型
リチウムマンガン酸化物の合成法について述べると、そ
のマンガン源としては化学合成二酸化マンガンを用いる
が、その際、球状ないし楕円状のものを用いることが好
ましい。この球状ないし楕円状の化学合成二酸化マンガ
ンを用いることによって、得られるスピネル型リチウム
マンガン酸化物を球状ないし楕円状にすることがしやす
くなる。また、上記粒子径および比表面積のスピネル型
リチウムマンガン酸化物を製造するためには、二酸化マ
ンガンの粒子径としては、平均粒子径で1〜45μmの
ものを用いることが好ましく、特に平均粒子径で1〜2
5μmのものを用いることが好ましい。
Next, a method for synthesizing the spinel-type lithium manganese oxide used in the present invention will be described. As a manganese source, chemically synthesized manganese dioxide is used, and in this case, it is preferable to use a spherical or elliptical one. . By using the spherical or elliptical chemically synthesized manganese dioxide, the obtained spinel-type lithium manganese oxide can be easily formed into a spherical or elliptical shape. Further, in order to produce a spinel-type lithium manganese oxide having the above particle diameter and specific surface area, it is preferable to use a manganese dioxide having an average particle diameter of 1 to 45 μm, particularly an average particle diameter. 1-2
It is preferable to use one having a size of 5 μm.

【0040】また、スピネル型リチウムマンガン酸化物
中のFe含有量を200ppm以下にするためには、F
e含有量が少ない化学合成二酸化マンガンを用いること
が好ましい。
In order to reduce the Fe content in the spinel type lithium manganese oxide to 200 ppm or less, F
It is preferable to use chemically synthesized manganese dioxide having a low e content.

【0041】上記のようなFe含有量が少ない化学合成
二酸化マンガンは従来公知の方法により製造することが
できる。例えば、化学合成二酸化マンガンの製造過程に
おいてマンガンをイオンとして水溶液中に溶解させる過
程で、炭酸カルシウムなどの添加や硫化などによりFe
成分を塩として沈殿させる際に、溶液中のpHや添加量
を調整することによってFe含有量の少ない化学合成二
酸化マンガンを製造することができる。また、マンガン
イオンを炭酸アンモニウムなどで沈殿させ、炭酸マンガ
ンとして取り出す過程においても、溶液中のpHや添加
量の調整が充分に行われなかった場合にFe成分が同時
に沈殿してくる可能性があるので、炭酸アンモニウムな
どの添加量や溶液中のpHを調整することによっても、
Fe含有量の少ない二酸化マンガンを製造することがで
きる。
The chemically synthesized manganese dioxide having a low Fe content as described above can be produced by a conventionally known method. For example, in the process of dissolving manganese as an ion in an aqueous solution in the production process of chemically synthesized manganese dioxide, the addition of calcium carbonate or the like or the sulfidation of
When precipitating the component as a salt, a chemically synthesized manganese dioxide having a small Fe content can be produced by adjusting the pH and the amount of addition in the solution. Also, in the process of precipitating manganese ions with ammonium carbonate or the like and extracting it as manganese carbonate, if the pH or the amount of addition in the solution is not sufficiently adjusted, the Fe component may precipitate at the same time. Therefore, by adjusting the amount of ammonium carbonate or the like and the pH of the solution,
Manganese dioxide having a low Fe content can be produced.

【0042】上記二酸化マンガンと反応させるリチウム
源としては、特に限定されることなく各種のリチウム塩
を用いることができるが、例えば、水酸化リチウム・一
水和物、硝酸リチウム、炭酸リチウム、酢酸リチウム、
臭化リチウム、塩化リチウム、クエン酸リチウム、フッ
化リチウム、ヨウ化リチウム、乳酸リチウム、シュウ酸
リチウム、リン酸リチウム、ピルビン酸リチウム、硫酸
リチウム、酸化リチウムなどが挙げられ、それらの中で
も、酸化炭素、酸化窒素、酸化硫黄などの環境に悪影響
を及ぼすガスが発生しないという理由から、水酸化リチ
ウム・一水和物が特に好ましい。そして、このようなリ
チウム塩を上記二酸化マンガンと混合し焼成することに
よってスピネル型リチウムマンガン酸化物が得られる。
その際、サイクル特性向上のためにMnの一部をAl、
Cu、Fe、Ni、Co、Cr、B、Siのような他の
元素と置換することもできる。このときの他元素(他元
素をAで表す)の固溶量(b)は、一般式Lix (Mn
1-b b ) y 4-z (充放電サイクル時におけるx、
y、zの値は、0.10≦x≦0.95、0.48≦y
/4−z≦0.52、0<z≦0.15であり、AはA
l、Cu、Fe、Ni、Co、Cr、B、Siのうち少
なくとも一つを表す)において0<b≦0.1の範囲が
好ましい。マンガン元素の一部を他の元素で置き換える
ことにより、スピネル構造中の酸素原子とマンガン原子
との結合強度が高くなり、結晶構造が安定化するので、
上記他元素固溶スピネル型リチウムマンガン酸化物は電
池のサイクル特性、特に高温サイクル特性を向上させる
点で好ましい。一般の他元素固溶スピネル型リチウムマ
ンガン酸化物では通常固溶元素が充放電には関与しない
ため放電容量が低下するが、本発明の他元素固溶スピネ
ル型リチウムマンガン酸化物では、xの範囲を制御する
ことにより、放電容量の低下を抑制することができ、正
極活物質として好適に使用することができる。そして、
そのような一般式Lix (Mn1-b b ) y 4-z で表
される他元素固溶スピネル型リチウムマンガン酸化物に
おいても、該他元素固溶スピネル型リチウムマンガン酸
化物中のFe含有量は200ppm以下であることが好
ましく、さらに該他元素固溶スピネル型リチウムマンガ
ン酸化物の比表面積は0.5〜3m2 /gであることが
好ましく、平均粒子径は1〜45μmであることが好ま
しい。
The lithium source to be reacted with the manganese dioxide is not particularly limited, and various lithium salts can be used. For example, lithium hydroxide / monohydrate, lithium nitrate, lithium carbonate, lithium acetate ,
Lithium bromide, lithium chloride, lithium citrate, lithium fluoride, lithium iodide, lithium lactate, lithium oxalate, lithium phosphate, lithium pyruvate, lithium sulfate, lithium oxide, etc. Lithium hydroxide monohydrate is particularly preferred because it does not generate gases that adversely affect the environment, such as nitrogen oxides and sulfur oxides. Then, a spinel-type lithium manganese oxide is obtained by mixing such a lithium salt with the manganese dioxide and firing the mixture.
At that time, part of Mn was Al for improving cycle characteristics.
Other elements such as Cu, Fe, Ni, Co, Cr, B, and Si can be substituted. At this time, the solid solution amount (b) of the other element (the other element is represented by A) is represented by the general formula Li x (Mn
1-b Ab ) y O 4-z (x,
The values of y and z are 0.10 ≦ x ≦ 0.95, 0.48 ≦ y
/4−z≦0.52, 0 <z ≦ 0.15, and A is A
1, at least one of Cu, Fe, Ni, Co, Cr, B, and Si) in the range of 0 <b ≦ 0.1. By replacing part of the manganese element with another element, the bonding strength between oxygen and manganese atoms in the spinel structure increases, and the crystal structure is stabilized,
The above-mentioned other element solid solution spinel type lithium manganese oxide is preferable in terms of improving the cycle characteristics of the battery, particularly the high-temperature cycle characteristics. In general other element solid solution spinel type lithium manganese oxide, the discharge capacity decreases because the solid solution element does not normally participate in charge / discharge, but in the other element solid solution spinel type lithium manganese oxide of the present invention, the range of x By controlling, the decrease in the discharge capacity can be suppressed, and it can be suitably used as a positive electrode active material. And
In the other element solid-solution spinel lithium manganese oxide represented by the general formula Li x (Mn 1-b Ab ) y O 4-z , The Fe content is preferably 200 ppm or less, the specific surface area of the other element solid solution spinel type lithium manganese oxide is preferably 0.5 to 3 m 2 / g, and the average particle diameter is 1 to 45 μm. Preferably, there is.

【0043】本発明において用いるスピネル型リチウム
マンガン酸化物の製造にあたり、二酸化マンガンとリチ
ウム塩との仕込み比は、LiとMnの混合モル比でLi
/Mn≦0.5、特に0.45≦Li/Mn≦0.49
にすることが好ましい。上記LiとMnの混合モル比を
0.5以下にするのが好ましいとするのは、上記Li/
Mnの混合モル比が0.5より大きくなると、反応中間
生成物などが残存しやすくなり、その中間生成物が電池
系内で充放電反応を阻害し、非水二次電池の充放電容量
を小さくするおそれがあるためである。
In the production of the spinel type lithium manganese oxide used in the present invention, the charging ratio of manganese dioxide and lithium salt is Li by mixing molar ratio of Li and Mn.
/Mn≦0.5, especially 0.45 ≦ Li / Mn ≦ 0.49
Is preferable. It is preferable that the mixing molar ratio of Li and Mn is set to 0.5 or less because of the Li / Mn.
When the mixing molar ratio of Mn is larger than 0.5, reaction intermediate products and the like tend to remain, and the intermediate products hinder the charge / discharge reaction in the battery system, thereby reducing the charge / discharge capacity of the non-aqueous secondary battery. This is because there is a possibility that the size may be reduced.

【0044】上記スピネル型リチウムマンガン酸化物の
製造にあたり、二酸化マンガンとリチウム塩とを混合し
て、ペレット化したものを焼成することが好ましい。す
なわち、反応を固相反応で行うために、原料の固相内拡
散により反応が進行するので、ペレット化しておくこと
によって、原料のリチウム塩粒子と二酸化マンガン粒子
との接触が良くなり、反応が進行しやすくなる。このペ
レットの大きさとしては、その最長径で5〜15mmが
好ましい。
In the production of the spinel-type lithium manganese oxide, it is preferable that manganese dioxide and a lithium salt are mixed and pelletized and then fired. That is, since the reaction proceeds by solid-phase diffusion of the raw material in order to carry out the reaction in a solid-phase reaction, the pelletization improves the contact between the lithium salt particles of the raw material and the manganese dioxide particles, and the reaction proceeds. It will be easier to progress. The size of the pellet is preferably 5 to 15 mm in its longest diameter.

【0045】また、本発明において用いるスピネル型リ
チウムマンガン酸化物の製造にあたり、その焼成条件と
しては、780〜820℃まで昇温し、その温度で24
〜36時間保持することが好ましい。780〜820℃
で焼成することにより、生成するリチウムマンガン酸化
物の結晶性が向上し、スピネル型マンガン構造が形成し
やすくなる。焼成温度が780℃以下より低くなると、
生成物であるスピネル型リチウムマンガン酸化物の結晶
性低下や不純物の生成により放電容量が小さくなり、焼
成温度が820℃より高くなるとスピネル型リチウムマ
ンガン酸化物の充電容量と放電容量の差、つまり不可逆
容量が大きくなって放電容量が小さくなるおそれがあ
る。
In the production of the spinel-type lithium manganese oxide used in the present invention, the firing conditions are as follows: the temperature is raised to 780 to 820 ° C .;
It is preferable to hold for ~ 36 hours. 780-820 ° C
By baking, the crystallinity of the generated lithium manganese oxide is improved, and a spinel-type manganese structure is easily formed. When the firing temperature is lower than 780 ° C or lower,
When the firing temperature is higher than 820 ° C., the difference between the charge capacity and the discharge capacity of the spinel-type lithium manganese oxide, that is, irreversible, is obtained when the crystallinity of the spinel-type lithium manganese oxide and the generation of impurities decrease the discharge capacity. The capacity may increase and the discharge capacity may decrease.

【0046】上記焼成にあたっての加熱処理としては、
一気に780〜820℃まで昇温するよりも、室温から
リチウム塩の融点である250〜500℃で予備加熱し
てから780〜820℃に昇温することが好ましい。こ
れは、リチウム塩と二酸化マンガンとの反応が段階的に
起こり、中間生成物を経由してスピネル型リチウムマン
ガン酸化物が生成するので、それぞれの中間生成物を形
成するための一段落目の反応として予備加熱するための
ものであり、一気に780〜820℃まで昇温すると、
リチウム塩と二酸化マンガンとが部分的に最終段階まで
反応し、それによって生成したスピネル型リチウムマン
ガン酸化物が未反応物の反応を妨害するおそれがある。
また、目的とするスピネル型リチウムマンガン酸化物を
得るための焼成時間を短縮するためにも段階的に加熱を
行うのが有効である。この予備加熱の時間は特に制限さ
れるものではないが、通常、12〜30時間が好まし
く、室温からリチウム塩の融点付近まで昇温し、さらに
その温度を保持してから加熱することが好ましい。
As the heat treatment for the above firing,
It is preferable to preheat from room temperature to 250 to 500 ° C., which is the melting point of the lithium salt, and then raise the temperature to 780 to 820 ° C., rather than raising the temperature to 780 to 820 ° C. at once. This is because the reaction between the lithium salt and manganese dioxide occurs stepwise, and the spinel-type lithium manganese oxide is generated via the intermediate product. It is for preheating, and when the temperature is raised to 780 to 820 ° C at a stretch,
The lithium salt and manganese dioxide partially react to the final stage, and the resulting spinel-type lithium manganese oxide may hinder the reaction of unreacted substances.
It is also effective to carry out heating stepwise in order to shorten the firing time for obtaining the desired spinel-type lithium manganese oxide. The preheating time is not particularly limited, but is usually preferably 12 to 30 hours, and it is preferable that the temperature be raised from room temperature to around the melting point of the lithium salt, and that the temperature be maintained before heating.

【0047】上記焼成、予備加熱も含め加熱処理の雰囲
気としては、アルゴン、ヘリウム、窒素などの不活性ガ
スと酸素ガスとの混合雰囲気中で行うことが好ましい。
これらのガスの混合比としては、不活性ガス/酸素ガス
の体積比で5/5〜9/1の範囲にすることが好まし
く、8/2〜9/1の範囲にすることがより好ましい。
上記のように、不活性ガス/酸素ガスを体積比で5/5
〜9/1にするとにより、反応の進行が容易になり、不
純物を含有しないスピネル型リチウムマンガン酸化物が
容易に得られるようになる。
The atmosphere for the heat treatment including the above-mentioned baking and preheating is preferably performed in a mixed atmosphere of an inert gas such as argon, helium and nitrogen and an oxygen gas.
The mixing ratio of these gases is preferably in the range of 5/5 to 9/1 by volume ratio of inert gas / oxygen gas, and more preferably in the range of 8/2 to 9/1.
As described above, the inert gas / oxygen gas is 5/5 by volume ratio.
By setting the ratio to 9/1, the progress of the reaction is facilitated, and a spinel-type lithium manganese oxide containing no impurities can be easily obtained.

【0048】上記不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスの
流量としては、出発原料混合物100gあたり1リット
ル/分以上にするのが好ましく、原料混合物100gあ
たり1〜5リットル/分がより好ましい。ガス流量が少
ない場合、つまりガス流速が遅い場合には、スピネル構
造への反応性に差異が生じ、Mn2 3 やLi2 MnO
3 などの不純物が残存するおそれがある。
The flow rate of the mixed gas of the inert gas and the oxygen gas is preferably 1 liter / minute or more per 100 g of the starting material mixture, and more preferably 1 to 5 liter / minute per 100 g of the material mixture. When the gas flow rate is small, that is, when the gas flow rate is low, a difference occurs in reactivity to the spinel structure, and Mn 2 O 3 or Li 2 MnO
There is a possibility that impurities such as 3 may remain.

【0049】本発明において、正極を作製するには、例
えば、上記スピネル型リチウムマンガン酸化物に、要す
れば、例えば鱗片状黒鉛、アセチレンブラックなどのよ
うな電子伝導助剤と、例えばポリテトラフルオロエチレ
ン、ポリフッ化ビニリデンなどのバインダーを加えて混
合し、得られた正極合剤を、例えば、加圧成形するか、
あるいは有機溶剤で分散して、正極合剤含有ペーストを
調製し(この場合、バインダーはあらかじめ有機溶剤に
溶解させておいてから正極活物質のスピネル型リチウム
マンガン酸化物などと混合してもよい)、該正極合剤含
有ペーストを導電性基体に塗布し、乾燥して導電性基体
に正極合剤塗膜を形成する工程を経ることによって作製
される。上記正極合剤塗膜について説明すると、導電性
基体に塗布した正極合剤含有ペースト中の溶剤などの揮
発性成分は塗膜形成のための乾燥工程で蒸発し、導電性
基体に形成された正極合剤塗膜は、正極活物質としての
スピネル型リチウムマンガン酸化物と必要に応じた添加
されたバインダーや電子伝導助剤などとの混合物からな
る正極合剤で構成される。
In the present invention, in order to produce a positive electrode, for example, the above-mentioned spinel-type lithium manganese oxide, if necessary, an electron conduction aid such as flake graphite, acetylene black, etc. Ethylene, a binder such as polyvinylidene fluoride is added and mixed, and the obtained positive electrode mixture is, for example, pressure-formed or
Alternatively, a positive electrode mixture-containing paste is prepared by dispersing in an organic solvent (in this case, the binder may be dissolved in an organic solvent in advance and then mixed with a positive electrode active material such as spinel-type lithium manganese oxide). The positive electrode mixture-containing paste is applied to a conductive substrate and dried to form a positive electrode mixture coating film on the conductive substrate. Explaining the positive electrode mixture coating film, volatile components such as a solvent in the positive electrode mixture-containing paste applied to the conductive substrate evaporate in a drying step for forming the coating film, and the positive electrode formed on the conductive substrate The mixture coating film is composed of a positive electrode mixture composed of a mixture of a spinel-type lithium manganese oxide as a positive electrode active material and a binder or an electron conduction aid added as necessary.

【0050】上記正極合剤含有ペーストの調製にあたっ
て使用する有機溶剤としては、例えば、N−メチル−2
−ピロリドン(以下、「NMP」と略す)、エチルメチ
ルケトン、イソブチルメチルケトン、シクロヘキサノ
ン、トルエン、テトラヒドロフランなどが挙げられ、こ
れらは適宜選択して使用される。
The organic solvent used for preparing the paste containing the positive electrode mixture is, for example, N-methyl-2.
-Pyrrolidone (hereinafter abbreviated as "NMP"), ethyl methyl ketone, isobutyl methyl ketone, cyclohexanone, toluene, tetrahydrofuran and the like, which are appropriately selected and used.

【0051】上記正極と対向させる負極の活物質として
は、リチウムまたはリチウム含有化合物が用いられる
が、そのリチウム含有化合物としてはリチウム合金とそ
れ以外のものとがある。上記リチウム合金としては、例
えば、リチウム−アルミニウム、リチウム−鉛、リチウ
ム−インジウム、リチウム−ガリウム、リチウム−イン
ジウム−ガリウムなどが挙げられる。リチウム合金以外
のリチウム含有化合物としては、例えば、錫酸化物、珪
素酸化物、ニッケル−珪素系合金、マグネシウム−珪素
系合金、乱層構造を有する炭素系材料、黒鉛、タングス
テン酸化物、リチウム鉄複合酸化物などが挙げられる。
これら例示のリチウム含有化合物中には、製造時にリチ
ウムを含んでいないものもあるが、負極活物質として作
用するときにはリチウムを含んだ状態になる。これらの
うち、特に炭素系材料、黒鉛などを負極活物質として用
いると、初充電によってスピネル型リチウムマンガン酸
化物からドープされるリチウムイオンが不可逆容量分の
リチウムとして負極活物質中に残存するので、充放電時
のスピネル型リチウムマンガン酸化物中のリチウム量の
制御が容易になる。
As the active material of the negative electrode opposed to the positive electrode, lithium or a lithium-containing compound is used. As the lithium-containing compound, there are a lithium alloy and other compounds. Examples of the lithium alloy include lithium-aluminum, lithium-lead, lithium-indium, lithium-gallium, lithium-indium-gallium, and the like. Examples of the lithium-containing compound other than the lithium alloy include tin oxide, silicon oxide, nickel-silicon alloy, magnesium-silicon alloy, carbon material having a turbostratic structure, graphite, tungsten oxide, and lithium iron composite. Oxides and the like.
Some of these exemplified lithium-containing compounds do not contain lithium at the time of manufacture, but when they act as a negative electrode active material, they contain lithium. Of these, in particular, when a carbon-based material, graphite, or the like is used as the negative electrode active material, lithium ions doped from the spinel-type lithium manganese oxide by the first charge remain in the negative electrode active material as lithium for an irreversible capacity, It is easy to control the amount of lithium in the spinel-type lithium manganese oxide during charge and discharge.

【0052】負極は、上記負極活物質に、要すれば、上
記正極活物質の場合と同様のバインダーや電子伝導助剤
などを加えて混合し、得られた負極合剤を適宜の手段で
成形することによって作製される。例えば、上記負極合
剤を加圧成形するか、あるいは上記負極合剤を正極の場
合と同様の有機溶剤などで分散して負極合剤含有ペース
トを調製し(この場合、バインダーはあらかじめ有機溶
剤などに溶解させてから負極活物質などと混合してもよ
い)、その負極合剤ペーストを導電性基体に塗布し、乾
燥して、導電性基体に負極合剤塗膜を形成する工程を経
ることによって作製される。
The negative electrode is mixed with the above-mentioned negative electrode active material, if necessary, by adding the same binder and electron conduction assistant as in the case of the above-mentioned positive electrode active material, and molding the obtained negative electrode mixture by an appropriate means. It is produced by doing. For example, the negative electrode mixture is press-molded, or the negative electrode mixture is dispersed in the same organic solvent as used for the positive electrode to prepare a negative electrode mixture-containing paste (in this case, the binder is an organic solvent or the like in advance. And then mixed with the negative electrode active material, etc.), and applying the negative electrode mixture paste to a conductive substrate, drying and forming a negative electrode mixture coating film on the conductive substrate Produced by

【0053】上記正極合剤含有ペーストや負極合剤含有
ペーストを導電性基体に塗布する際の塗布方法として
は、例えば、押出しコーター、リバースローラー、ドク
ターブレードなどをはじめ、各種の塗布方法を採用する
ことができる。また、正極、負極などの電極の導電性基
体としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、チ
タン、銅などの金属の網、パンチドメタル、エキスパン
ドメタル、フォームメタル、箔などが用いられるが、本
発明において、正極の導電性基体としては特にアルミニ
ウム箔が適しており、負極の導電性基体としては特に銅
箔が適している。
As a method of applying the above-mentioned paste containing the positive electrode mixture and the paste containing the negative electrode mixture to the conductive substrate, for example, various coating methods such as an extrusion coater, a reverse roller, a doctor blade and the like are employed. be able to. Examples of the conductive substrate for the electrodes such as the positive electrode and the negative electrode include metal meshes such as aluminum, stainless steel, titanium, and copper, punched metal, expanded metal, foam metal, and foil. , An aluminum foil is particularly suitable as the conductive substrate of the positive electrode, and a copper foil is particularly suitable as the conductive substrate of the negative electrode.

【0054】上記正極と負極における活物質量の比とし
ては、活物質の種類などによっても異なるが、正極活物
質/負極活物質=1.5〜4.0(重量比)にすること
が好ましい。
The ratio of the amount of active material in the positive electrode and the amount of active material in the negative electrode depends on the type of the active material and the like, but it is preferable that the ratio of positive electrode active material / negative electrode active material = 1.5 to 4.0 (weight ratio). .

【0055】本発明のスピネル型リチウムマンガン酸化
物を正極活物質として用いた非水二次電池において、電
解質としては、通常、有機溶媒にリチウム塩を溶解させ
た非水系の液状電解質(以下、「電解液」という)が用
いられる。上記電解液の溶媒は特に限定されるものでは
ないが、鎖状エステルを主溶媒として用いることが特に
適している。そのような鎖状エステルとしては、例え
ば、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボ
ネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EM
C)、酢酸エチル(EA)、プロピオン酸メチル(M
P)などの鎖状のCOO−結合を有する有機溶媒が挙げ
られる。この鎖状エステルが電解液の主溶媒であるとい
うことは、これらの鎖状エステルが全電解液溶媒中の5
0体積%より多い体積を占めることを意味しており、特
に鎖状エステルが全電解液溶媒中の65体積%以上、と
りわけ鎖状エステルが全電解液溶媒中の70体積%以上
を占めることが好ましく、なかでも鎖状エステルが全電
解液溶媒中の75体積%以上を占めることが好ましい。
In the non-aqueous secondary battery using the spinel-type lithium manganese oxide of the present invention as a positive electrode active material, the electrolyte is usually a non-aqueous liquid electrolyte (hereinafter, referred to as a “liquid electrolyte” in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent). Electrolyte ") is used. The solvent of the electrolytic solution is not particularly limited, but it is particularly suitable to use a chain ester as a main solvent. Examples of such a chain ester include diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EM
C), ethyl acetate (EA), methyl propionate (M
Organic solvents having a chain COO-bond such as P). The fact that these chain esters are the main solvent of the electrolyte means that these chain esters are 5% of the total electrolyte solvent.
It means that the chain ester occupies more than 0% by volume, especially the chain ester occupies 65% by volume or more in the total electrolyte solution solvent, and especially the chain ester occupies 70% by volume or more in the total electrolyte solution solvent. Preferably, the chain ester accounts for 75% by volume or more of the total electrolyte solution solvent.

【0056】電解液の溶媒として、この鎖状エステルを
主溶媒にすることが好ましいとしているのは、鎖状エス
テルが全電解液溶媒中の50体積%を超えることによっ
て、電池特性、特に低温特性が改善されるからである。
It is preferable that the chain ester be used as the main solvent as the solvent of the electrolyte because the chain ester exceeds 50% by volume in the total solvent of the electrolyte. Is improved.

【0057】ただし、電池容量の向上をはかるために
は、電解液溶媒を上記鎖状エステルのみで構成するより
も、電解液溶媒として、上記鎖状エステルに誘電率の高
いエステル(誘電率30以上のエステル)を混合して用
いることが好ましい。そのような誘電率の高いエステル
の全電解液溶媒中で占める量としては、10体積%以
上、特に20体積%以上が好ましい。すなわち、誘電率
の高いエステルが全電解液溶媒中で10体積%以上にな
ると容量の向上が明確に発現するようになり、誘電率の
高いエステルが全電解液溶媒中で20体積%以上になる
と容量の向上がより一層明確に発現するようになる。た
だし、誘電率の高いエステルの全電解液溶媒中で占める
体積が多くなりすぎると、電池の放電特性が低下する傾
向があるので、誘電率の高いエステルの全電解液溶媒中
で占める量としては、上記のように好ましくは10体積
%以上、より好ましくは20体積%以上の範囲内で、4
0体積%以下が好ましく、より好ましくは30体積%以
下、さらに好ましくは25体積%以下である。
However, in order to improve the battery capacity, an ester having a high dielectric constant (dielectric constant of 30 or more) is used as the electrolyte solvent instead of using the chain ester alone as the electrolyte solvent. Are preferably used in combination. The amount of the ester having such a high dielectric constant in the total electrolyte solvent is preferably at least 10% by volume, particularly preferably at least 20% by volume. That is, when the amount of the ester having a high dielectric constant is 10% by volume or more in the total electrolyte solvent, the improvement in capacity is clearly exhibited, and when the amount of the ester having a high dielectric constant becomes 20% by volume or more in the total electrolyte solution. The improvement in capacity is more clearly expressed. However, if the volume of the ester having a high dielectric constant in the total electrolyte solvent is too large, the discharge characteristics of the battery tend to decrease. , As described above, preferably within a range of 10% by volume or more, more preferably 20% by volume or more.
It is preferably 0% by volume or less, more preferably 30% by volume or less, and further preferably 25% by volume or less.

【0058】上記誘電率の高いエステルとしては、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)、ブチレンカーボネート(BC)、γ−
ブチロラクトン(γ−BL)、エチレングリコールサル
ファイト(EGS)などが挙げられ、特にエチレンカー
ボネート、プロピレンカーボネートなどの環状構造のも
のが好ましく、とりわけ環状のカーボネートが好まし
く、具体的にはエチレンカーボネート(EC)が最も好
ましい。
Examples of the ester having a high dielectric constant include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), and γ-
Butyrolactone (γ-BL), ethylene glycol sulphite (EGS) and the like are preferable, and those having a cyclic structure such as ethylene carbonate and propylene carbonate are preferable, and cyclic carbonate is particularly preferable. Specifically, ethylene carbonate (EC) is preferable. Is most preferred.

【0059】また、上記誘電率の高いエステル以外に併
用可能な溶媒としては、例えば、1,2−ジメトキシエ
タン(1,2−DME)、1,3−ジオキソラン(1,
3−DO)、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチ
ル−テトラヒドロフラン(2−Me−THF)、ジエチ
ルエーテル(DEE)などが挙げられる。そのほか、ア
ミン系またはイミド系有機溶媒や、含イオウ系または含
フッ素系有機溶媒なども用いることができる。
Examples of the solvent that can be used in combination with the ester having a high dielectric constant include, for example, 1,2-dimethoxyethane (1,2-DME) and 1,3-dioxolane (1,2).
3-DO), tetrahydrofuran (THF), 2-methyl-tetrahydrofuran (2-Me-THF), diethyl ether (DEE) and the like. In addition, an amine-based or imide-based organic solvent, a sulfur-containing or fluorine-containing organic solvent, and the like can also be used.

【0060】電解液の溶質としては、例えば、LiCl
4 、LiPF6 、LiBF4 、LiAsF6 、LiS
bF6 、LiCF3 SO3 、LiC4 9 SO3 、Li
CF 3 CO2 、Li2 2 4 (SO3 2 、LiN
(CF3 SO2 2 、LiC(CF3 SO2 3 、Li
n 2n+1SO3 (n≧2)などが単独でまたは2種以
上混合して用いられる。特にLiPF6 やLiC4 9
SO3 などは充放電特性が良好なことから好ましい。電
解液中における溶質の濃度は、特に限定されるものでは
ないが、0.3〜1.7mol/l、特に0.4〜1.
5mol/l程度が好ましい。
As the solute of the electrolytic solution, for example, LiCl
OFour, LiPF6, LiBFFour, LiAsF6, LiS
bF6, LiCFThreeSOThree, LiCFourF9SOThree, Li
CF ThreeCOTwo, LiTwoCTwoFFour(SOThree)Two, LiN
(CFThreeSOTwo)Two, LiC (CFThreeSOTwo)Three, Li
CnF2n + 1SOThree(N ≧ 2) alone or two or more
The above mixture is used. Especially LiPF6And LiCFourF9
SOThreeAnd the like are preferable because of good charge / discharge characteristics. Electric
The concentration of solute in the lysate is not particularly limited.
But not 0.3 to 1.7 mol / l, especially 0.4 to 1.
About 5 mol / l is preferable.

【0061】また、本発明においては、上記電解液以外
に、ゲル状電解質や固体電解質なども用いることができ
る。それらのゲル状電解質や固体電解質としては、無機
系電解質のほか、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピ
レンオキサイド、エポキシ樹脂、ポリアクリロニトリ
ル、ウレタン樹脂、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニ
リデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビ
ニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体またはそれ
らの誘導体などを主材にした有機系電解質などを挙げる
ことができる。
In the present invention, a gel electrolyte, a solid electrolyte, or the like can be used in addition to the above-mentioned electrolyte. Examples of the gel electrolyte and solid electrolyte include inorganic electrolytes, polyethylene oxide, polypropylene oxide, epoxy resin, polyacrylonitrile, urethane resin, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, and vinylidene fluoride. -An organic electrolyte containing a tetrafluoroethylene copolymer or a derivative thereof as a main material, and the like.

【0062】セパレータとしては、強度が充分でしかも
電解液を多く保持できるものが好ましく、そのような観
点から、厚さが10〜50μmで、開孔率が30〜70
%のポリプロピレン製、ポリエチレン製またはエチレン
とプロピレンとのコポリマー製の微孔性フィルムや不織
布などが好ましい。
As the separator, a separator having sufficient strength and capable of holding a large amount of electrolyte is preferable. From such a viewpoint, the thickness is 10 to 50 μm and the porosity is 30 to 70 μm.
% Of polypropylene, polyethylene or a copolymer of ethylene and propylene.

【0063】本発明の非水二次電池は、例えば、上記の
正極、負極をセパレータを介して巻回または積層した電
極体を電池ケースに挿入し、これに電解液を注入して封
口することにより組み立てられる。
In the non-aqueous secondary battery of the present invention, for example, an electrode body obtained by winding or laminating the above positive electrode and negative electrode via a separator is inserted into a battery case, and an electrolyte is injected into the battery case and sealed. Assembled by

【0064】この非水二次電池を開放端子電圧3V以上
にして使用に供することにより、初充電でスピネル型リ
チウムマンガン酸化物中のリチウムがリチウムイオンと
して脱ドープし、これが負極活物質中にドープすること
によって充放電サイクルが行われる。本発明は、この充
放電時に、充電および放電のいずれにおいても、一般式
Lix Mny 4-z 中のリチウム量xを、0.10≦x
≦0.95に規制することによって、充電負荷特性を向
上させている。
When the nonaqueous secondary battery is used at an open terminal voltage of 3 V or more, lithium in the spinel-type lithium manganese oxide is dedoped as lithium ions at the first charge, and this is doped into the negative electrode active material. By doing so, a charge / discharge cycle is performed. The present invention, during the charging and discharging, in both the charging and discharging is also a general formula Li x Mn y O 4-z lithium content x in, 0.10 ≦ x
By regulating to ≦ 0.95, the charging load characteristics are improved.

【0065】すなわち、充放電時においてスピネル型リ
チウムマンガン酸化物中のリチウムイオンは、LiCo
2 やLiNiO2 などの場合のように酸素と酸素との
層間の隙間を移動するのではなく、スピネル型リチウム
マンガン化合物のリチウム、マンガン、酸素の固相内を
移動しなければならない。そのため、リチウムイオンは
スピネル型リチウムマンガン化合物中に存在するリチウ
ム、マンガンおよび酸素の空いたサイト間を移動しなけ
ればならず、結晶中のリチウムイオンの移動が非常に遅
くなる。そのため、スピネル型リチウムマンガン酸化物
はLiCoO2などに比べて結晶中でのリチウムイオン
の拡散速度が遅く、また定電流充電時の分極が大きいた
めに、定電流充電方式で充電できる電気容量が低下する
ものと考えられる。しかも、非水二次電池は、通常、負
極活物質より正極活物質の方がリチウムイオンの拡散速
度が遅く、リチウムイオンの拡散速度に関して正極律速
であることから、充電負荷特性を向上するために正極活
物質としては拡散速度が大きな状態で使用する必要があ
る。
That is, the lithium ions in the spinel-type lithium manganese oxide during charge / discharge are LiCo
Instead of moving in the gap between the layers of oxygen as in the case of O 2 or LiNiO 2 , it must move in the solid phase of lithium, manganese, and oxygen of the spinel-type lithium manganese compound. Therefore, lithium ions must move between sites where lithium, manganese, and oxygen are present in the spinel-type lithium manganese compound, and the movement of lithium ions in the crystal becomes extremely slow. As a result, the spinel-type lithium manganese oxide has a lower diffusion rate of lithium ions in the crystal than LiCoO 2 and the like, and has a large polarization at the time of constant current charging. It is thought to be. In addition, in non-aqueous secondary batteries, the positive electrode active material usually has a slower diffusion rate of lithium ions than the negative electrode active material, and the diffusion rate of lithium ions is positive electrode rate-determining. It is necessary to use the cathode active material at a high diffusion rate.

【0066】また、充放電時の結晶中のリチウム量に関
しても、本発明において用いるスピネル型リチウムマン
ガン酸化物はリチウム量の多い組成にしているため、結
晶中にリチウムが多量に存在している場合、リチウムイ
オンが固相内を移動する際にリチウムイオン同士の反発
によるイオン移動の妨害があるため、リチウムイオンが
自由に移動することがしにくくなり、充分な電流を流す
ことが困難になる。一方、スピネル型リチウムマンガン
酸化物はリチウム含有量が少なくなるにつれ、LiCo
2 やLiNiO2 などのように酸素−酸素層が存在し
ないために、結晶中にリチウムイオン含有量が減少する
とともにその格子体積が減少し、そのため構成元素間の
距離が縮まることによってリチウムとマンガンと酸素間
の距離が縮まり、イオン含有量が多いときと同様に充分
に電流を流すことが困難になり、充電負荷特性を低下さ
せることとなる。さらに、本発明において用いるスピネ
ル型リチウムマンガン酸化物は、酸素含有量を低下させ
て3価のMnを多く含有していることから、3価のMn
によるヤーン・テラー効果によりスピネル型リチウムマ
ンガン酸化物からのリチウムのドープ・脱ドープによ
り、結晶構造が不安定になりやすく、スピネル相の破壊
が生じやすくなる。
Regarding the amount of lithium in the crystal during charging and discharging, the spinel-type lithium manganese oxide used in the present invention has a composition with a large amount of lithium. In addition, when the lithium ions move in the solid phase, the repulsion of the lithium ions interferes with each other, which makes it difficult for the lithium ions to move freely and makes it difficult to flow a sufficient current. On the other hand, as the lithium content of spinel-type lithium manganese oxide decreases, LiCo
Since there is no oxygen-oxygen layer such as O 2 and LiNiO 2 , the lithium ion content in the crystal is reduced and its lattice volume is reduced, and as a result, the distance between the constituent elements is reduced, so that lithium and manganese are reduced. As a result, it becomes difficult to flow a current sufficiently as in the case where the ion content is large, and the charging load characteristics are degraded. Furthermore, since the spinel-type lithium manganese oxide used in the present invention contains a large amount of trivalent Mn by lowering the oxygen content,
Doping and undoping of lithium from the spinel-type lithium manganese oxide due to the Jahn-Teller effect caused by this causes the crystal structure to be unstable and the spinel phase to be easily broken.

【0067】充放電時に多量のリチウムを脱ドープ・ド
ープすることによって電池容量を大きくすることが本来
望ましいが、本発明のスピネル型リチウムマンガン酸化
物を正極活物質とした電池で充電負荷特性を改善するた
めには、スピネル型リチウムマンガン化合物中のリチウ
ムの量xを充電時に0.10以上、好ましくは0.15
以上、さらに好ましくは0.20以上にし、放電時のリ
チウム量xを0.95以下、好ましくは0.93以下、
さらに好ましくは0.90以下にすることにより、定電
圧充電に要する充電時間を短縮し、充電負荷特性を向上
させることに成功したものである。すなわち、放電時に
結晶中のリチウム量xを0.95以下にすることによ
り、結晶中のリチウムイオンの反発を低減できるととも
に、充電時にはリチウム量xを0.10以上にすること
により結晶中からリチウムイオンが脱ドープする通路を
確保して拡散速度を向上させ、また結晶構造の安定性を
維持して、優れた充電負荷特性と放電容量を確保するこ
とができるようにしたのである。
It is originally desirable to increase the battery capacity by undoping / doping a large amount of lithium during charge and discharge. However, the battery using the spinel-type lithium manganese oxide of the present invention as a positive electrode active material has improved charge load characteristics. In order to achieve this, the amount x of lithium in the spinel-type lithium manganese compound is 0.10 or more, preferably 0.15
And more preferably 0.20 or more, and the lithium amount x at the time of discharge is 0.95 or less, preferably 0.93 or less.
More preferably, by setting it to 0.90 or less, the charging time required for constant voltage charging can be shortened, and the charging load characteristics can be improved. That is, by setting the lithium amount x in the crystal at the time of discharging to 0.95 or less, repulsion of lithium ions in the crystal can be reduced, and by setting the lithium amount x to 0.10 or more at the time of charging, lithium from the crystal can be reduced. The reason is that a passage for ions to be undoped is secured to improve the diffusion rate, and the stability of the crystal structure is maintained, so that excellent charge load characteristics and discharge capacity can be secured.

【0068】このようなリチウム量の規制する方法とし
ては、本発明の非水二次電池が放電状態で組み立てられ
ることから、まず、開放端子電圧を3V以上にすること
により負極活物質中に正極活物質のスピネル型リチウム
マンガン酸化物からリチウムイオンをドープさせ、該ド
ープされたリチウムイオンの一部を以後の充放電時に負
極中に残存させ、充放電時のいずれも所定終止電圧で充
放電を終了させることによってリチウム量を規制するこ
とが可能である。上記の終止電圧は負極活物質の種類に
よって異なるが、例えば、負極活物質に黒鉛を用いた場
合には、充電終止電圧を4.1〜4.3V、乱層構造の
炭素系材料を負極活物質とした場合には4.2〜4.3
Vとし、いずれの炭素系材料を使用した場合も放電終止
電圧を3.0V以上にすることにより規制することがで
きる。また、上記充電は、定電流・定電圧で充電を行う
ことが好ましく、その際、定電圧充電の時間を短くし、
充電時間を短縮するために、充電電流が2.5mA/c
2 以下の電流密度で充電を行うことが好ましい。
As a method of regulating the amount of lithium, the nonaqueous secondary battery of the present invention is assembled in a discharged state. Lithium ions are doped from the active material spinel-type lithium manganese oxide, and a part of the doped lithium ions is left in the negative electrode at the time of subsequent charge / discharge. By terminating it, it is possible to regulate the amount of lithium. The end voltage varies depending on the type of the negative electrode active material. For example, when graphite is used as the negative electrode active material, the charge end voltage is 4.1 to 4.3 V, and the carbon-based material having a turbostratic structure is used as the negative electrode active material. 4.2 to 4.3 when used as a substance
V and any of the carbon-based materials can be regulated by setting the discharge end voltage to 3.0 V or more. In addition, it is preferable that the charging be performed at a constant current and a constant voltage.
To reduce the charging time, the charging current is 2.5 mA / c
It is preferable to perform charging at a current density of m 2 or less.

【0069】[0069]

【実施例】以下に本発明の実施例に関して説明する。た
だし、本発明はそれらの実施例のみに限定されるもので
はない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to only these examples.

【0070】実施例1 球形状をした化学合成二酸化マンガン(この化学合成二
酸化マンガン中のFe含有量は21ppmである)をあ
らかじめ45μm以下に分級を行った。また、リチウム
源である顆粒状の水酸化リチウム・一水和物を遊星ボー
ルミルにより微粉末になるまで粉砕した。つぎに、上記
の化学合成二酸化マンガン19.23gと水酸化リチウ
ム・一水和物4.36gとを混合し、さらに遊星ボール
ミル中で充分に粉砕混合を行った。この混合物をプレス
機を用いて、ペレット状に圧縮成形し、このペレットを
アルミナボート中に入れ、管状電気炉中で焼成した。上
記化学合成二酸化マンガン中のMn量と水酸化リチウム
・一水和物中のLi量とのモル比Li/Mnは0.47
であった。
Example 1 Spherically shaped chemically synthesized manganese dioxide (the Fe content in this chemically synthesized manganese dioxide was 21 ppm) was previously classified to 45 μm or less. Further, granular lithium hydroxide monohydrate as a lithium source was ground by a planetary ball mill until it became fine powder. Next, 19.23 g of the above-mentioned chemically synthesized manganese dioxide and 4.36 g of lithium hydroxide monohydrate were mixed, and further sufficiently pulverized and mixed in a planetary ball mill. The mixture was compression-molded into pellets using a press machine, and the pellets were placed in an alumina boat and fired in a tubular electric furnace. The molar ratio Li / Mn between the amount of Mn in the above chemically synthesized manganese dioxide and the amount of Li in lithium hydroxide monohydrate is 0.47.
Met.

【0071】焼成雰囲気は、アルゴンガス/酸素ガス=
8/2(体積比)の混合ガスを原料混合物(すなわち、
出発原料である化学合成二酸化マンガンと水酸化リチウ
ム・一水和物との混合物)100gあたり1.0リット
ル/分の流量で供給して制御した。焼成は、まず200
℃/hで470℃まで昇温し、470℃で24時間保持
して予備加熱をし、その後、100℃/hで800℃ま
で昇温し、800℃で36時間保持することによって行
った。その後、自然放冷を行い、焼成物の温度が80℃
以下になった後、管状電気炉から焼成物を取り出し、充
分に粉砕を行った。
The firing atmosphere was argon gas / oxygen gas =
8/2 (volume ratio) of the mixed gas was mixed with the raw material mixture (ie,
The mixture was supplied at a flow rate of 1.0 liter / minute per 100 g of a mixture of a chemically synthesized manganese dioxide as a starting material and lithium hydroxide / monohydrate. Firing is first 200
The temperature was raised to 470 ° C. at a rate of ° C./h, the temperature was maintained at 470 ° C. for 24 hours to perform preheating, and then the temperature was raised to a rate of 800 ° C. at a rate of 100 ° C./h, and the temperature was maintained at 800 ° C. for 36 hours. After that, natural cooling is performed, and the temperature of the fired product is 80 ° C.
After the temperature became below, the fired product was taken out of the tubular electric furnace and sufficiently pulverized.

【0072】上記のように焼成物を充分に粉砕混合した
後、再度ペレット状に圧縮成形し、このペレットを上記
と同様に焼成を行った。すなわち、200℃/hの昇温
速度で800℃まで昇温し、800℃の温度で36時間
保持して焼成した。その後、自然放冷で室温まで降温
し、降温後、ペレットを充分に粉砕し、粉砕後の粉末を
分級し、45μm以下の球状ないし楕円状の粉末を得
た。このリチウムマンガン酸化物の粒子構造の倍率15
10倍の電子顕微鏡写真を図1に示す。図1において、
白っぽく見えている部分がリチウムマンガン酸化物であ
るが、この図1に示すように、得られたリチウムマンガ
ン酸化物は球状ないし楕円状をしていた。
After the fired product was sufficiently pulverized and mixed as described above, it was compression-molded again into pellets, and the pellets were fired in the same manner as described above. That is, the temperature was raised to 800 ° C. at a temperature rising rate of 200 ° C./h, and firing was performed at a temperature of 800 ° C. for 36 hours. Thereafter, the temperature was allowed to cool to room temperature by natural cooling, and after the temperature was lowered, the pellet was sufficiently pulverized, and the pulverized powder was classified to obtain a spherical or elliptical powder of 45 μm or less. Magnification 15 of the particle structure of this lithium manganese oxide
A 10 × electron micrograph is shown in FIG. In FIG.
The portion which looks whitish is the lithium manganese oxide, but as shown in FIG. 1, the obtained lithium manganese oxide was spherical or elliptical.

【0073】また、得られたリチウムマンガン酸化物が
スピネル構造であることを確認するために、得られたリ
チウムマンガン酸化物をX線回折により分析したとこ
ろ、スピネル構造のLiMn2 4 に固有の回折線が観
察され、不純物に基因するピークが認められなかったこ
とから、得られたリチウムマンガン酸化物はスピネル構
造のリチウムマンガン酸化物であることが確認された。
[0073] In order to lithium manganese oxide obtained is confirmed to be a spinel structure, where lithium manganese oxide obtained was analyzed by X-ray diffraction, specific to LiMn 2 O 4 having a spinel structure Since a diffraction line was observed and no peak due to impurities was observed, it was confirmed that the obtained lithium manganese oxide was a lithium manganese oxide having a spinel structure.

【0074】さらに、得られたリチウムマンガン酸化物
のLi、Mn、Oの組成を原子吸光分析装置で測定し
た。この測定にあたって、試料の調製は次のように行っ
た。すなわち、得られたリチウムマンガン酸化物0.2
5gにイオン交換水10mlと12N塩酸10mlを加
え、リチウムマンガン酸化物が完全に溶解するまで加熱
した。その後、室温まで放冷し、イオン交換水を加え、
全量を100mlにして、分析用試料を調製した。各元
素の分析は標準添加法で行った。分析結果より、得られ
たリチウムマンガン酸化物の組成はLi1.01Mn1.99
3.88であることが判明した。また、リチウムマンガン酸
化物中のFe含有量を上記Li、Mn、Oの組成分析と
同様に原子吸光分析装置により測定したところ、Fe含
有量は40ppmであった。
Further, the composition of Li, Mn and O in the obtained lithium manganese oxide was measured by an atomic absorption spectrometer. In this measurement, a sample was prepared as follows. That is, the obtained lithium manganese oxide 0.2
10 ml of ion-exchanged water and 10 ml of 12N hydrochloric acid were added to 5 g, and the mixture was heated until lithium manganese oxide was completely dissolved. Then, let it cool down to room temperature, add ion exchange water,
The total amount was adjusted to 100 ml to prepare a sample for analysis. The analysis of each element was performed by the standard addition method. From the analysis results, the composition of the obtained lithium manganese oxide was Li 1.01 Mn 1.99 O
It turned out to be 3.88 . Further, when the Fe content in the lithium manganese oxide was measured by an atomic absorption spectrometer in the same manner as in the composition analysis of Li, Mn, and O, the Fe content was 40 ppm.

【0075】また、粒子の平均粒子径は得られたスピネ
ル型リチウムマンガン酸化物の電子顕微鏡写真(倍率:
500倍)を撮影し、写真中の個々の粒子の粒子径を測
定し、粒子50個の粒子径の平均値を求めたところ、平
均粒子径は25μmであった。また、比表面積をユアサ
アイオニクス製オートソーブ−1を使用し、試料細孔の
測定範囲を1〜100Åとして120℃で20時間脱気
処理を行い、試料の測定環境真空度が10mTorr以
下となったことを確認した後に、窒素ガスをプローブガ
スとして測定したところ、比表面積は1.0m2 /gで
あった。
The average particle size of the particles is determined by an electron micrograph (magnification: magnification) of the obtained spinel-type lithium manganese oxide.
500 times), the particle diameter of each particle in the photograph was measured, and the average value of the particle diameters of 50 particles was determined. The average particle diameter was 25 μm. In addition, the specific surface area was degassed at 120 ° C. for 20 hours by using Yuasa Ionics' Autosorb-1 with the measurement range of the sample pores being 1 to 100 °, and the measurement environment vacuum degree of the sample became 10 mTorr or less. After confirming this, measurement was performed using nitrogen gas as a probe gas, and the specific surface area was 1.0 m 2 / g.

【0076】上記方法で製造されたスピネル型リチウム
マンガン酸化物を用い、モデルセルを作製した。まず、
上記スピネル型リチウムマンガン酸化物1.6g、アセ
チレンブラック0.3gおよびポリテトラフルオロエチ
レン0.1gをそれぞれ計り取り、乳鉢上で充分に混合
した。これらの混合物がガム状になるまで充分に乳鉢上
ですりつぶし、このガム状混合物を500μmのメッシ
ュの篩に押しつけ、粉末状態にした。この粉末を40m
g取り、直径10mmの白金網とともにプレス機で圧縮
成形し、ペレット状電極を作製した。
A model cell was prepared using the spinel-type lithium manganese oxide produced by the above method. First,
1.6 g of the spinel-type lithium manganese oxide, 0.3 g of acetylene black and 0.1 g of polytetrafluoroethylene were weighed out and mixed well in a mortar. These mixtures were thoroughly ground in a mortar until they became gummy, and the gummy mixture was pressed into a 500 μm mesh sieve to form a powder. 40m of this powder
g, and compression molded with a press machine together with a platinum net having a diameter of 10 mm to produce a pellet-shaped electrode.

【0077】上記のように作製したペレット状電極を作
用極とし、対極および参照極にリチウム箔を用い、Li
PF6 をエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネ
ートとの体積比1:3の混合溶媒に1.0mol/lの
濃度に溶解させた非水溶液を電解液とし、モデルセルを
作製した。その後、0.5mA/cm2 の電流密度でリ
チウム量xがx=0.90になるように予備充電を行
い、48時間放置し、開放端子電圧の測定を行ったとこ
ろ、3.72Vであった。さらに、その後、充放電時の
リチウム量xが0.20≦x≦0.90(充放電反応に
寄与するリチウムの量としては0.70)になるように
して充放電試験に供した。
The pellet-shaped electrode prepared as described above was used as a working electrode, and lithium foil was used as a counter electrode and a reference electrode.
A non-aqueous solution in which PF 6 was dissolved at a concentration of 1.0 mol / l in a mixed solvent of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate at a volume ratio of 1: 3 was used as an electrolyte to prepare a model cell. Thereafter, pre-charging was performed at a current density of 0.5 mA / cm 2 so that the amount x of lithium became x = 0.90, and the battery was left for 48 hours. The open-circuit terminal voltage was measured. Was. Further, thereafter, the battery was subjected to a charge / discharge test such that the amount x of lithium during charge / discharge was 0.20 ≦ x ≦ 0.90 (the amount of lithium contributing to the charge / discharge reaction was 0.70).

【0078】実施例2 球形状をした化学合成二酸化マンガン(この化学合成二
酸化マンガン中のFe含有量は35ppmである)をあ
らかじめ45μm以下に分級を行った。また、リチウム
源である顆粒状の水酸化リチウム・一水和物および三酸
化二ホウ素をそれぞれ遊星ボールミルにより微粉末にな
るまで粉砕した。
Example 2 A chemically synthesized manganese dioxide having a spherical shape (the Fe content in the chemically synthesized manganese dioxide is 35 ppm) was previously classified to 45 μm or less. Granular lithium hydroxide monohydrate and diboron trioxide, which are lithium sources, were each pulverized by a planetary ball mill until they became fine powder.

【0079】つぎに、上記の化学合成二酸化マンガン1
9.50gと三酸化二ホウ素0.20gと水酸化リチウ
ム・一水和物4.64gとを混合し、さらに遊星ボール
ミルにより充分に粉砕混合を行った。得られた混合物を
プレス機でペレット状に圧縮成形し、このペレットをア
ルミナボート中に入れ、管状電気炉中で焼成した。上記
化学合成二酸化マンガンと三酸化二ホウ素中のMn+B
量と水酸化リチウム・一水和物中のLi量とのモル比L
i/(Mn+B)は0.48であった。
Next, the above chemically synthesized manganese dioxide 1
9.50 g, 0.20 g of diboron trioxide and 4.64 g of lithium hydroxide monohydrate were mixed, and further sufficiently pulverized and mixed by a planetary ball mill. The obtained mixture was compression-molded into pellets by a press machine, and the pellets were placed in an alumina boat and fired in a tubular electric furnace. Mn + B in the above chemically synthesized manganese dioxide and diboron trioxide
Ratio L between the amount of Li and the amount of Li in lithium hydroxide monohydrate
i / (Mn + B) was 0.48.

【0080】以後の焼成、粉砕操作は、焼成温度を81
0℃としたこと以外は実施例1と同様に行って、他元素
固溶スピネル型リチウムマンガン酸化物を製造した。
The subsequent sintering and pulverizing operations were carried out at a sintering temperature of 81
A spinel-type lithium manganese oxide dissolved in another element was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the temperature was set to 0 ° C.

【0081】得られた他元素固溶リチウムマンガン酸化
物を実施例1と同様に電子顕微鏡で観察したところ、形
状は球状ないし楕円状であった。また、上記他元素固溶
スピネル型リチウムマンガン酸化物をエックス線回折分
析により確認したところ、スピネル構造のリチウムマン
ガン酸化物であることが確認された。また、実施例1と
同様にLi、Mn、B、Oの組成とFe含有量を原子吸
光分析装置で測定したところ、得られた他元素固溶スピ
ネル型リチウムマンガン酸化物の組成はLi1. 03Mn
1.920.053.93であり、Fe含有量は72ppmであ
った。さらに、この他元素固溶スピネル型リチウムマン
ガン酸化物の平均粒子径と比表面積を実施例1と同様に
測定したところ、平均粒子径は23μmで、比表面積は
1.0m2/gであった。
Oxidation of Lithium Manganese in Solid Solution Obtained
When the product was observed with an electron microscope in the same manner as in Example 1, the shape was observed.
The shape was spherical or oval. In addition, solid solution of other elements
X-ray diffraction analysis of spinel-type lithium manganese oxide
Analysis confirmed that the lithium
It was confirmed to be a cancer oxide. Also, with the first embodiment
Similarly, the composition of Li, Mn, B, and O and the Fe content were determined by atomic absorption.
As a result of measurement with an optical analyzer,
The composition of the flannel type lithium manganese oxide is Li1. 03Mn
1.92B0.05O3.93And the Fe content is 72 ppm.
Was. In addition, other element solid solution spinel type lithium man
The average particle diameter and specific surface area of the gun oxide were determined in the same manner as in Example 1.
Upon measurement, the average particle size was 23 μm, and the specific surface area was
1.0mTwo/ G.

【0082】上記のように製造した他元素固溶スピネル
型リチウムマンガン酸化物を用いて実施例1と同様にモ
デルセルと電池を作製した。モデルセルについては、
0.5mA/cm2 の電流密度でリチウム量xがx=
0.94になるように予備充電を行い、48時間放置し
た後、開放端子電圧の測定を行った。その後、充放電時
のリチウム量xが0.24≦x≦0.94(充放電反応
に寄与するリチウムの量としては0.70)になるよう
にした以外は、実施例1と同様にして充放電試験に供し
た。
A model cell and a battery were fabricated in the same manner as in Example 1 using the spinel-type lithium manganese oxide dissolved in another element produced as described above. For the model cell,
At a current density of 0.5 mA / cm 2, the amount x of lithium is x =
The battery was precharged to 0.94 and left for 48 hours, and then the open terminal voltage was measured. Thereafter, except that the amount x of lithium during charging and discharging was set to 0.24 ≦ x ≦ 0.94 (the amount of lithium contributing to the charging / discharging reaction was 0.70), in the same manner as in Example 1. It was subjected to a charge / discharge test.

【0083】比較例1 市販のLiMn2 4 (平均粒子径31μm、比表面積
0.8m2 /g)を正極活物質として用いた以外は、実
施例1と同様にモデルセルと電池を作製した。ただし、
使用にあたっては、上記スピネル型リチウムマンガン酸
化物の一種であるLiMn2 4 の充放電時のリチウム
量の変化範囲を0.05〜0.75とした。上記市販の
LiMn2 4 について、実施例1と同様に電子顕微鏡
で観察したところ、形状は図2(倍率1500倍の電子
顕微鏡写真)に示すように角張った形状をしていた。ま
た、このLiMn2 4 のFe含有量を実施例1と同様
にして、原子吸光分析装置で測定したところ、Fe含有
量は600ppmであった。
Comparative Example 1 A model cell and a battery were prepared in the same manner as in Example 1 except that a commercially available LiMn 2 O 4 (average particle diameter 31 μm, specific surface area 0.8 m 2 / g) was used as a positive electrode active material. . However,
In use, the range of change in the amount of lithium during charge and discharge of LiMn 2 O 4 , which is one type of the spinel-type lithium manganese oxide, was set to 0.05 to 0.75. When the commercially available LiMn 2 O 4 was observed with an electron microscope in the same manner as in Example 1, the shape was angular as shown in FIG. 2 (electron micrograph at 1500 × magnification). Further, when the Fe content of this LiMn 2 O 4 was measured by an atomic absorption spectrometer in the same manner as in Example 1, the Fe content was 600 ppm.

【0084】上記のLiMn2 4 を用いて実施例1と
同様にモデルセルを作製し、0.5mA/cm2 の電流
密度でリチウム量xがx=0.75となるように予備充
電を行い、48時間放置した後、開放端子電圧の測定を
行った。その後、充放電時のリチウム量xが0.05≦
x≦0.75(充放電反応に寄与するリチウムの量とし
ては0.70)となるようにした以外は、実施例1と同
様にして充放電試験に供した。
A model cell was prepared in the same manner as in Example 1 using the above-mentioned LiMn 2 O 4 , and was precharged at a current density of 0.5 mA / cm 2 so that the amount x of lithium became x = 0.75. After leaving for 48 hours, the open terminal voltage was measured. Then, the lithium amount x during charge and discharge is 0.05 ≦
A charge / discharge test was performed in the same manner as in Example 1 except that x ≦ 0.75 (the amount of lithium contributing to the charge / discharge reaction was 0.70).

【0085】比較例2 実施例1において原料の化学合成二酸化マンガン中のF
e含有量が329ppmある化学合成二酸化マンガンを
使用し、化学合成二酸化マンガン中のMn量と水酸化リ
チウム・一水和物中のLi量との比がモル比で0.52
5となるように原料の混合を行い、かつ焼成温度を85
0℃に変更し、生成物の分級を行わなかった以外は、実
施例1と同様にリチウムマンガン酸化物を製造した。製
造されたリチウムマンガン酸化物をX線回折分析により
確認したところ、スピネル型リチウムマンガン酸化物で
あることが確認された。また、実施例1と同様にLi、
Mn、Oの組成とFe含有量を原子吸光分析装置で測定
したところ、製造されたリチウムマンガン酸化物の組成
はLi1.08Mn1.923.96であり、Fe含有量は643
ppmであった。さらに、このリチウムマンガン酸化物
の平均粒子径と比表面積を実施例1と同様に測定したと
ころ、平均粒子径は62μmで、比表面積は0.1m2
/gであった。
Comparative Example 2 In Example 1, F in the chemically synthesized manganese dioxide as a raw material was used.
e, a chemically synthesized manganese dioxide having a content of 329 ppm was used, and the molar ratio of the Mn content in the chemically synthesized manganese dioxide to the Li content in lithium hydroxide monohydrate was 0.52.
The raw materials are mixed so as to be 5 and the firing temperature is 85.
A lithium manganese oxide was produced in the same manner as in Example 1, except that the temperature was changed to 0 ° C. and the product was not classified. When the manufactured lithium manganese oxide was confirmed by X-ray diffraction analysis, it was confirmed to be a spinel-type lithium manganese oxide. Also, as in Example 1, Li,
When the composition of Mn and O and the Fe content were measured by an atomic absorption spectrometer, the composition of the produced lithium manganese oxide was Li 1.08 Mn 1.92 O 3.96 , and the Fe content was 643.
ppm. Further, when the average particle diameter and the specific surface area of this lithium manganese oxide were measured in the same manner as in Example 1, the average particle diameter was 62 μm and the specific surface area was 0.1 m 2.
/ G.

【0086】上記のように製造したスピネル型リチウム
マンガン酸化物を用いて実施例1と同様にモデルセルと
電池を作製した。モデルセルについては、0.5mA/
cm 2 の電流密度でリチウム量xがx=0.98になる
ように予備充電を行い、48時間放置した後、開放端子
電圧の測定を行った。その後、充放電時のリチウム量x
が0.28≦x≦0.98(充放電反応に寄与するリチ
ウムの量としては0.70)になるようにした以外は、
実施例1と同様にして充放電試験に供した。
The spinel-type lithium produced as described above
Using a manganese oxide and a model cell as in Example 1
A battery was manufactured. For the model cell, 0.5 mA /
cm TwoThe lithium amount x becomes x = 0.98 at the current density of
After pre-charging and leaving for 48 hours,
The voltage was measured. Then, the amount of lithium at the time of charging and discharging x
Is 0.28 ≦ x ≦ 0.98 (Lithium that contributes to the charge-discharge reaction
Except that the amount of um is 0.70)
A charge / discharge test was performed in the same manner as in Example 1.

【0087】上記のようにして作製された実施例1〜2
および比較例1〜2のモデルセルについて充電負荷特
性、放電容量および放電負荷特性を調べた。その結果を
表1に示す。上記充電負荷特性、放電容量、放電負荷特
性の測定方法は、次の通りである。
Examples 1 and 2 produced as described above
The charge load characteristics, discharge capacity and discharge load characteristics of the model cells of Comparative Examples 1 and 2 were examined. Table 1 shows the results. The method of measuring the charge load characteristics, discharge capacity, and discharge load characteristics is as follows.

【0088】充電負荷特性:2.5mA/cm2 の電流
密度で定電流充電を開始し、正極活物質の単位重量あた
りの電気量として65mAh/g(x量としてはx=
0.44分に相当)の電気量を充電した時点で定電流充
電を終了し、引き続いて定電圧充電を行い、残部のx=
0.36分の電気量を充電するのにかかった時間を測定
することにより、充電負荷特性を評価した。従って、こ
の充電負荷特性の評価結果を表1に表示するにあたって
は、上記電気量を定電圧充電で充電するのに要した時間
(定電圧充電時間)で表示する。
Charging load characteristics: Constant current charging was started at a current density of 2.5 mA / cm 2 , and the amount of electricity per unit weight of the positive electrode active material was 65 mAh / g (x is x =
(Equivalent to 0.44 minutes), the constant-current charging is terminated at the time of charging, and then the constant-voltage charging is performed.
The charging load characteristics were evaluated by measuring the time taken to charge an electric quantity of 0.36 minutes. Therefore, in displaying the evaluation result of the charging load characteristic in Table 1, the time required for charging the above-mentioned electric quantity by constant voltage charging (constant voltage charging time) is displayed.

【0089】放電容量:充電負荷特性を測定したモデル
セルを2.5mA/cm2 の電流密度で、終止電圧を充
電負荷特性試験開始前に測定した開放端子電圧として、
放電したときの放電容量を測定し、それを正極活物質の
単位重量当たりの放電容量に換算し、それを表1に示し
た。
Discharge capacity: The model cell in which the charge load characteristic was measured was measured at a current density of 2.5 mA / cm 2 , and the final voltage was defined as the open terminal voltage measured before the start of the charge load characteristic test.
The discharge capacity at the time of discharging was measured, and the measured value was converted into the discharge capacity per unit weight of the positive electrode active material.

【0090】放電負荷特性:上記放電容量測定後のモデ
ルセルを48時間放置した後、0.5mA/cm2の電
流密度で、充電負荷特性試験前に測定した開放端子電圧
を終止電圧として、36時間の定電圧放電を行った。そ
の後、48時間放置後に開放端子電圧を測定し、充電負
荷特性試験開始前の開放端子電圧との差が±0.01V
であることを確認した後、再度、上記のような定電流充
電と定電圧充電を行った後、0.7mA/cm2 の電流
密度で表1に記載の開放端子電圧までそれぞれ放電を行
い、上記放電容量測定時のように2.5mA/cm2
電流密度で放電したときの放電容量に対する割合
〔(0.7mA/cm2 での放電容量)/(2.5mA
/cm 2 での放電容量)×100〕を求めて、放電負荷
特性を評価した。
Discharge load characteristics: Model after discharge capacity measurement
After leaving the cell for 48 hours, 0.5 mA / cmTwoNo electricity
Open terminal voltage measured before charging load characteristic test at current density
, And constant voltage discharge was performed for 36 hours. So
After 48 hours, measure the open terminal voltage and charge negative.
± 0.01V difference from open terminal voltage before starting load characteristic test
After confirming that the
0.7 mA / cm after charging with electricity and constant voltageTwoCurrent
The discharge was performed to the open terminal voltage shown in Table 1 at the density.
2.5 mA / cm as in the above discharge capacity measurement.Twoof
Ratio to discharge capacity when discharging at current density
[(0.7 mA / cmTwoDischarge capacity at) / (2.5 mA
/ Cm TwoDischarge capacity) × 100], and the discharge load
The properties were evaluated.

【0091】[0091]

【表1】 [Table 1]

【0092】上記モデルセルにおいて、実施例1〜2お
よび比較例1〜2のいずれも充放電反応に寄与するリチ
ウム量は0.70であるが、表1に示すように、実施例
1〜2は、比較例1〜2に比べて、充電時の定電圧充電
時間が短く、充電負荷特性が優れていた。また、実施例
1〜2は、比較例1〜2に比べて、放電容量が大きく、
高容量であり、また、放電負荷特性も優れていた。
In the above model cells, the amount of lithium contributing to the charging / discharging reaction in each of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 was 0.70. Has a shorter constant voltage charging time during charging and is superior in charging load characteristics as compared with Comparative Examples 1 and 2. Further, Examples 1 and 2 had a larger discharge capacity than Comparative Examples 1 and 2,
The capacity was high, and the discharge load characteristics were also excellent.

【0093】[0093]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、正極
活物質として、一般式Lix Mny 4-z で表され、そ
の式中のy、zに関して、0.48≦y/4−z≦0.
52、0<z≦0.15であり、xに関して、充電およ
び放電いずれの状態においても、0.10≦x≦0.9
5の範囲内に規制したスピネル型リチウムマンガン酸化
物を用い、かつ電池の開放端子電圧を3V以上にするこ
とにより、充電負荷特性が優れ、かつ高容量の非水二次
電池を提供することができた。
As described above, according to the present invention, the positive electrode
As an active material, the general formula LixMnyO 4-zRepresented by
With respect to y and z in the formula, 0.48 ≦ y / 4−z ≦ 0.
52, 0 <z ≦ 0.15, and for x, charging and
0.10 ≦ x ≦ 0.9
Spinel-type lithium manganese oxidation regulated within 5
Use an object and make the open terminal voltage of the battery 3 V or more.
With this, non-aqueous secondary with excellent charging load characteristics and high capacity
Battery could be provided.

【0094】また、本発明のスピネル型リチウムマンガ
ン酸化物は、球状ないし楕円状の粒子であることから、
負荷特性がよく、また資源的に豊富で安価なマンガンを
構成元素としているので、大量生産にも適しており、そ
の産業上の意義が大きい。
Further, the spinel-type lithium manganese oxide of the present invention is spherical or elliptical particles,
Since manganese, which has good load characteristics and is abundant and inexpensive as a constituent element, is suitable for mass production, its industrial significance is great.

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

【図1】本発明において正極活物質として用いるスピネ
ル型リチウムマンガン酸化物の粒子構造を示す倍率15
10倍の電子顕微鏡写真である。
FIG. 1 is a magnification of 15 showing the particle structure of a spinel-type lithium manganese oxide used as a positive electrode active material in the present invention.
It is a 10 times electron microscope photograph.

【図2】市販のLiMn2 4 の粒子構造を示す倍率1
500倍の電子顕微鏡写真である。
FIG. 2: Magnification 1 showing the particle structure of commercially available LiMn 2 O 4
It is a 500 times electron microscope photograph.

【図3】非水二次電池の一例を模式的に示す部分断面斜
視図である。
FIG. 3 is a partial cross-sectional perspective view schematically illustrating an example of a non-aqueous secondary battery.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 正極 2 負極 3 セパレータ 4 電池ケース 5 絶縁体 6 絶縁体 7 絶縁パッキング 8 封口体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator 4 Battery case 5 Insulator 6 Insulator 7 Insulation packing 8 Sealing body

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

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年1月19日(2000.1.1
9)
[Submission date] January 19, 2000 (2000.1.1)
9)

【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】図3[Correction target item name] Figure 3

【補正方法】削除[Correction method] Deleted

【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】符号の説明[Correction target item name] Explanation of sign

【補正方法】削除[Correction method] Deleted

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図3[Correction target item name] Figure 3

【補正方法】削除[Correction method] Deleted

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 充放電によってリチウムイオンがドープ
・脱ドープする正極活物質を用いた正極、負極およびセ
パレータを有する非水二次電池において、上記正極活物
質が、一般式Lix Mny 4-z で表され、上記式中の
y、zに関して、0.48≦y/4−z≦0.52、0
<z≦0.15であり、xに関して、充電および放電の
いずれの状態においても、0.10≦x≦0.95の範
囲に規制した球状ないし楕円状のスピネル型リチウムマ
ンガン酸化物であり、かつ電池の開放端子電圧が3V以
上であることを特徴とする非水二次電池。
1. A positive electrode of lithium ions by charge and discharge using the positive electrode active material doped with and dedoped, the non-aqueous secondary battery having a negative electrode and the separator, the above positive electrode active material, the general formula Li x Mn y O 4 -z , and for y and z in the above formula, 0.48 ≦ y / 4−z ≦ 0.52,0
<Z ≦ 0.15, and x is a spherical or elliptical spinel-type lithium manganese oxide that is restricted to a range of 0.10 ≦ x ≦ 0.95 in any state of charge and discharge; A non-aqueous secondary battery, wherein the open terminal voltage of the battery is 3 V or more.
【請求項2】 スピネル型リチウムマンガン酸化物中の
Fe含有量が200ppm以下であることを特徴とする
請求項1記載の非水二次電池。
2. The non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the Fe content in the spinel-type lithium manganese oxide is 200 ppm or less.
【請求項3】 スピネル型リチウムマンガン酸化物の平
均粒子径が1〜45μmであることを特徴とする請求項
1または2記載の非水二次電池。
3. The non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the spinel-type lithium manganese oxide has an average particle size of 1 to 45 μm.
【請求項4】 充放電によってリチウムイオンがドープ
・脱ドープする正極活物質を用いた正極、負極およびセ
パレータを有する非水二次電池において、上記正極活物
質が、一般式Lix (Mn1-b b ) y 4-z で表さ
れ、上記式中のy、zに関して、0.48≦y/4−z
≦0.52、0<z≦0.15であり、AはAl、C
u、Fe、Ni、Co、Cr、B、Siのうち少なくと
も一つを表し、0<b≦0.1であり、xに関して、充
電および放電のいずれの状態においても、0.10≦x
≦0.95の範囲に規制した球状ないし楕円状のスピネ
ル型リチウムマンガン酸化物であり、かつ電池の開放端
子電圧が3V以上であることを特徴とする非水二次電
池。
4. A non-aqueous secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, and a separator using a positive electrode active material doped and dedoped with lithium ions by charging and discharging, wherein the positive electrode active material has a general formula Li x (Mn 1− b A b ) y O 4-z , where y and z in the above formula are 0.48 ≦ y / 4-z
≦ 0.52, 0 <z ≦ 0.15, and A is Al, C
represents at least one of u, Fe, Ni, Co, Cr, B and Si, where 0 <b ≦ 0.1, and x is 0.10 ≦ x in any state of charge and discharge.
A non-aqueous secondary battery, which is a spherical or elliptical spinel-type lithium manganese oxide regulated to a range of ≦ 0.95 and has an open terminal voltage of 3 V or more.
【請求項5】 充放電によってリチウムイオンがドープ
・脱ドープする正極活物質を用いた正極、負極およびセ
パレータを有する非水二次電池の使用方法において、上
記正極活物質が、一般式Lix Mny 4-z で表され、
上記式中のy、zに関して、0.48≦y/4−z≦
0.52、0<z≦0.15である球状ないし楕円状の
スピネル型リチウムマンガン酸化物であり、xに関し
て、充電および放電のいずれの状態においても、0.1
0≦x≦0.95の範囲に規制し、かつ開放端子電圧が
3V以上となる電圧領域で電池を使用することを特徴と
する非水二次電池の使用方法。
5. A method of using a non-aqueous secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, and a separator using a positive electrode active material doped and dedoped with lithium ions by charge and discharge, wherein the positive electrode active material has a general formula Li x Mn represented by y O 4-z ,
With respect to y and z in the above formula, 0.48 ≦ y / 4−z ≦
0.52, a spherical or elliptical spinel-type lithium manganese oxide in which 0 <z ≦ 0.15, wherein x is 0.1 in both the charge and discharge states.
A method for using a non-aqueous secondary battery, characterized in that the battery is used in a voltage range in which the open terminal voltage is 3 V or higher, and the battery is restricted to a range of 0 ≦ x ≦ 0.95.
【請求項6】 充放電によってリチウムイオンがドープ
・脱ドープする正極活物質を用いた正極、負極およびセ
パレータを有する非水二次電池の使用方法において、上
記正極活物質が、Lix (Mn1-b b ) y 4-z で表
され、上記式中のy、zに関して、0.48≦y/4−
z≦0.52、0<z≦0.15であり、AはAl、C
u、Fe、Ni、Co、Cr、B、Siのうち少なくと
も一つを表し、0<b≦0.1である球状ないし楕円状
のスピネル型リチウムマンガン酸化物であり、xに関し
て、充電および放電のいずれの状態においても、0.1
0≦x≦0.95の範囲に規制し、かつ開放端子電圧が
3V以上となる電圧領域で電池を使用することを特徴と
する非水二次電池の使用方法。
6. A method of using a non-aqueous secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, and a separator using a positive electrode active material doped and dedoped with lithium ions by charge and discharge, wherein the positive electrode active material is Li x (Mn 1 is represented by -b a b) y O 4- z, y in the above formula, for z, 0.48 ≦ y / 4-
z ≦ 0.52, 0 <z ≦ 0.15, and A is Al, C
u, Fe, Ni, Co, Cr, B, or Si, a spherical or elliptical spinel-type lithium manganese oxide in which 0 <b ≦ 0.1, wherein x is charge and discharge 0.1 in any state of
A method for using a non-aqueous secondary battery, characterized in that the battery is used in a voltage range in which the open terminal voltage is 3 V or higher, and the battery is restricted to a range of 0 ≦ x ≦ 0.95.
【請求項7】 充電が定電流・定電圧充電であることを
特徴とする請求項5または6記載の非水二次電池の使用
方法。
7. The method for using a non-aqueous secondary battery according to claim 5, wherein the charging is constant current / constant voltage charging.
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