JP2001015110A - Positive electrode for battery and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same - Google Patents

Positive electrode for battery and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same

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JP2001015110A
JP2001015110A JP11182561A JP18256199A JP2001015110A JP 2001015110 A JP2001015110 A JP 2001015110A JP 11182561 A JP11182561 A JP 11182561A JP 18256199 A JP18256199 A JP 18256199A JP 2001015110 A JP2001015110 A JP 2001015110A
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positive electrode
transition metal
composite oxide
metal composite
peak
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Atsuo Yamada
淳夫 山田
Kokuka Ri
国華 李
Kiyoshi Yamaura
潔 山浦
Takuya Endo
琢哉 遠藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid use of a rare element and to improve cycle characteristics and conservative characteristics at a high temperature. SOLUTION: This positive electrode for a battery and the nonaqueous electrolyte secondary battery contain a transition metal composite oxide as a positive electrode active material. The transition metal composite oxide has a maximum diffraction peak by a X-ray diffraction using CuKα-ray in 10 deg.<2θ<20 deg. as a single peak and does not have a peak with intensity of not less than 1/10 of the maximum diffraction peak in 20 deg.<2θ<25 deg.. Alternatively, in the range of discharge depth of 50-90%, the relationship of a minimum value I1 of X-ray diffraction intensity of at least one or more X-ray diffraction peak to X-ray diffraction intensity I0 at 100% of discharge depth satisfies I1/I0>0.5. Alternatively, in the range of discharge depth of 50-90%, differential scanning calorimetry does not exhibit a heat absorption-heat radiation peak of not less than 10 J/g in the range of 20-80 deg.C.

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、電池用正極及びこ
れを用いた非水電解質二次電池に関するものであり、特
に、正極活物質の改良に関するものである。
The present invention relates to a positive electrode for a battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same, and more particularly to an improvement in a positive electrode active material.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、種々の電子機器の飛躍的進歩とと
もに、長時間使用可能で、且つ経済的に使用可能な電源
として繰り返し充電可能な二次電池の開発が進められて
いる。
2. Description of the Related Art In recent years, with the remarkable progress of various electronic devices, a secondary battery which can be used for a long time and which can be repeatedly charged as an economically usable power source has been developed.

【0003】代表的な二次電池としては、鉛蓄電池、ア
ルカリ蓄電池、非水電解質二次電池(いわゆるリチウム
二次電池)等を挙げることができる。
[0003] Typical secondary batteries include a lead storage battery, an alkaline storage battery, and a non-aqueous electrolyte secondary battery (so-called lithium secondary battery).

【0004】これらの中で、リチウム二次電池は、高出
力、高エネルギー密度等の利点を有しており、多様な用
途が期待されている。
[0004] Among them, lithium secondary batteries have advantages such as high output and high energy density, and are expected to be used in various applications.

【0005】上記リチウムイオン二次電池は、リチウム
イオンを可逆的に挿脱可能な正極、負極と、非水電解
液、あるいは固体電解質とから構成される。
The lithium ion secondary battery is composed of a positive electrode and a negative electrode into which lithium ions can be reversibly inserted and removed, and a non-aqueous electrolyte or a solid electrolyte.

【0006】そして、一般に、負極活物質としては、金
属リチウム、リチウム合金、リチウムがドープされた導
電性高分子、層状化合物(炭素材料や金属酸化物等)が
用いられている。
In general, as the negative electrode active material, lithium metal, a lithium alloy, a conductive polymer doped with lithium, and a layered compound (such as a carbon material and a metal oxide) are used.

【0007】電解液としては、プロピレンカーボネート
のような非プロトン性非水溶媒にリチウム塩を溶解させ
た溶液が用いられている。
As an electrolytic solution, a solution in which a lithium salt is dissolved in an aprotic non-aqueous solvent such as propylene carbonate is used.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】一方、正極活物質に関
しては、これまで、高エネルギー密度、高電圧が出られ
るとの観点から、対Li4Vの電位を有するLiCoO
2 が広く実用化されている。
On the other hand, as for the positive electrode active material, LiCoO having a potential of Li4V has been hitherto considered from the viewpoint that a high energy density and a high voltage can be obtained.
2 is widely used.

【0009】LiCoO2 は、様々な面で理想的な材料
であるが、その構成元素であるCoは地球上に資源とし
て偏在し、且つ稀少である。したがって、安定供給に難
があるといった問題があり、入手が容易でより低コスト
の正極材料の開発が望まれている。
[0009] LiCoO 2 is an ideal material in various aspects, but its constituent element Co is unevenly distributed as a resource on the earth and is rare. Therefore, there is a problem that it is difficult to provide a stable supply, and it is desired to develop a cathode material that is easily available and lower in cost.

【0010】このとき、実電池を考えると、より高性能
であるためには、電池容量のみならず、保存特性、サイ
クル特性、さらには高温での保存特性、サイクル特性等
を改良することが望まれる。
At this time, considering the actual battery, it is desirable to improve not only the battery capacity but also the storage characteristics, the cycle characteristics, the storage characteristics at high temperatures, the cycle characteristics, etc. in order to achieve higher performance. It is.

【0011】本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案
されたものであり、入手が容易で、容量、高温保存性、
高温サイクル特性等の点で優れた正極活物質を開発する
ことを目的とし、それにより高性能な電池用正極及び非
水電解質二次電池を提供することを目的とする。
The present invention has been proposed in view of such a conventional situation, is easily available, has a capacity, a high-temperature storage property,
An object of the present invention is to develop a positive electrode active material excellent in high-temperature cycle characteristics and the like, thereby providing a high-performance positive electrode for a battery and a nonaqueous electrolyte secondary battery.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の電池用正極は、遷移金属複合酸化物を正
極活物質として含み、上記遷移金属複合酸化物は、Cu
Kα線を用いたX線回折での最大回折ピークが10°<
2θ<20°に単一ピークとして存在し、且つ20°<
2θ<25°に最大回折ピークの1/10以上の強度の
ピークが存在しないことを特徴とするものである。
In order to achieve the above-mentioned object, a positive electrode for a battery according to the present invention comprises a transition metal composite oxide as a positive electrode active material, and the transition metal composite oxide comprises Cu
The maximum diffraction peak in X-ray diffraction using Kα ray is 10 ° <
Exists as a single peak at 2θ <20 ° and 20 ° <
It is characterized in that there is no peak having an intensity of 1/10 or more of the maximum diffraction peak at 2θ <25 °.

【0013】また、遷移金属複合酸化物を正極活物質と
して含み、上記遷移金属複合酸化物は、放電深度50%
〜90%の範囲内において、少なくとも1以上のX線回
折ピークのX線回折強度の最小値I1 が放電深度100
%でのX線回折強度I0 に対しI1/I0>0.5なる関
係を満たすことを特徴とするものである。
[0013] Further, the transition metal composite oxide contains a transition metal composite oxide as a positive electrode active material.
Within the scope of 90%, the minimum value I 1 of the X-ray diffraction intensity of at least one or more X-ray diffraction peak discharge depth 100
%, And the relationship of I 1 / I 0 > 0.5 is satisfied with respect to the X-ray diffraction intensity I 0 in %.

【0014】さらに、遷移金属複合酸化物を正極活物質
として含み、上記遷移金属複合酸化物は、放電深度50
%〜90%の範囲内において、示差走査熱量測定で20
℃〜80℃の範囲に10J/g以上の吸熱−放熱ピーク
を示さないことを特徴とするものである。
Further, a transition metal composite oxide is contained as a positive electrode active material, and the transition metal composite oxide has a discharge depth of 50%.
% To 90% by differential scanning calorimetry.
It is characterized by not showing an endothermic-radiative peak of 10 J / g or more in the range of ° C to 80 ° C.

【0015】一方、本発明の非水電解質二次電池は、遷
移金属複合酸化物を正極活物質として含む正極と、炭素
質材料またはリチウム系金属を負極活物質として含む負
極と、セパレータとを有してなり、上記遷移金属複合酸
化物は、CuKα線を用いたX線回折での最大回折ピー
クが10°<2θ<20°に単一ピークとして存在し、
且つ20°<2θ<25°に最大回折ピークの1/10
以上の強度のピークが存在しないことを特徴とするもの
である。
On the other hand, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a positive electrode containing a transition metal composite oxide as a positive electrode active material, a negative electrode containing a carbonaceous material or a lithium-based metal as a negative electrode active material, and a separator. In the transition metal composite oxide, the maximum diffraction peak in X-ray diffraction using CuKα ray exists as a single peak at 10 ° <2θ <20 °,
And 1/10 of the maximum diffraction peak at 20 ° <2θ <25 °
It is characterized in that there is no peak of the above intensity.

【0016】また、遷移金属複合酸化物を正極活物質と
して含む正極と、炭素質材料またはリチウム系金属を負
極活物質として含む負極と、セパレータとを有してな
り、上記遷移金属複合酸化物は、放電深度50%〜90
%の範囲内において、少なくとも1以上のX線回折ピー
クのX線回折強度の最小値I1 が放電深度100%での
X線回折強度I0 に対しI1/I0>0.7なる関係を満
たすことを特徴とするものである。
Also, the battery includes a positive electrode containing a transition metal composite oxide as a positive electrode active material, a negative electrode containing a carbonaceous material or a lithium-based metal as a negative electrode active material, and a separator. , Discharge depth 50% to 90
% In the range of at least 1 or more with respect to the X-ray diffraction intensity I 0 of the minimum value I 1 of the X-ray diffraction intensity of X-ray diffraction peak at a depth of discharge 100% I 1 / I 0> 0.7 the relationship Is satisfied.

【0017】さらに、遷移金属複合酸化物を正極活物質
として含む正極と、炭素質材料またはリチウム系金属を
負極活物質として含む負極と、セパレータとを有してな
り、上記遷移金属複合酸化物は、放電深度50%〜90
%の範囲内において、示差走査熱量測定で20℃〜80
℃の範囲に10J/g以上の吸熱−放熱ピークを示さな
いことを特徴とするものである。
Further, the cathode has a positive electrode containing a transition metal composite oxide as a positive electrode active material, a negative electrode containing a carbonaceous material or a lithium-based metal as a negative electrode active material, and a separator. , Discharge depth 50% to 90
% In the range of 20 ° C to 80 ° C by differential scanning calorimetry.
It does not show an endothermic-radiative peak of 10 J / g or more in the range of ° C.

【0018】上記各条件により規定される改質された正
極活物質は、高温での保存安定性やサイクル特性に優
れ、したがってこれを用いた電池用正極、非水電解質二
次電池は、優れた性能を発揮する。
The modified positive electrode active material defined by the above conditions is excellent in storage stability at high temperatures and cycle characteristics. Therefore, a positive electrode for a battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same are excellent. Demonstrate performance.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した電池用正
極及び非水電解質二次電池について、詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a positive electrode for a battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery to which the present invention is applied will be described in detail.

【0020】リチウム二次電池においては、上記の理由
によりCoを他の元素に転換することが望まれ、そのひ
とつとしてリチウム含有マンガン酸化物が検討されてい
る。
In a lithium secondary battery, it is desired to convert Co into another element for the above-mentioned reason, and as one of them, lithium-containing manganese oxide has been studied.

【0021】特に、スピネル構造を主体としたリチウム
含有マンガン酸化物は、その容易な合成法、電池容量の
観点から非常に有望である。
In particular, lithium-containing manganese oxides mainly having a spinel structure are very promising from the viewpoint of an easy synthesis method and battery capacity.

【0022】ただし、上記リチウム含有マンガン酸化物
は、合成時の条件等によって、酸素欠陥、または陽イオ
ン欠陥等が存在する。欠陥が少ないとされるリチウム含
有マンガン酸化物は、その組成をLixMn24 と表し
たときに、x=0.75付近であるが、この場合、他の
組成よりも保存劣化が著しい。
However, the lithium-containing manganese oxide has an oxygen defect or a cation defect depending on conditions at the time of synthesis. When the composition of a lithium-containing manganese oxide having few defects is expressed as Li x Mn 2 O 4 , x is around 0.75, but in this case, storage deterioration is more remarkable than other compositions. .

【0023】これは、この組成付近で超格子構造を有す
るからであり、この超格子構造が結晶に不安定性を加え
ているものと考えられる。
This is because it has a superlattice structure near this composition, and it is considered that this superlattice structure adds instability to the crystal.

【0024】本発明者らは、不安定性を有しないLiM
24を鋭意探索した結果、陽イオン欠陥の導入やMn
の一部を他の元素で置換することにより目的の材料が得
られ、これが高温での保存特性、サイクル特性に優れた
活物質として使用可能であるとの結論を得るに至った。
The present inventors have proposed LiM which has no instability.
As a result of intensive search for n 2 O 4 , introduction of cation defects and Mn
By substituting a part of the compound with another element, a target material was obtained, and it was concluded that this material could be used as an active material having excellent high-temperature storage characteristics and cycle characteristics.

【0025】本発明は、様々な観点から上記不安定性を
有しないLiMn24を規定したものであり、その第1
は、超格子構造が上記不安定性に関与しているという点
に着目し、CuKα線を用いたX線回折において出現す
る回折ピークを規定したものである。
The present invention has defined LiMn 2 O 4 having no instability from various viewpoints.
Focuses on the fact that the superlattice structure is involved in the instability, and defines a diffraction peak that appears in X-ray diffraction using CuKα radiation.

【0026】すなわち、第1の条件としては、最大回折
ピークが10°<2θ<20°に単一ピークとして存在
し、且つ20°<2θ<25°に最大回折ピークの1/
10以上の強度のピークが存在しないことである。な
お、この超格子の有無を論じている温度は常温であり、
少なくとも40℃以下でのX線回折測定での値を意味し
ている。
That is, as the first condition, the maximum diffraction peak exists as a single peak at 10 ° <2θ <20 °, and 1/20 of the maximum diffraction peak at 20 ° <2θ <25 °.
That is, there is no peak having an intensity of 10 or more. The temperature at which the presence or absence of this superlattice is discussed is room temperature.
It means a value obtained by X-ray diffraction measurement at least at 40 ° C. or less.

【0027】以下においても同様であるが、放電深度
は、4.5V〜3.0Vの電圧範囲で得られる放電容量
をQ1 とし、放電過程の任意の時点での放電量をQとし
たとき、Q/Q1 で定義される値である。
The same applies to the following description, but the depth of discharge is defined assuming that the discharge capacity obtained in the voltage range of 4.5 V to 3.0 V is Q 1 and the discharge amount at any point in the discharge process is Q. , Q / Q 1 .

【0028】測定条件は、特性X線としてCuKα線を
用い、X線強度は12kW(電流300mA,電圧40
kV)、設定スリット幅はDR,RS,SSがそれぞれ
0.5,0.5,0.15、試料表面とX線検出器(N
aIシンチュレーションカウンター)間の距離は185
mm、走査範囲はθ−2θ法の2θで5°<2θ<80
°、測定ステップ数は0.02°/ステップである。
The measurement conditions were as follows: CuKα ray was used as the characteristic X-ray, and the X-ray intensity was 12 kW (current 300 mA, voltage 40
kV), the set slit width is 0.5, 0.5, 0.15 for DR, RS, and SS, respectively, and the sample surface and X-ray detector (N
The distance between aI scintillation counters) is 185
mm, the scanning range is 5 ° <2θ <80 in 2θ of θ-2θ method.
°, the number of measurement steps is 0.02 ° / step.

【0029】第2は、上記不安定性がX線回折ピークの
ブロード化として現れることに着目し、X線回折強度の
放電深度による変化やX線回折ピークの半値幅を規定し
たものである。
Second, focusing on the fact that the instability appears as a broadening of the X-ray diffraction peak, the change in the X-ray diffraction intensity depending on the discharge depth and the half width of the X-ray diffraction peak are defined.

【0030】具体的には、第2の条件としては、放電深
度50%〜90%の範囲内において、少なくとも1以上
のX線回折ピークのX線回折強度の最小値I1 が放電深
度100%でのX線回折強度I0 に対しI1/I0>0.
5なる関係を満たすことである。より好ましくは、I1
/I0>0.7である。ここでのX線回折強度とは、あ
る注目する回折ピークにおける単位時間当たりのカウン
ト数の最大値をいう。
Specifically, the second condition is that the minimum value I 1 of the X-ray diffraction intensity of at least one or more X-ray diffraction peaks within the range of 50% to 90% of the depth of discharge is 100% of the depth of discharge. I 1 / I 0> 0 to X-ray diffraction intensity I 0 at.
5 is satisfied. More preferably, I 1
/ I 0 > 0.7. Here, the X-ray diffraction intensity refers to the maximum value of the number of counts per unit time at a certain diffraction peak of interest.

【0031】さらに、前記条件に加えて、放電深度50
%〜90%の範囲内において、少なくとも1以上のX線
回折ピークの半値幅の最大値FWHM1 が放電深度10
0%での当該X線回折ピークの半値幅FWHM0 に対し
FWHM1/FWHM0<1.3なる関係を満たすことが
好ましい。ここで言う半値幅とは、ある注目する回折ピ
ークにおいて、単位時間当たりのカウント数の最大値の
半分のカウント数におけるピークの幅である。
Further, in addition to the above conditions, a discharge depth of 50
% Within the range of 90% to 90%, the maximum value FWHM 1 of the half width of at least one or more X-ray diffraction peaks is 10 discharge depths.
It is preferable that the relationship of FWHM 1 / FWHM 0 <1.3 is satisfied with respect to the half-value width FWHM 0 of the X-ray diffraction peak at 0%. Here, the half-value width is the width of a peak at a half of the maximum value of the count number per unit time in a certain diffraction peak of interest.

【0032】なお、ここでX線回折ピークのブロード化
を論じている温度は常温であり、少なくとも40℃以下
でのX線回折測定での値を意味している。
Here, the temperature at which the broadening of the X-ray diffraction peak is discussed is room temperature, which means a value obtained by X-ray diffraction measurement at least at 40 ° C. or less.

【0033】測定には、リガクRINT2500回転対
陰極を用い、測定条件としては、特性X線はCuKα
線、電流100mA,電圧40kV、ゴニオメータは縦
型標準(半径185mm)、カウンタモノクロメータ使
用、フィルタ使用せず、設定スリット幅はDR,RS,
SSがそれぞれ1,1,1.5mm、計数装置シンチュ
レーションカウンター、測定法は反射法(連続スキャ
ン)、走査範囲は10°<2θ<80°、スキャンスピ
ードは4°/分である。
The measurement was performed using a Rigaku RINT 2500 rotating anti-cathode. The characteristic X-ray was CuKα.
Wire, current 100mA, voltage 40kV, goniometer vertical standard (radius 185mm), counter monochromator used, no filter used, set slit width DR, RS,
The SS is 1, 1, 1.5 mm, respectively, the counting device is a scintillation counter, the measuring method is a reflection method (continuous scanning), the scanning range is 10 ° <2θ <80 °, and the scanning speed is 4 ° / min.

【0034】第3は、上記不安定性が結晶構造の不安定
性によって現れることに着目し、示差走査熱量測定によ
るDSC曲線でのピークの表れ方を規定したものであ
る。
Third, focusing on the fact that the instability appears due to instability of the crystal structure, specifies the appearance of a peak in a DSC curve by differential scanning calorimetry.

【0035】したがって、第3の条件としては、放電深
度50%〜90%の範囲内(あるいは、充放電中の組成
をLixMn24 とするときに、0.5<x<0.9の
範囲内)において、示差走査熱量測定で20℃〜80℃
の範囲に熱量が10J/g以上の吸熱−放熱ピークを示
さないことである。
Therefore, the third condition is that the depth of discharge is in the range of 50% to 90% (or when the composition during charging and discharging is Li x Mn 2 O 4 , 0.5 <x <0. 9) within the range of 20 ° C to 80 ° C by differential scanning calorimetry.
Does not exhibit an endothermic-radiative peak with a calorific value of 10 J / g or more.

【0036】測定条件としては、昇温スピード、降温ス
ピード共に10℃/分である。
The measuring conditions are that the temperature rising speed and the temperature falling speed are both 10 ° C./min.

【0037】本発明の電池用正極、あるいは非水電解質
二次電池においては、上記条件のいずれかを満たす遷移
金属複合酸化物、例えばスピネル構造を有するリチウム
含有マンガン酸化物を正極活物質として用いる。
In the battery positive electrode or the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a transition metal composite oxide satisfying any of the above conditions, for example, a lithium-containing manganese oxide having a spinel structure is used as a positive electrode active material.

【0038】電池用正極は、例えば上記正極活物質と結
着剤とを含有する正極合剤を正極集電体上に塗布、乾燥
することにより作製される。正極集電体には例えばアル
ミニウム箔等の金属箔が用いられる。
The positive electrode for a battery is produced, for example, by applying a positive electrode mixture containing the above-mentioned positive electrode active material and a binder on a positive electrode current collector and drying. A metal foil such as an aluminum foil is used as the positive electrode current collector.

【0039】このとき、正極合剤の結着剤としては、通
常、電池の正極合剤に用いられている公知の結着剤を用
いることができる。また、上記正極合剤に導電剤等、公
知の添加剤を添加することができる。
At this time, as the binder for the positive electrode mixture, a known binder usually used for a positive electrode mixture for a battery can be used. Further, a known additive such as a conductive agent can be added to the positive electrode mixture.

【0040】一方、非水電解質二次電池とする場合、負
極材料としては、リチウム、リチウム合金、又はリチウ
ムをドープ、脱ドープできる材料を使用することが好ま
しい。リチウムをドープ、脱ドープできる材料として、
例えば、(002)面の面間隔が0.37nm以上の難
黒鉛化炭素系材料や、(002)面の面間隔が0.03
40nm以下のグラファイト系材料等の炭素材料を使用
することができる。具体的には、熱分解炭素類、コーク
ス類、グラファイト類、ガラス状炭素繊維、有機高分子
化合物焼成体、炭素繊維、活性炭等の炭素材料を使用す
ることができる。上記コークス類には、ピッチコーク
ス、ニートルコークス、石油コークス等がある。また、
上記有機高分子化合物焼成体とは、フェノール樹脂、フ
ラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したものを示
す。
On the other hand, in the case of a non-aqueous electrolyte secondary battery, it is preferable to use lithium, a lithium alloy, or a material capable of doping or undoping lithium as a negative electrode material. As a material that can dope and dedope lithium,
For example, a non-graphitizable carbon-based material having a (002) plane spacing of 0.37 nm or more, or a (002) plane spacing of 0.03
A carbon material such as a graphite material having a size of 40 nm or less can be used. Specifically, carbon materials such as pyrolytic carbons, cokes, graphites, glassy carbon fibers, organic polymer compound fired bodies, carbon fibers, and activated carbon can be used. Examples of the coke include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. Also,
The organic polymer compound fired body is obtained by firing a phenol resin, a furan resin, or the like at an appropriate temperature and carbonizing the resin.

【0041】上述した炭素材料のほか、リチウムをドー
プ、脱ドープできる材料として、ポリアセチレン、ポリ
ピロール等の高分子やSnO2 等の酸化物を使用するこ
ともできる。また、リチウム合金として、リチウム−ア
ルミニウム合金等を使用することができる。
In addition to the above-mentioned carbon materials, as a material capable of doping and undoping lithium, a polymer such as polyacetylene and polypyrrole and an oxide such as SnO 2 can be used. Further, as the lithium alloy, a lithium-aluminum alloy or the like can be used.

【0042】負極は、上記負極活物質と結着剤とを含有
する負極合剤を、集電体上に塗布、乾燥することにより
作製される。上記集電体には、例えば銅箔等の金属箔が
用いられる。
The negative electrode is produced by applying a negative electrode mixture containing the above-mentioned negative electrode active material and a binder on a current collector and drying the mixture. For the current collector, for example, a metal foil such as a copper foil is used.

【0043】このとき、上記負極合剤の結着剤として
は、通常リチウムイオン電池の負極合剤に用いられてい
る公知の結着剤を用いることができる。また、上記負極
合剤に公知の添加剤等を添加することができる。
At this time, as the binder for the negative electrode mixture, a known binder usually used for a negative electrode mixture of a lithium ion battery can be used. In addition, a known additive or the like can be added to the negative electrode mixture.

【0044】電解質としては、通常この種の電池の電解
液に用いられている公知の電解質を使用することができ
る。具体的には、LiPF6、LiBF4、LiAs
6、LiClO4、LiCF3SO3、LiN(SO2
32、LiC(SO2CF33、LiAlCl4、Li
SiF6等のリチウム塩を挙げることができる。その中
でも特にLiPF6、LiBF4が酸化安定性等の点から
望ましい。
As the electrolyte, a known electrolyte usually used for an electrolyte of this type of battery can be used. Specifically, LiPF 6 , LiBF 4 , LiAs
F 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 C
F 3 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiAlCl 4 , Li
A lithium salt such as SiF 6 can be used. Among them, LiPF 6 and LiBF 4 are particularly desirable from the viewpoint of oxidation stability and the like.

【0045】このような電解質は、非水溶媒中に0.1
mol/l〜5.0mol/lの濃度で溶解されている
ことが好ましい。さらに好ましくは、0.5mol/l
〜3.0mol/lである。
Such an electrolyte is contained in a non-aqueous solvent at a concentration of 0.1%.
Preferably, it is dissolved at a concentration of from mol / l to 5.0 mol / l. More preferably, 0.5 mol / l
33.0 mol / l.

【0046】また、非水溶媒としては、従来より非水電
解液に使用されている種々の非水溶媒を使用することが
できる。例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカ
ーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネ
ート、γ−ブチルラクトン、スルホラン、1,2−ジメ
トキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、2−メチル
テトラヒドロフラン、3−メチル−1,3−ジオキソラ
ン、プロピオン酸メチル、酪酸メチル、ジメチルカーボ
ネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネー
ト等を使用することができる。特に、電圧に安定な点か
ら、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート等
の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート、ジエチ
ルカーボネート、ジプロピルカーボネート等の鎖状カー
ボネート類を使用することが好ましい。これらの非水溶
媒は単独で使用してもよく、複数種を混合して使用して
もよい。
As the non-aqueous solvent, various non-aqueous solvents conventionally used for non-aqueous electrolytes can be used. For example, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, γ-butyl lactone, sulfolane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, 3-methyl-1,3-dioxolane , Methyl propionate, methyl butyrate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate and the like can be used. In particular, it is preferable to use cyclic carbonates such as propylene carbonate and vinylene carbonate, and chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and dipropyl carbonate from the viewpoint of voltage stability. These non-aqueous solvents may be used alone or in combination of two or more.

【0047】なお、非水電解質二次電池の他の構成、例
えば、セパレータ、電池缶等については、従来のリチウ
ムイオン非水電解液二次電池と同様とすることができ
る。
Other structures of the nonaqueous electrolyte secondary battery, for example, a separator, a battery can, and the like can be the same as the conventional lithium ion nonaqueous electrolyte secondary battery.

【0048】例えば、セパレータとしては、ポリプロピ
レン等のような高分子フィルムが用いられるが、この場
合、リチウムイオン伝導度とエネルギー密度の観点か
ら、可能な限り薄くしなければならない。このことを考
慮すると、厚さ50μm以下のセパレータが実用的であ
る。
For example, a polymer film such as polypropylene is used as the separator. In this case, the separator must be as thin as possible from the viewpoint of lithium ion conductivity and energy density. Considering this, a separator having a thickness of 50 μm or less is practical.

【0049】また、以上においては、非水溶媒中に電解
質が溶解されてなる非水電解液を用いたリチウムイオン
非水電解液二次電池を例に挙げて説明したが、本発明は
これに限定されるものではなく、マトリクス高分子中に
電解質が分散されてなる高分子固体電解質を用いた固体
電解質電池についても適用可能である。
In the above description, a lithium-ion non-aqueous electrolyte secondary battery using a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent has been described as an example. The present invention is not limited thereto, and is also applicable to a solid electrolyte battery using a polymer solid electrolyte in which an electrolyte is dispersed in a matrix polymer.

【0050】電解質を分散させるマトリクス高分子とし
ては、通常の高分子固体電解質を構成するのに使用され
ている種々の高分子が使用できる。
As the matrix polymer in which the electrolyte is dispersed, various polymers used for forming a normal polymer solid electrolyte can be used.

【0051】マトリクス高分子として具体的には、ポリ
エチレンオキサイド,ポリエチレンオキサイド架橋体等
のエーテル系高分子、ポリメタクリレート等のエステル
系高分子やアクリレート系高分子、ポリビニリデンフル
オライド,ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプ
ロピレンとの共重合体等のフッ素系高分子などを単独、
又は混合して使用することができる。その中でも特に、
ポリビニリデンフルオライド,ビニリデンフルオライド
とヘキサフルオロプロピレンとの共重合体等のフッ素系
高分子を用いることが望ましい。
Specific examples of the matrix polymer include ether polymers such as polyethylene oxide and crosslinked polyethylene oxide, ester polymers such as polymethacrylate and acrylate polymers, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride and hexadecane. Fluoropolymers such as copolymers with fluoropropylene alone,
Alternatively, they can be used in combination. Among the,
It is desirable to use a fluorine-based polymer such as polyvinylidene fluoride or a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene.

【0052】また、このような固体高分子電解質が、可
塑剤を含有し、ゲル状であってもよい。固体高分子電解
質がゲル状である場合、電解質が、可塑剤中に0.1m
ol/l〜3.0mol/lの濃度で溶解されているこ
とが好ましく、より好ましくい濃度は、0.5mol/
l〜2.0mol/lである。
Further, such a solid polymer electrolyte may contain a plasticizer and be in a gel form. When the solid polymer electrolyte is in a gel state, the electrolyte is 0.1 m in the plasticizer.
ol / l to 3.0 mol / l, more preferably 0.5 mol / l
1 to 2.0 mol / l.

【0053】本発明の電池は、円筒型、角型、コイン
型、ボタン型等、その形状については特に限定されるこ
とはなく、また、寸法の設定も任意である。
The shape of the battery of the present invention, such as a cylindrical type, a square type, a coin type, and a button type, is not particularly limited, and the dimensions can be set arbitrarily.

【0054】[0054]

【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて、実験結果に基づいて説明する。
EXAMPLES Specific examples to which the present invention is applied will be described below based on experimental results.

【0055】<実験1>本実験では、超格子構造の有無
による電池性能の違いについて検討した。
<Experiment 1> In this experiment, the difference in battery performance depending on the presence or absence of the superlattice structure was examined.

【0056】本実験では、正極の作製は下記の条件で実
施した。
In this experiment, the production of the positive electrode was carried out under the following conditions.

【0057】すなわち、活物質として合成されたリチウ
ム含有マンガン酸化物を乾燥したもの80重量%、導電
剤としてグラファイト(平均粒径5μm〜20μm:ロ
ンザ社製、商品名KS−15)15重量%、バインダー
としてポリフッ化ビニリデンPVDF(アルドリッチ社
製、商品名#1300)をジメチルホルムアミドDMF
を用いて混練してペーストとし、集電体となるアルミニ
ウムメッシュと共にペレット化して100℃で1時間の
乾燥(乾燥アルゴン気流中)を行った。
That is, 80% by weight of dried lithium-containing manganese oxide synthesized as an active material, 15% by weight of graphite (average particle size: 5 μm to 20 μm: KS-15, manufactured by Lonza Co.) as a conductive agent, Polyvinylidene fluoride PVDF (manufactured by Aldrich, trade name # 1300) as a binder is dimethylformamide DMF
The mixture was kneaded to form a paste, pelletized together with an aluminum mesh serving as a current collector, and dried at 100 ° C. for 1 hour (in a stream of dry argon).

【0058】充電は、活物質60mgを担持させたペレ
ットに対極としてリチウム金属を配してコインセル(2
025)に組み込み、電解液としてプロピレンカーボネ
ートPC+ジメチルカーボネートDMC(1:1)/1
MLiPF6 を用いて行った。そして、正極活物質であ
るリチウム含有マンガン酸化物をLixMn24 と表し
たときにx=0.75までリチウムを電気化学的に引き
抜いた。
For charging, a coin cell (2) was prepared by arranging lithium metal as a counter electrode on a pellet carrying 60 mg of the active material.
025) and propylene carbonate PC + dimethyl carbonate DMC (1: 1) / 1
Performed using MLiPF 6 . When the lithium-containing manganese oxide as the positive electrode active material was expressed as Li x Mn 2 O 4 , lithium was electrochemically extracted up to x = 0.75.

【0059】超格子の判定は、X線回折を用いて行っ
た。X線回折の測定に際しては、特性X線としてCuK
α線を用い、X線強度を12kW(電流300mA,電
圧40kV)とし、設定スリット幅はDR,RS,SS
をそれぞれ0.5,0.5,0.15に設定した。ま
た、試料表面とX線検出器(NaIシンチレーションカ
ウンター)間の距離は185mmとした。走査範囲はθ
−2θ法の2θで5°<2θ<80°とし、測定ステッ
プ数は0.02°/ステップに設定した。
The determination of the superlattice was made by using X-ray diffraction. When measuring X-ray diffraction, CuK was used as the characteristic X-ray.
X-ray intensity was set to 12 kW (current 300 mA, voltage 40 kV) using α-rays, and the set slit width was DR, RS, SS
Were set to 0.5, 0.5, and 0.15, respectively. The distance between the sample surface and the X-ray detector (NaI scintillation counter) was 185 mm. Scan range is θ
In the 2θ method, 2θ was set to 5 ° <2θ <80 °, and the number of measurement steps was set to 0.02 ° / step.

【0060】また、高温保存特性の指標となる物性値
は、以下のように算出した。
In addition, the physical property values as an index of the high-temperature storage characteristics were calculated as follows.

【0061】先ず、LiMn24をLi0.75Mn24
組成になるまで充電するのに必要な電気量(mAh)を
pre と置いた。
First, the quantity of electricity (mAh) required to charge LiMn 2 O 4 until the composition becomes Li 0.75 Mn 2 O 4 was set as Q pre .

【0062】次に、充電した状態で55℃、24時間の
静置保存を行った後、速やかに常温に冷却し、3.0V
に達するまでの電気量Qaft を測定した。
Next, the battery was left to stand at 55 ° C. for 24 hours while being charged, and then quickly cooled to room temperature, and then cooled to 3.0 V.
Was measured until the value reached.

【0063】充電及び放電は1mA/cm2 の電流密度
で行った。また充電、放電共に常温(23℃)で行っ
た。
The charging and discharging were performed at a current density of 1 mA / cm 2 . Both charging and discharging were performed at normal temperature (23 ° C.).

【0064】保存特性値をS1とし、S1=Qaft/Q
preとした。保存特性値S1は必ず1以下の値、0以上
の値をとり、1に近いほど特性が良いと考えることがで
きる。
Let S1 be the storage characteristic value, and S1 = Q aft / Q
pre The storage characteristic value S1 always takes a value of 1 or less and a value of 0 or more, and it can be considered that the closer to 1, the better the characteristic.

【0065】実施例1 Li2CO3(>99.9%)とMnCO3 (>99.9
%)をLi/Mn=0.51となるように秤量し、混合
後、750℃で大気中、12時間の焼成を行った。この
生成物についてX線回折測定を行ったところ、最大回折
ピークが10°<2θ<20°に単一ピークとして存在
し、且つ20°<2θ<25°に最大回折ピークの1/
10以上の強度のピークが存在しなかった。
Example 1 Li 2 CO 3 (> 99.9%) and MnCO 3 (> 99.9)
%) Was weighed so that Li / Mn = 0.51, mixed, and baked at 750 ° C. in the air for 12 hours. When X-ray diffraction measurement was performed on this product, the maximum diffraction peak was present as a single peak at 10 ° <2θ <20 °, and 1/20 of the maximum diffraction peak at 20 ° <2θ <25 °.
No peaks with an intensity of 10 or more were present.

【0066】実施例2 Li2CO3(>99.9%)とMnCO3 (>99.9
%)をLi/Mn=0.52となるように秤量し、混合
後、750℃で大気中、12時間の焼成を行った。この
生成物についてX線回折測定を行ったところ、最大回折
ピークが10°<2θ<20°に単一ピークとして存在
し、且つ20°<2θ<25°に最大回折ピークの1/
10以上の強度のピークが存在しなかった。
Example 2 Li 2 CO 3 (> 99.9%) and MnCO 3 (> 99.9)
%) Was weighed so that Li / Mn = 0.52, mixed, and then baked at 750 ° C. in the air for 12 hours. When X-ray diffraction measurement was performed on this product, the maximum diffraction peak was present as a single peak at 10 ° <2θ <20 °, and 1/20 of the maximum diffraction peak at 20 ° <2θ <25 °.
No peaks with an intensity of 10 or more were present.

【0067】実施例3 Li2CO3(>99.9%)とMnCO3 (>99.9
%)をLi/Mn=0.50となるように秤量し、混合
後、850℃で大気中、12時間の焼成を行った。この
生成物についてX線回折測定を行ったところ、最大回折
ピークが10°<2θ<20°に単一ピークとして存在
し、且つ20°<2θ<25°に最大回折ピークの1/
10以上の強度のピークが存在しなかった。
Example 3 Li 2 CO 3 (> 99.9%) and MnCO 3 (> 99.9)
%) Was weighed so that Li / Mn = 0.50, mixed, and baked at 850 ° C. in the air for 12 hours. When X-ray diffraction measurement was performed on this product, the maximum diffraction peak was present as a single peak at 10 ° <2θ <20 °, and 1/20 of the maximum diffraction peak at 20 ° <2θ <25 °.
No peaks with an intensity of 10 or more were present.

【0068】実施例4 Li2CO3(>99.9%)とMnCO3 (>99.9
%)をLi/Mn=0.50となるように秤量し、混合
後、750℃で大気中、12時間の焼成を行い、さらに
窒素気流下、500℃で2時間の処理を行った。この生
成物についてX線回折測定を行ったところ、最大回折ピ
ークが10°<2θ<20°に単一ピークとして存在
し、且つ20°<2θ<25°に最大回折ピークの1/
10以上の強度のピークが存在しなかった。
Example 4 Li 2 CO 3 (> 99.9%) and MnCO 3 (> 99.9)
%) Was weighed so that Li / Mn = 0.50, mixed, baked at 750 ° C. in the air for 12 hours, and further processed at 500 ° C. for 2 hours under a nitrogen stream. When X-ray diffraction measurement was performed on this product, the maximum diffraction peak was present as a single peak at 10 ° <2θ <20 °, and 1/20 of the maximum diffraction peak at 20 ° <2θ <25 °.
No peaks with an intensity of 10 or more were present.

【0069】比較例1 Li2CO3(>99.9%)とMnCO3 (>99.9
%)をLi/Mn=0.50となるように秤量し、混合
後、750℃で大気中、12時間の焼成を行った。この
生成物についてX線回折測定を行ったところ、上記条件
を満たさなかった。
Comparative Example 1 Li 2 CO 3 (> 99.9%) and MnCO 3 (> 99.9)
%) Was weighed so that Li / Mn = 0.50, mixed, and then baked at 750 ° C. in the air for 12 hours. When the X-ray diffraction measurement was performed on this product, the above conditions were not satisfied.

【0070】これら各実施例、比較例で得られた生成物
を用いてコインセルを作製し、先の評価方法に従って高
温保存特性値S1を算出した。結果を表1に示す。
A coin cell was manufactured using the products obtained in each of the examples and comparative examples, and the high-temperature storage characteristic value S1 was calculated in accordance with the above evaluation method. Table 1 shows the results.

【0071】[0071]

【表1】 [Table 1]

【0072】この表1から明らかなように、Li/Mn
が0.50でない原子含有比、または850℃なる高
温、さらには酸素分圧が大気中より少ない環境での熱処
理等の条件下で生成し、最大回折ピークが10°<2θ
<20°に単一ピークとして存在し、且つ20°<2θ
<25°に最大回折ピークの1/10以上の強度のピー
クが存在しないという特徴を持つリチウム含有マンガン
酸化物を用いた電池は、高温保存安定性に優れる。
As is clear from Table 1, Li / Mn
Is generated at an atomic content ratio not equal to 0.50, or at a high temperature of 850 ° C., and further under conditions such as heat treatment in an environment where the oxygen partial pressure is lower than in the atmosphere, and the maximum diffraction peak is 10 ° <2θ.
Present as a single peak at <20 ° and 20 ° <2θ
A battery using a lithium-containing manganese oxide having a feature that a peak having an intensity of 1/10 or more of the maximum diffraction peak does not exist at <25 ° has excellent high-temperature storage stability.

【0073】<実験2>本実験では、結晶構造の相違に
よる電池性能の違いについて検討した。
<Experiment 2> In this experiment, the difference in battery performance due to the difference in crystal structure was examined.

【0074】正極の作製は、先の実験1と同様にして行
った。
The production of the positive electrode was performed in the same manner as in Experiment 1 described above.

【0075】充電は、活物質60mgを担持させたペレ
ットに対極としてリチウム金属を配してコインセル(2
025)に組み込み、電解液としてプロピレンカーボネ
ートPC+ジメチルカーボネートDMC(1:1)/1
MLiPF6 を用いて行った。そして、4.5Vまでの
定電流充電を行った後、電圧を4.5Vにキープし電流
が0.01mA/cm2 以下になった時点で充電終了と
した。その後、放電を行い、電圧が3.0Vまで低下し
た時点で放電終了とした。
For charging, a coin cell (2) was prepared by arranging lithium metal as a counter electrode on a pellet carrying 60 mg of the active material.
025) and propylene carbonate PC + dimethyl carbonate DMC (1: 1) / 1
Performed using MLiPF 6 . After the battery was charged at a constant current up to 4.5 V, the voltage was kept at 4.5 V, and the charge was terminated when the current became 0.01 mA / cm 2 or less. Thereafter, discharging was performed, and when the voltage dropped to 3.0 V, the discharging was terminated.

【0076】なお、充電、放電共に、常温下(23℃)
及び高温下(60℃)で行った。
Both charging and discharging are performed at normal temperature (23 ° C.).
And at a high temperature (60 ° C.).

【0077】サイクル特性(常温、高温)の指標となる
物性値は、以下のようにして算出した。
The physical property values used as indices of the cycle characteristics (normal temperature, high temperature) were calculated as follows.

【0078】先ず、最初に4.5Vまで充電するのに必
要な電気量(mAh)をQcと置く。その後、3.0V
まで放電を行い、再び充電を行う。このプロセスを30
回繰り返した後の放電量Qdを測定する。
First, the quantity of electricity (mAh) required to initially charge to 4.5 V is set as Qc. After that, 3.0V
Discharge until then and charge again. This process is 30
The discharge amount Qd after the repetition is measured.

【0079】サイクル特性値(容量維持率)をS2と置
き、S2はS2=Qd/Qcとする。S2は必ず1以下
の値、0以上の値をとり、1に近いほど特性が良いもの
と考えることができる。
The cycle characteristic value (capacity maintenance ratio) is set as S2, and S2 is S2 = Qd / Qc. S2 always takes a value of 1 or less and a value of 0 or more, and it can be considered that the closer to 1, the better the characteristics.

【0080】リチウム含有マンガン酸化物の結晶構造の
相違は、X線回折パターンの放電深度依存性により判断
した。X線回折パターンの放電深度依存性は、以下の条
件で測定した。
The difference in the crystal structure of the lithium-containing manganese oxide was determined from the dependence of the X-ray diffraction pattern on the depth of discharge. The depth of discharge dependence of the X-ray diffraction pattern was measured under the following conditions.

【0081】すなわち、上述のコインセルを用いて4.
5Vまで充電した後、所定の電気量に相当する0.1m
A/cm2 の低速放電を行った後、正極活物質を取り出
し、ジメチルカーボネートで洗浄した後、X線回折パタ
ーンを測定した。
That is, using the coin cell described above, 4.
After charging to 5 V, 0.1 m corresponding to a predetermined amount of electricity
After a low-speed discharge of A / cm 2 , the positive electrode active material was taken out, washed with dimethyl carbonate, and the X-ray diffraction pattern was measured.

【0082】測定には、リガクRINT2500回転対
陰極を用いた。測定条件は、次の通りである。すなわ
ち、特性X線はCuKα線、電流100mA,電圧40
kV、ゴニオメータは縦型標準(半径185mm)、カ
ウンタモノクロメータ使用、フィルタ使用せず、設定ス
リット幅はDR,RS,SSがそれぞれ1°,1°,
1.5mm、計数装置シンチレーションカウンター、測
定法は反射法(連続スキャン)、走査範囲は10°<2
θ<80°、スキャンスピードは4°/分である。
For the measurement, a Rigaku RINT 2500 rotating counter cathode was used. The measurement conditions are as follows. That is, the characteristic X-ray is CuKα ray, current 100 mA, voltage 40
kV, goniometer vertical type standard (radius 185 mm), counter monochromator used, no filter used, set slit width DR, RS, SS 1 °, 1 °, respectively
1.5 mm, counter scintillation counter, measurement method is reflection method (continuous scan), scan range is 10 ° <2
θ <80 °, and the scan speed is 4 ° / min.

【0083】なお、本プロセスは、より簡便に以下に記
すような化学合成の手法によっても行うことができる。
The present process can be carried out more simply by a chemical synthesis method as described below.

【0084】すなわち、先ず、合成した試料15gをH
Cl:H2O =1:33の溶液500mlに投入して室
温で5時間撹拌する。得られた沈殿を蒸留水で良く洗浄
し、真空中、室温で乾燥する。このプロセスによりLi
が引き抜かれ、Li0.15Mn24が得られる。
That is, first, 15 g of the synthesized sample was
The solution is added to 500 ml of a solution of Cl: H 2 O = 1: 33 and stirred at room temperature for 5 hours. The precipitate obtained is thoroughly washed with distilled water and dried in vacuo at room temperature. This process allows Li
Is extracted to obtain Li 0.15 Mn 2 O 4 .

【0085】この粉末1gと所定量のLiIを500m
lのアセトニトリル中で24時間混合し、沈殿をアクリ
ロニトリルで良く洗浄することで任意のx値のLix
24 (0.15<x<1.0)が得られる。
1 g of this powder and a predetermined amount of LiI
1 x acetonitrile for 24 hours and the precipitate is washed well with acrylonitrile to give any x value of Li x M
n 2 O 4 (0.15 <x <1.0) is obtained.

【0086】ここで、x値が放電深度に相当する。この
ようにして作製した試料のX線回折パターンの放電深度
依存性は、コインセルにより得られた試料のものとほぼ
同じであった。
Here, the x value corresponds to the depth of discharge. The dependence of the X-ray diffraction pattern on the depth of discharge of the sample thus produced was almost the same as that of the sample obtained by the coin cell.

【0087】実施例5 Li2CO3(>99.9%)とMnCO3 (>99.9
%)を生成物の最終組成がLi(Li0.02Mn1.98)O
4 となるように秤量し、混合後、750℃で大気中、1
2時間の焼成を行った。
Example 5 Li 2 CO 3 (> 99.9%) and MnCO 3 (> 99.9)
%) And the final composition of the product is Li (Li 0.02 Mn 1.98 ) O
4 and were weighed so as to, after mixing, in the air at 750 ° C., 1
The firing was performed for 2 hours.

【0088】実施例6 Li2CO3(>99.9%)とMnCO3 (>99.9
%)を生成物の最終組成がLi(Li0.05Mn1.95)O
4 となるように秤量し、混合後、750℃で大気中、1
2時間の焼成を行った。
Example 6 Li 2 CO 3 (> 99.9%) and MnCO 3 (> 99.9)
%) When the final composition of the product is Li (Li 0.05 Mn 1.95 ) O
4 and were weighed so as to, after mixing, in the air at 750 ° C., 1
The firing was performed for 2 hours.

【0089】実施例7 Li2CO3(>99.9%)とMnCO3 (>99.9
%)をLi/Mn=0.50となるように秤量し、混合
後、650℃で大気中、12時間の焼成を行った。この
とき、焼成温度が低いので、陽イオンサイトに欠陥が導
入される。
Example 7 Li 2 CO 3 (> 99.9%) and MnCO 3 (> 99.9)
%) Was weighed so that Li / Mn = 0.50, mixed, and baked at 650 ° C. in the air for 12 hours. At this time, since the firing temperature is low, defects are introduced into the cation sites.

【0090】実施例8 Li2CO3(>99.9%)とMnCO3 (>99.9
%)、CoCO3 を生成物の最終組成がLi(Mn1.95
Co0.05)O4 となるように秤量し、混合後、750℃
で大気中、12時間の焼成を行った。
Example 8 Li 2 CO 3 (> 99.9%) and MnCO 3 (> 99.9)
%) And CoCO 3 with a final composition of Li (Mn 1.95
Co 0.05 ) O 4 , weighed and mixed, then 750 ° C
For 12 hours in the atmosphere.

【0091】実施例9 Li2CO3(>99.9%)とMnCO3 (>99.9
%)、CrCO3 を生成物の最終組成がLi(Mn1.95
Cr0.05)O4 となるように秤量し、混合後、750℃
で大気中、12時間の焼成を行った。
Example 9 Li 2 CO 3 (> 99.9%) and MnCO 3 (> 99.9)
%), The final composition of the product CrCO 3 is Li (Mn 1.95
Cr 0.05 ) O 4 , weighed and mixed, 750 ° C
For 12 hours in the atmosphere.

【0092】比較例2 Li2CO3(>99.9%)とMnCO3 (>99.9
%)をLi/Mn=0.50となるように秤量し、混合
した後、750℃で大気中、12時間の焼成を行った。
Comparative Example 2 Li 2 CO 3 (> 99.9%) and MnCO 3 (> 99.9)
%) Was weighed so that Li / Mn = 0.50, mixed, and then baked at 750 ° C. in the air for 12 hours.

【0093】上記各実施例及び比較例で作製した試料を
正極活物質とするコイン型電池について、X線回折パタ
ーンの放電深度依存性を測定し、ピーク強度I0及び
1、半値幅FWHM1及びFWHM0を計測した。測定
結果を図1及び図2に示す。
With respect to a coin-type battery using the samples prepared in the above Examples and Comparative Examples as a positive electrode active material, the dependence of the X-ray diffraction pattern on the depth of discharge was measured, and the peak intensities I 0 and I 1 , the half width FWHM 1 And FWHM 0 were measured. The measurement results are shown in FIGS.

【0094】また、上記各実施例及び比較例で作製した
試料を正極活物質とするコイン型電池について、常温
(23℃)でのサイクル特性及び高温(60℃)でのサ
イクル特性を測定した。結果を図3及び図4に示す。
The cycle characteristics at room temperature (23 ° C.) and the cycle characteristics at high temperature (60 ° C.) were measured for the coin batteries using the samples prepared in the above Examples and Comparative Examples as the positive electrode active material. The results are shown in FIGS.

【0095】700℃以下で合成した陽イオン欠損を有
するリチウム含有マンガン酸化物、またはMnを適当な
他元素で置換したリチウム含有マンガン酸化物は、X線
回折パターンの放電深度依存性において所定の特徴を有
し、これを用いた電池は、特に高温時にもサイクル特性
が良好であることが明白であり、実用上の利点は大きい
と言える。
Lithium-containing manganese oxide having a cation deficiency synthesized at 700 ° C. or lower, or lithium-containing manganese oxide in which Mn is substituted by an appropriate other element has predetermined characteristics in the dependence of the X-ray diffraction pattern on the depth of discharge. It is clear that the battery using this has good cycle characteristics, especially at high temperatures, and it can be said that the battery has a great practical advantage.

【0096】<実験3>本実験では、DSC曲線と電池
特性の関係について調べた。
<Experiment 3> In this experiment, the relationship between the DSC curve and the battery characteristics was examined.

【0097】正極の作製は、先の実験1と同様にして行
った。また、合成した試料の相同定はX線回折法を用い
て行った。測定条件は、下記の通りである。
The production of the positive electrode was carried out in the same manner as in Experiment 1 described above. Further, the phase identification of the synthesized sample was performed by using the X-ray diffraction method. The measurement conditions are as follows.

【0098】 装置 リガクRINT2500回転対対極 X線 CuKα線、電流100mA、電圧40kV ゴニオメータ 縦型標準、半径185mm カウンタモノクロメータ 使用 フィルタ 使用しない スリット 発散スリット(DS)1° 散乱スリット(RS)1° 受光スリット(SS)1.5mm 計数装置 シンチレーションカウンタ 測定法 平射法、連続スキャン 走査範囲 10°<2θ<100° スキャンスピード 4°/分 サイクル特性の評価は、定電流法により行い、4.2V
〜3.0Vの電位範囲で繰り返し充放電試験を行った。
充電及び放電の電流密度は1mA/cm2 に固定した。
また、充電放電ともに常温(23℃)で行った。
Apparatus Rigaku RINT 2500 rotation counter electrode X-ray CuKα ray, current 100 mA, voltage 40 kV Goniometer Vertical standard, radius 185 mm Counter monochromator Use filter Not used Slit Diverging slit (DS) 1 ° Scattering slit (RS) 1 ° Receiving slit (SS) 1.5mm counter Scintillation counter Measuring method Straight irradiation method, continuous scan Scanning range 10 ° <2θ <100 ° Scan speed 4 ° / min The cycle characteristics are evaluated by the constant current method and 4.2V.
The charge / discharge test was repeatedly performed in the potential range of up to 3.0 V.
The charge and discharge current densities were fixed at 1 mA / cm 2 .
In addition, both charging and discharging were performed at normal temperature (23 ° C.).

【0099】また、上述のコインセルを用いて4.5V
まで充電した後、所定電気量に相当する0.1mA/c
2 の低速放電を行った後、正極活物質をジメチルカー
ボネートで洗浄し、これについて結晶構造変化を調べ
た。
Also, it is possible to use the above-mentioned coin cell for 4.5V.
After charging to 0.1 mA / c corresponding to a predetermined amount of electricity
After performing a low-speed discharge of m 2 , the positive electrode active material was washed with dimethyl carbonate, and a change in crystal structure was examined.

【0100】結晶構造変化の判定は、示差走査熱量測定
法(DSC)により行った。測定条件は以下の通りであ
る。
The determination of the change in crystal structure was made by differential scanning calorimetry (DSC). The measurement conditions are as follows.

【0101】 装置 Shinku-Rio ULVAC Differential Scann
ing Calorimeter 7000 昇温スピード 10℃/分 降温スピード 10℃/分 測定温度範囲 −100℃〜150℃ 測定試料の重量 25mg 実施例10Li2CO3(>99.9%)とMnCO
3 (>99.9%)を生成物の最終組 成がLi(Li0.02Mn1.98)O4 となるように秤量
し、混合後、750℃で大気中、12時間の焼成を行っ
た。
Apparatus Shinku-Rio ULVAC Differential Scann
ing Calorimeter 7000 Heating speed 10 ° C / min Cooling speed 10 ° C / min Measurement temperature range -100 ° C to 150 ° C Weight of measurement sample 25mg Example 10 Li 2 CO 3 (> 99.9%) and MnCO
3 (> 99.9%) was weighed so that the final composition of the product was Li (Li 0.02 Mn 1.98 ) O 4 , mixed, and then calcined at 750 ° C. in the air for 12 hours.

【0102】実施例11 Li2CO3(>99.9%)とMnCO3 (>99.9
%)を生成物の最終組成がLi(Li0.05Mn1.95)O
4 となるように秤量し、混合後、750℃で大気中、1
2時間の焼成を行った。
Example 11 Li 2 CO 3 (> 99.9%) and MnCO 3 (> 99.9)
%) When the final composition of the product is Li (Li 0.05 Mn 1.95 ) O
4 and were weighed so as to, after mixing, in the air at 750 ° C., 1
The firing was performed for 2 hours.

【0103】実施例12 Li2CO3(>99.9%)とMnCO3 (>99.9
%)をLi:Mn=1:2となるように秤量し、混合
後、650℃で大気中、12時間の焼成を行った。この
とき、焼成温度が低いので、陽イオンサイトに欠陥が導
入された。
Example 12 Li 2 CO 3 (> 99.9%) and MnCO 3 (> 99.9)
%) Was weighed so that Li: Mn = 1: 2, mixed, and baked at 650 ° C. in the air for 12 hours. At this time, since the firing temperature was low, defects were introduced into the cation sites.

【0104】実施例13 Li2CO3(>99.9%)とMnCO3 (>99.9
%)、CoCO3 を生成物の最終組成がLi(Mn1.95
Co0.05)O4 となるように秤量し、混合後、750℃
で大気中、12時間の焼成を行った。
Example 13 Li 2 CO 3 (> 99.9%) and MnCO 3 (> 99.9)
%) And CoCO 3 with a final composition of Li (Mn 1.95
Co 0.05 ) O 4 , weighed and mixed, then 750 ° C
For 12 hours in the atmosphere.

【0105】実施例14 Li2CO3(>99.9%)とMnCO3 (>99.9
%)、CrCO3 を生成物の最終組成がLi(Mn1.95
Cr0.05)O4 となるように秤量し、混合後、750℃
で大気中、12時間の焼成を行った。
Example 14 Li 2 CO 3 (> 99.9%) and MnCO 3 (> 99.9)
%), The final composition of the product CrCO 3 is Li (Mn 1.95
Cr 0.05 ) O 4 , weighed and mixed, 750 ° C
For 12 hours in the atmosphere.

【0106】比較例3 Li2CO3(>99.9%)とMnCO3 (>99.9
%)をLi:Mn=1:2となるように秤量し、混合し
た後、750℃で大気中、12時間の焼成を行った。
Comparative Example 3 Li 2 CO 3 (> 99.9%) and MnCO 3 (> 99.9)
%) Was weighed so that Li: Mn = 1: 2, mixed, and then baked at 750 ° C. in the air for 12 hours.

【0107】上記各実施例及び比較例で作製した試料を
正極活物質とし、放電深度50%以上、90%以下にお
けるDSC曲線を上記条件に従って測定した。結果を図
5に示す。
The samples prepared in the above Examples and Comparative Examples were used as the positive electrode active material, and the DSC curves at a discharge depth of 50% or more and 90% or less were measured under the above conditions. FIG. 5 shows the results.

【0108】比較例の試料では、50℃近傍に吸熱ピー
ク、放熱ピークが見られる。これに対して、各実施例の
試料では、10J/g以上の吸熱ピークや放熱ピークは
全く見られない。
In the sample of the comparative example, an endothermic peak and an exothermic peak are observed at around 50 ° C. On the other hand, in the samples of the examples, no endothermic peak or heat release peak of 10 J / g or more was observed at all.

【0109】また、上記各実施例及び比較例で作製した
試料を正極活物質とするコイン型電池について、常温
(23℃)でのサイクル特性を上記条件にしたがって測
定した。結果を図6に示す。
The cycle characteristics at room temperature (23 ° C.) of the coin type batteries using the samples prepared in the above Examples and Comparative Examples as the positive electrode active material were measured under the above conditions. FIG. 6 shows the results.

【0110】陽イオン欠損を有するリチウム含有マンガ
ン酸化物、またはMnを適当な他元素で置換したリチウ
ム含有マンガン酸化物は、DSC曲線において吸熱ピー
ク,放熱ピークを持たないという特徴を有し、これを用
いた電池はサイクル特性が良好であることが明白であ
り、実用上の利点は大きいと言える。
The lithium-containing manganese oxide having a cation defect or the lithium-containing manganese oxide obtained by substituting Mn with an appropriate other element has a feature that it does not have an endothermic peak and an exothermic peak in a DSC curve. It is clear that the used battery has good cycle characteristics, and it can be said that the practical advantage is large.

【0111】[0111]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、容量、高温保存性、高温サイクル特性等の
点で優れた性能を有する電池用正極、非水電解質二次電
池を提供することが可能である。
As is clear from the above description, according to the present invention, a positive electrode for a battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent performance in terms of capacity, high-temperature storage stability, high-temperature cycle characteristics and the like are provided. It is possible to provide.

【0112】さらに、本発明によれば、正極活物質の構
成元素として稀少元素であるCoが不要であり、その合
成も容易であることから、地球環境の観点や製造コスト
の観点等からも非常に有利である。
Furthermore, according to the present invention, Co, which is a rare element, is not required as a constituent element of the positive electrode active material, and its synthesis is easy. Therefore, from the viewpoint of the global environment and the production cost, it is very difficult. Is advantageous.

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

【図1】実施例5〜9及び比較例2における放電深度と
1/I0の関係を示す特性図である。
FIG. 1 is a characteristic diagram showing the relationship between the depth of discharge and I 1 / I 0 in Examples 5 to 9 and Comparative Example 2.

【図2】実施例5〜9及び比較例2における放電深度と
FWHM1/FWHM0の関係を示す特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a discharge depth and FWHM 1 / FWHM 0 in Examples 5 to 9 and Comparative Example 2.

【図3】実施例5〜9及び比較例2における23℃での
サイクル特性を示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing cycle characteristics at 23 ° C. in Examples 5 to 9 and Comparative Example 2.

【図4】実施例5〜9及び比較例2における60℃での
サイクル特性を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing cycle characteristics at 60 ° C. in Examples 5 to 9 and Comparative Example 2.

【図5】実施例10〜14及び比較例3におけるDSC
曲線を示す特性図である。
FIG. 5 shows DSC in Examples 10 to 14 and Comparative Example 3.
It is a characteristic view showing a curve.

【図6】実施例10〜14及び比較例3におけるサイク
ル特性を示す特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing cycle characteristics in Examples 10 to 14 and Comparative Example 3.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山浦 潔 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 遠藤 琢哉 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 5H003 AA02 AA03 AA04 BB01 BB02 BB05 BC06 BD00 BD01 5H014 AA02 CC00 EE05 EE08 EE10 HH00 HH08 5H029 AJ03 AJ04 AJ05 AK03 AL06 AL12 DJ04 DJ17 HJ00 HJ13 HJ14 HJ16  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kiyoshi Yamaura 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation (72) Inventor Takuya Endo 6-35, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation F-term (reference)

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 遷移金属複合酸化物を正極活物質として
含み、 上記遷移金属複合酸化物は、CuKα線を用いたX線回
折での最大回折ピークが10°<2θ<20°に単一ピ
ークとして存在し、且つ20°<2θ<25°に最大回
折ピークの1/10以上の強度のピークが存在しないこ
とを特徴とする電池用正極。
1. A transition metal composite oxide as a positive electrode active material, wherein the transition metal composite oxide has a single peak at 10 ° <2θ <20 ° in X-ray diffraction using CuKα ray. And a peak having an intensity of 1/10 or more of the maximum diffraction peak does not exist at 20 ° <2θ <25 °.
【請求項2】 上記遷移金属複合酸化物は、スピネル構
造を有することを特徴とする請求項1記載の電池用正
極。
2. The positive electrode for a battery according to claim 1, wherein the transition metal composite oxide has a spinel structure.
【請求項3】 上記遷移金属複合酸化物は、リチウム含
有マンガン酸化物であることを特徴とする請求項1記載
の電池用正極。
3. The positive electrode for a battery according to claim 1, wherein the transition metal composite oxide is a manganese oxide containing lithium.
【請求項4】 遷移金属複合酸化物を正極活物質として
含む正極と、炭素質材料またはリチウム系金属を負極活
物質として含む負極と、セパレータとを有してなり、 上記遷移金属複合酸化物は、CuKα線を用いたX線回
折での最大回折ピークが10°<2θ<20°に単一ピ
ークとして存在し、且つ20°<2θ<25°に最大回
折ピークの1/10以上の強度のピークが存在しないこ
とを特徴とする非水電解質二次電池。
4. A positive electrode including a transition metal composite oxide as a positive electrode active material, a negative electrode including a carbonaceous material or a lithium-based metal as a negative electrode active material, and a separator. , The maximum diffraction peak in X-ray diffraction using CuKα ray exists as a single peak at 10 ° <2θ <20 °, and has an intensity of 1/10 or more of the maximum diffraction peak at 20 ° <2θ <25 °. A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by having no peak.
【請求項5】 上記遷移金属複合酸化物は、スピネル構
造を有することを特徴とする請求項4記載の非水電解質
二次電池。
5. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, wherein the transition metal composite oxide has a spinel structure.
【請求項6】 上記遷移金属複合酸化物は、リチウム含
有マンガン酸化物であることを特徴とする請求項4記載
の非水電解質二次電池。
6. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, wherein the transition metal composite oxide is a lithium-containing manganese oxide.
【請求項7】 遷移金属複合酸化物を正極活物質として
含み、 上記遷移金属複合酸化物は、放電深度50%〜90%の
範囲内において、少なくとも1以上のX線回折ピークの
X線回折強度の最小値I1 が放電深度100%でのX線
回折強度I0 に対しI1/I0>0.5なる関係を満たす
ことを特徴とする電池用正極。
7. A transition metal composite oxide as a positive electrode active material, wherein the transition metal composite oxide has an X-ray diffraction intensity of at least one or more X-ray diffraction peaks within a discharge depth range of 50% to 90%. Wherein the minimum value I 1 of the above satisfies the relationship of I 1 / I 0 > 0.5 with respect to the X-ray diffraction intensity I 0 at a depth of discharge of 100%.
【請求項8】 上記遷移金属複合酸化物は、放電深度5
0%〜90%の範囲内において、少なくとも1以上のX
線回折ピークの半値幅の最大値FWHM1 が放電深度1
00%での当該X線回折ピークの半値幅FWHM0 に対
しFWHM1/FWHM0<1.3なる関係を満たすこと
を特徴とする請求項7記載の電池用正極。
8. The transition metal composite oxide has a discharge depth of 5
Within the range of 0% to 90%, at least one X
The maximum value FWHM 1 of the half width of the X-ray diffraction peak is 1
8. The positive electrode for a battery according to claim 7, wherein a relationship of FWHM 1 / FWHM 0 <1.3 is satisfied with respect to a half width FWHM 0 of the X-ray diffraction peak at 00%.
【請求項9】 上記遷移金属複合酸化物は、スピネル構
造を有することを特徴とする請求項7記載の電池用正
極。
9. The positive electrode for a battery according to claim 7, wherein the transition metal composite oxide has a spinel structure.
【請求項10】 上記遷移金属複合酸化物は、リチウム
含有マンガン酸化物であることを特徴とする請求項7記
載の電池用正極。
10. The positive electrode for a battery according to claim 7, wherein the transition metal composite oxide is a manganese oxide containing lithium.
【請求項11】 遷移金属複合酸化物を正極活物質とし
て含む正極と、炭素質材料またはリチウム系金属を負極
活物質として含む負極と、セパレータとを有してなり、 上記遷移金属複合酸化物は、放電深度50%〜90%の
範囲内において、少なくとも1以上のX線回折ピークの
X線回折強度の最小値I1 が放電深度100%でのX線
回折強度I0 に対しI1/I0>0.7なる関係を満たす
ことを特徴とする非水電解質二次電池。
11. A positive electrode including a transition metal composite oxide as a positive electrode active material, a negative electrode including a carbonaceous material or a lithium-based metal as a negative electrode active material, and a separator. , within the scope of the discharge depth 50% to 90%, the minimum value I 1 of the X-ray diffraction intensity of at least one or more X-ray diffraction peak with respect to X-ray diffraction intensity I 0 at 100% depth of discharge I 1 / I A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by satisfying a relationship of 0 > 0.7.
【請求項12】 上記遷移金属複合酸化物は、放電深度
50%〜90%の範囲内において、少なくとも1以上の
X線回折ピークの半値幅の最大値FWHM1 が放電深度
100%での当該X線回折ピークの半値幅FWHM0
対しFWHM1/FWHM0<1.3なる関係を満たすこ
とを特徴とする請求項11記載の非水電解質二次電池。
12. The transition metal composite oxide has a maximum FWHM 1 of at least one or more X-ray diffraction peaks at 50% to 90% in a discharge depth of 50% to 90%. 12. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 11, wherein a relationship of FWHM 1 / FWHM 0 <1.3 is satisfied with respect to a half width FWHM 0 of a line diffraction peak.
【請求項13】 上記遷移金属複合酸化物は、スピネル
構造を有することを特徴とする請求項11記載の非水電
解質二次電池。
13. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 11, wherein the transition metal composite oxide has a spinel structure.
【請求項14】 上記遷移金属複合酸化物は、リチウム
含有マンガン酸化物であることを特徴とする請求項11
記載の非水電解質二次電池。
14. The transition metal composite oxide is a lithium-containing manganese oxide.
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the above.
【請求項15】 遷移金属複合酸化物を正極活物質とし
て含み、 上記遷移金属複合酸化物は、放電深度50%〜90%の
範囲内において、示差走査熱量測定で20℃〜80℃の
範囲に10J/g以上の吸熱−放熱ピークを示さないこ
とを特徴とする電池用正極。
15. A transition metal composite oxide as a positive electrode active material, wherein the transition metal composite oxide is in a range of 20 ° C. to 80 ° C. by differential scanning calorimetry within a discharge depth range of 50% to 90%. A positive electrode for a battery, which does not exhibit an endothermic-radiative peak of 10 J / g or more.
【請求項16】 上記遷移金属複合酸化物は、スピネル
構造を有することを特徴とする請求項15記載の電池用
正極。
16. The positive electrode for a battery according to claim 15, wherein the transition metal composite oxide has a spinel structure.
【請求項17】 上記遷移金属複合酸化物は、リチウム
含有マンガン酸化物であることを特徴とする請求項15
記載の電池用正極。
17. The method according to claim 15, wherein the transition metal composite oxide is a lithium-containing manganese oxide.
The positive electrode for a battery according to the above.
【請求項18】 遷移金属複合酸化物を正極活物質とし
て含む正極と、炭素質材料またはリチウム系金属を負極
活物質として含む負極と、セパレータとを有してなり、 上記遷移金属複合酸化物は、放電深度50%〜90%の
範囲内において、示差走査熱量測定で20℃〜80℃の
範囲に10J/g以上の吸熱−放熱ピークを示さないこ
とを特徴とする非水電解質二次電池。
18. A positive electrode including a transition metal composite oxide as a positive electrode active material, a negative electrode including a carbonaceous material or a lithium-based metal as a negative electrode active material, and a separator. A non-aqueous electrolyte secondary battery which does not exhibit an endothermic-radiative peak of 10 J / g or more in a range of 20 ° C. to 80 ° C. by differential scanning calorimetry within a range of a discharge depth of 50% to 90%.
【請求項19】 上記遷移金属複合酸化物は、スピネル
構造を有することを特徴とする請求項18記載の非水電
解質二次電池。
19. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 18, wherein the transition metal composite oxide has a spinel structure.
【請求項20】 上記遷移金属複合酸化物は、リチウム
含有マンガン酸化物であることを特徴とする請求項18
記載の非水電解質二次電池。
20. The method according to claim 18, wherein the transition metal composite oxide is a lithium-containing manganese oxide.
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the above.
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