JP2001167762A - Lithium ion battery - Google Patents

Lithium ion battery

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JP2001167762A
JP2001167762A JP34851399A JP34851399A JP2001167762A JP 2001167762 A JP2001167762 A JP 2001167762A JP 34851399 A JP34851399 A JP 34851399A JP 34851399 A JP34851399 A JP 34851399A JP 2001167762 A JP2001167762 A JP 2001167762A
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JP
Japan
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lithium
based composite
composite metal
metal oxide
ion battery
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Application number
JP34851399A
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Japanese (ja)
Inventor
Kunio Arai
邦夫 新井
Masafumi Ajiri
雅文 阿尻
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Tohoku Techno Arch Co Ltd
Original Assignee
Tohoku Techno Arch Co Ltd
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent decrease in capacitance in charging and discharging cycles of a lithium ion battery. SOLUTION: The lithium ion battery is disclosed, which comprises a positive electrode 1 made of a positive electrode material at least containing lithium- based composite metal oxides capable of occluding and discharging lithium ions; a negative electrode 2 made of a carbon-based conductive material capable of occluding and discharging lithium ions; and an organic non-aqueous electrolyte solution interposed between the positive electrode and the negative electrode. At least a portion of the lithium-based composite metal oxides has a single crystal structure.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術の分野】本発明は、リチウムイオン
を吸蔵・放出可能なコバルト酸リチウム(LiCo
)やマンガン酸リチウム(LiMn)等に例
示されるリチウム系複合金属酸化物を少なくとも含有す
る正極材料から成る正極と、リチウムイオンを吸蔵・放
出可能な黒鉛やカーボンブラック等の炭素系導電材料か
ら成る負極と、前記正極と負極間に介在するように設け
られたプロピレンカーボネート等の有機非水系電解質溶
液と、を備えたリチウムイオン電池の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to lithium cobalt oxide (LiCoO) capable of occluding and releasing lithium ions.
O 2 ), a positive electrode made of a positive electrode material containing at least a lithium-based composite metal oxide exemplified by lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), and carbon such as graphite or carbon black capable of occluding and releasing lithium ions. The present invention relates to an improvement of a lithium ion battery including a negative electrode made of a system conductive material, and an organic non-aqueous electrolyte solution such as propylene carbonate provided between the positive electrode and the negative electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、正極にLiCoO 、LiNi
或いはLiMn 等のリチウム系複合金属酸
化物を用い、負極に黒鉛等の炭素系材料を用いたリチウ
ムイオン電池は、その単位重量当りにおいて放電可能な
電力容量が大きいとともに、1セル当りの電圧が他の2
次電池であるニッカド二次電池やニッケル・水素二次電
池等に比較して高く、電圧を昇圧することなく機器を動
作できることから高エネルギー密度を有する電池として
その利用が急拡大しており、特に正極材料としてLiC
oOやLiMn 等を用いた電池は、使用する
コバルトやマンガンが資源的に比較的豊富であって安価
にて入手可能であるため、多く使用されている。
2. Description of the Related Art In recent years, LiCoO 2 , LiNi
A lithium ion battery using a lithium-based composite metal oxide such as O 2 or LiMn 2 O 4 and using a carbon-based material such as graphite for the negative electrode has a large dischargeable power capacity per unit weight and a single cell. The other two
Its use is rapidly expanding as a battery with a high energy density because it can operate equipment without boosting the voltage because it is higher than secondary batteries such as NiCd secondary batteries and nickel-metal hydride secondary batteries. LiC as cathode material
Batteries using oO 2 , LiMn 2 O 4, and the like are widely used because cobalt and manganese to be used are relatively abundant in resources and are available at low cost.

【0003】これら正極に使用される前記リチウム系複
合金属酸化物の製造法としては、従来、Ander L
undblad Bill Bergman, ”So
ldState Ionics”96(1997)17
3−181,183−193に示されるように、リチウ
ム原料としてLiCoO、コバルト原料としてCo
COを用い、これらをLi/Co=1.14となるよ
うに調整し、ベレット状に成形後、700℃で5時間反
応後、800℃で3時間のか焼処理をした後、焼成され
たペレットを粉砕かつ水で洗浄して粒子を回収する固相
法により、その平均粒径が1μm以上のリチウム系複合
金属酸化物が生成されている。
[0003] As a method for producing the lithium-based composite metal oxide used for these positive electrodes, an Ander L.
unblad Bill Bergman, "So
ldState Ionics "96 (1997) 17
As shown in FIGS. 3-181 and 183-193, Li 2 CoO 3 is used as a lithium raw material, and Co 2 is used as a cobalt raw material.
Using CO 3 , these were adjusted so that Li / Co = 1.14, molded into a bellet, reacted at 700 ° C. for 5 hours, calcined at 800 ° C. for 3 hours, and then fired. A lithium-based composite metal oxide having an average particle size of 1 μm or more is produced by a solid phase method in which pellets are crushed and washed with water to collect particles.

【0004】また、その他のリチウム系複合金属酸化物
の生成方法として、T.Ogiwara, Y.Sai
to,et.al,”Journal of the
Society of Japan”101(199
8)1159−1163に示されるように、リチウム原
料としてLiNO、コバルト原料としてCo(N
を用い、これらをLi/Co=1になるように
調整して蒸留水に溶解し、0.05から1.0mol/リ
ットルの濃度に原料溶液を調整する。このようにして調
整された原料用液を超音波噴霧熱分解装置に25℃にて
空気で霧化して供給し、乾燥温度を400℃、熱分解温
度を500〜900℃として乾燥熱分解を行うことで、
平均粒径0.56μmのLiCoOを得る噴霧熱分解
法に示される液相法がある。
As another method for producing a lithium-based composite metal oxide, T.I. Ogiwara, Y .; Sai
to, et. al, "Journal of the
Society of Japan "101 (199
8) As shown in 1159-1163, LiNO 3 is used as a lithium source, and Co (N
Using O 3 ) 2 , these are adjusted to Li / Co = 1 and dissolved in distilled water, and the raw material solution is adjusted to a concentration of 0.05 to 1.0 mol / liter. The raw material liquid thus adjusted is supplied to the ultrasonic spray pyrolysis apparatus at 25 ° C. by atomizing with air, and the dry pyrolysis is performed at a drying temperature of 400 ° C. and a pyrolysis temperature of 500 to 900 ° C. By that
There is a liquid phase method described as a spray pyrolysis method for obtaining LiCoO 2 having an average particle size of 0.56 μm.

【0005】また、その他の液相法として、Y.K.su
n,”journal of Materialas
Sciennse”(1996)3617ー3621に
示されるように、リチウム原料としてLiNO、コバ
ルト原料としてCo(NO・6HOを用い、、
これらをLi/Co=1になるように調整し、pHが1
〜2になるように硝酸で調整しながらポリアクリル酸
(PAA)と撹拌しながら混合し、70〜80℃で1
晩、ゾルが得られるまで乾燥させた後、該生成したゾル
を撹拌しながら70〜80℃で乾燥して水分を除去しゲ
ルを得るとともに、該ゲル中の有機物成分を除去する目
的で300℃で1時間熱分解させ、次いで400〜65
0℃で加熱処理してLiCoOを得るゾルゲル法があ
る。
Further, as another liquid phase method, YK.su
n, "journal of Materials
As shown in Sciencen. (1996) 3617-3621, LiNO 3 is used as a lithium raw material and Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O is used as a cobalt raw material.
These were adjusted so that Li / Co = 1, and the pH was 1
The mixture was stirred and mixed with polyacrylic acid (PAA) while adjusting with nitric acid so that
In the evening, after the sol is dried until a sol is obtained, the resulting sol is dried at 70 to 80 ° C. while stirring to remove water to obtain a gel, and at 300 ° C. for the purpose of removing organic components in the gel. For 1 hour, then 400-65
There is a sol-gel method in which heat treatment is performed at 0 ° C. to obtain LiCoO 2 .

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た各手法により得られる従来のリチウム系複合金属酸化
物の結晶構造は、多結晶または一部アモルファス相を有
する多結晶構造を有する粒子であり、充放電のサイクル
に伴って結晶粒界でのひずみが増大し、結晶構造が破壊
されるため、貯蔵または放出可能となるリチウムイオン
の量が低下するとともに、例えば前記LiMn
はMnの溶出が増大して前記エチレンカーボネート等の
有機非水系電解質溶液が酸化する等の劣化が生じること
等の理由から、徐々に電気容量が低下してしまうという
問題があった。
However, the crystal structure of the conventional lithium-based composite metal oxide obtained by each of the above-mentioned methods is a particle having a polycrystalline structure or a polycrystalline structure having a partially amorphous phase. Since the strain at the crystal grain boundaries increases with the discharge cycle and the crystal structure is destroyed, the amount of lithium ions that can be stored or released decreases, and for example, in the LiMn 2 O 4 , the elution of Mn occurs. There is a problem that the electric capacity is gradually decreased because the organic non-aqueous electrolyte solution such as ethylene carbonate is oxidized and deteriorated due to oxidation.

【0007】また、これら正極に使用されるリチウム系
複合金属酸化物は、その表面にて前述のようにリチウム
イオン貯蔵・放出が実施されることから、これら表面の
面積を拡大させることにより高い充放電速度が得られる
ようになるが、前述した各手法により得られる従来のリ
チウム系複合金属酸化物の粒子は、前述のように多結晶
構造またはアモルファス構造を含むとともに、粉砕処理
等を行わない場合にはその粒径は、約1μm以上であっ
て、これら1μm以下の粒子径で、かつ単結晶構造を有
するリチウム系複合金属酸化物を生成できなかった。
[0007] Further, the lithium-based composite metal oxide used for these positive electrodes is subjected to lithium ion storage and release on its surface as described above. Although the discharge rate can be obtained, the conventional lithium-based composite metal oxide particles obtained by each of the above-described methods have a polycrystalline structure or an amorphous structure as described above, and are not subjected to pulverization or the like. Has a particle diameter of about 1 μm or more, and a lithium-based composite metal oxide having a particle diameter of 1 μm or less and having a single crystal structure could not be produced.

【0008】よって、本発明は上記した問題点に着目し
てなされたもので、第1には、リチウムイオン電池の充
放電のサイクルにおける電気容量が低下を防止するとと
もに、第2には、前記より高速の充放電速度を有するリ
チウムイオン電池を提供することを目的としている。
Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems. First, the present invention prevents a decrease in electric capacity in a charge / discharge cycle of a lithium ion battery, and secondly, the present invention relates to It is an object of the present invention to provide a lithium ion battery having a higher charge / discharge rate.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記した問題を解決する
ために、本発明のリチウムイオン電池は、リチウムイオ
ンを吸蔵・放出可能なリチウム系複合金属酸化物を少な
くとも含有する正極材料から成る正極と、リチウムイオ
ンを吸蔵・放出可能な炭素系導電材料から成る負極と、
前記正極と負極間に介在するように設けられた有機非水
系電解質溶液と、を備えたリチウムイオン電池におい
て、前記リチウム系複合金属酸化物の少なくとも一部が
単結晶構造を有することを特徴としているこの特徴によ
れば、リチウム系複合金属酸化物の少なくとも一部を単
結晶構造とすることにより、該リチウム系複合金属酸化
物表面の結晶欠陥が抑制され、該リチウム系複合金属酸
化物が有機非水系電解質溶液に及ぼす充電時における酸
化等の触媒的な効果を抑制することが可能となり、これ
ら有機非水系電解質溶液の酸化劣化による充放電のサイ
クルにおける電気容量の低下を防止できる。また、少な
くとも一部を単結晶構造とすることで、粒子の表面エネ
ルギーを減少させることができ、粒径を小さくしてもリ
チウム系複合金属酸化物中の金属、特にはLiMn
におけるMnの溶出を低く抑えることができる。
In order to solve the above-mentioned problems, a lithium ion battery according to the present invention comprises a positive electrode made of a positive electrode material containing at least a lithium-based composite metal oxide capable of inserting and extracting lithium ions. A negative electrode made of a carbon-based conductive material capable of inserting and extracting lithium ions,
An organic nonaqueous electrolyte solution provided so as to be interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein at least a part of the lithium composite metal oxide has a single crystal structure. According to this feature, since at least a part of the lithium-based composite metal oxide has a single crystal structure, crystal defects on the surface of the lithium-based composite metal oxide are suppressed, and the lithium-based composite metal oxide is not organically-organized. It is possible to suppress catalytic effects such as oxidation during charging on the aqueous electrolyte solution, and it is possible to prevent a decrease in electric capacity in a charge / discharge cycle due to oxidative deterioration of these organic non-aqueous electrolyte solutions. Further, by making at least a part of the single crystal structure, the surface energy of the particles can be reduced, and even if the particle size is reduced, the metal in the lithium-based composite metal oxide, particularly, LiMn 2 O
4 can suppress the dissolution of Mn.

【0010】本発明のリチウムイオン電池は、前記リチ
ウム系複合金属酸化物中の金属成分が、ニッケル、コバ
ルト、マンガン、鉄の少なくとも1つであることが好ま
しい。このようにすれば、金属成分をニッケル、コバル
ト、マンガン、鉄の少なくとも1つとすることで、これ
ら各金属は、資源的に比較的豊富であって安価にて入手
可能であるため、安価にてリチウムイオン電池を製造で
きる。
[0010] In the lithium ion battery of the present invention, the metal component in the lithium-based composite metal oxide is preferably at least one of nickel, cobalt, manganese, and iron. In this way, by setting the metal component to at least one of nickel, cobalt, manganese, and iron, each of these metals is relatively abundant in resources and can be obtained at low cost. A lithium ion battery can be manufactured.

【0011】本発明のリチウムイオン電池は、前記リチ
ウム系複合金属酸化物が、粒径約0.1〜1μmの微粉
末であることが好ましい。このようにすれば、従来に比
較して粒子径を小さくすることで、リチウム系複合金属
酸化物の表面積を増大させることができ、よって高い充
放電速度を有するリチウムイオン電池を提供できる。
In the lithium ion battery of the present invention, it is preferable that the lithium-based composite metal oxide is a fine powder having a particle size of about 0.1 to 1 μm. By doing so, the surface area of the lithium-based composite metal oxide can be increased by reducing the particle diameter as compared with the conventional art, and a lithium ion battery having a high charge / discharge rate can be provided.

【0012】本発明のリチウムイオン電池は、前記少な
くとも一部が単結晶構造を有するリチウム系複合金属酸
化物が、超臨界または亜臨界状態の水を溶媒とした水熱
反応にて生成されていることが好ましい。このようにす
れば、生成条件を適宜に制御することにより、前記単結
晶を有するリチウム系複合金属酸化物を効率良く生成で
きるとともに、従来に比較して小さな粒子径のリチウム
系複合金属酸化物を連続的にかつ安価にて得ることもで
きる。
In the lithium ion battery of the present invention, the lithium-based composite metal oxide having at least a portion having a single crystal structure is generated by a hydrothermal reaction using water in a supercritical or subcritical state as a solvent. Is preferred. In this way, by appropriately controlling the production conditions, the lithium-based composite metal oxide having the single crystal can be efficiently produced, and the lithium-based composite metal oxide having a smaller particle size than the conventional one can be produced. It can also be obtained continuously and at low cost.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
1に基づき説明する。尚、図1は本発明に係るリチウム
イオン電池の分解斜視図である。図1に示すように、本
発明のリチウムイオン電池の構造は、アルミニウムから
成る有底筒状の外装ケース7を有しており、この外装ケ
ース7内には、アルミニウムから成る芯体に、LiCo
と導電材としてケッチェンブラック(ライオンアク
ゾ社製商品名)並びにバインダとしてテフロン(ポリテ
トラフルオロエチレン;PTFE 三井・デュポンフロ
ロケミカル社製商品面)とから成るシート状の正極材が
形成された正極1と、銅から成る芯体に天然黒鉛を主体
とする活物質層が形成された負極2と、これら正極1お
よび負極2を離間するセパレータ3とから成る発電セル
9が収納されている。上記外装ケース7内には、有機非
水系電解質溶液であるプロピレンカーボネート(PC)
溶媒に、電解質としてLiPF が1M(モル/リッ
トル)の割合で溶解された電解液が注入されており、ま
た、上記外装ケース7の開口部には、アルミニウムから
成る封口蓋8が固定されて、電池が封口、密閉される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is an exploded perspective view of the lithium ion battery according to the present invention. As shown in FIG. 1, the structure of the lithium ion battery of the present invention has a bottomed cylindrical outer case 7 made of aluminum.
A sheet-shaped positive electrode material composed of O 2 and Ketjen Black (trade name, manufactured by Lion Akzo) as a conductive material, and Teflon (polytetrafluoroethylene; PTFE, product surface manufactured by DuPont-Mitsui Fluorochemicals) as a binder was formed. A power generation cell 9 including a positive electrode 1, a negative electrode 2 in which an active material layer mainly composed of natural graphite is formed on a core made of copper, and a separator 3 separating the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are housed. In the outer case 7, propylene carbonate (PC) which is an organic non-aqueous electrolyte solution is provided.
An electrolyte in which LiPF 6 as an electrolyte is dissolved at a rate of 1 M (mol / liter) is injected into the solvent, and a sealing lid 8 made of aluminum is fixed to an opening of the outer case 7. The battery is sealed and sealed.

【0014】更に、上記正極1は正極集電タブ4を介し
て正極端子6に、また上記負極6は負極集電タブ5を介
して外装ケース7にそれぞれ接続され、電池内部で生じ
た化学エネルギーを電気エネルギーとして外部へ取り出
し得るようになっている。
Further, the positive electrode 1 is connected to a positive electrode terminal 6 via a positive electrode current collecting tab 4, and the negative electrode 6 is connected to an outer case 7 via a negative electrode current collecting tab 5, respectively. Can be extracted to the outside as electric energy.

【0015】ここで、上記構造のリチウムイオン電池
を、以下のようにして作製した。先ず、前記正極材は、
正極活物質としてのLiCoO を90重量%と、導
電剤としての前記ケッチェンブラックを5重量%と、バ
インダとしてテフロンを5重量%と、を所定量の溶剤と
してのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に混合、
溶解して正極用スラリーを調製した後、この正極用スラ
リーを正極集電体としてのアルミニウム箔(厚さ:20
μm)の両面に塗布した。その後、前記溶剤であるN−
メチル−2−ピロリドン(NMP)を乾燥し、ローラー
で所定の厚みにまで圧縮した後、所定の幅及び長さにな
るように切断し、更に正極集電タブ4を正極集電体に溶
接した。
Here, the lithium ion battery having the above structure was manufactured as follows. First, the positive electrode material is
90% by weight of LiCoO 2 as a positive electrode active material, 5% by weight of Ketjen black as a conductive agent, and 5% by weight of Teflon as a binder, and N-methyl-2-pyrrolidone as a predetermined amount of a solvent. (NMP),
After melting to prepare a slurry for the positive electrode, this slurry for the positive electrode was used as an aluminum foil (thickness: 20) as a positive electrode current collector.
μm). Then, the solvent N-
Methyl-2-pyrrolidone (NMP) was dried, compressed to a predetermined thickness by a roller, cut to a predetermined width and length, and the positive electrode current collector tab 4 was welded to the positive electrode current collector. .

【0016】これと並行して、負極活物質としての天然
黒鉛粉末を95重量%と、バインダーとしてのポリフッ
化ビニリデン(PVDF)を5重量%と、溶剤としての
NMP溶液とを混合して負極用スラリーを調製した後、
この負極用スラリーを負極集電体としての銅箔(厚さ:
16μm)の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、
ローラーで所定の厚みにまで圧縮した後、所定の幅及び
長さになるように切断し、更に負極集電タブ5を負極集
電体に溶接した。
At the same time, 95% by weight of natural graphite powder as the negative electrode active material, 5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF) as the binder, and an NMP solution as a solvent were mixed to form a negative electrode. After preparing the slurry,
This negative electrode slurry is coated with copper foil (thickness:
16 μm). After that, the solvent is dried,
After being compressed to a predetermined thickness by a roller, it was cut into a predetermined width and length, and the negative electrode current collector tab 5 was welded to the negative electrode current collector.

【0017】次に、上記正極1と負極2とをポリエチレ
ン製微多孔膜から成るセパレータ3(厚み:25μm)
を介して巻回して発電セル9を作製した後、この発電セ
ル9を外装ケース7内に挿入し、更に負極集電タブ5を
外装ケース7の缶底に溶接した。その後、正極集電タブ
4を、封口蓋8に溶接した。
Next, the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are combined with a separator 3 (thickness: 25 μm) made of a microporous polyethylene film.
Then, the power generation cell 9 was prepared by inserting the power generation cell 9 into the outer case 7, and the negative electrode current collecting tab 5 was welded to the bottom of the outer case 7. Thereafter, the positive electrode current collecting tab 4 was welded to the sealing lid 8.

【0018】しかる後、前記プロピレンカーボネート
(PC)に電解質であるLiClOが1M(モル/リ
ットル)の割合で溶解された電解液を外装ケース7内に
注入した後、封口蓋8にて封口することにより、円筒形
のリチウムイオン電池を作製した。尚、負極材料として
は天然黒鉛、人造黒鉛等が好適に用いられ、また電解液
の電解質としては、上記LiClOの他、LiP
、LiBF 、LiCF SO 等も用いるこ
とができる。
Thereafter, an electrolyte solution in which LiClO 4 as an electrolyte is dissolved in the propylene carbonate (PC) at a ratio of 1 M (mol / liter) is injected into the outer case 7, and then sealed with the sealing lid 8. Thus, a cylindrical lithium ion battery was manufactured. As the negative electrode material, natural graphite, artificial graphite, or the like is preferably used. As the electrolyte of the electrolytic solution, in addition to the above-mentioned LiClO 4 , LiP
F 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 and the like can also be used.

【0019】これら本発明のリチウムイオン電池の前記
正極材に用いたリチウム系複合金属酸化物であるLiC
oO の生成方法である超(亜)臨界水を用いた手法
を以下に説明する。
LiC, which is a lithium-based composite metal oxide used for the positive electrode material of the lithium ion battery of the present invention,
A method using super (sub) critical water as a method for producing oO 2 will be described below.

【0020】図2に、本実施形態に用いた装置の構成を
示す。金属塩溶融浴10内には、高温でも安定な金属塩
溶液(例えば、新日量化学株式会社製KNO−NaN
50wt%の硝酸塩類 金属熱処理剤 焼戻剤 T
−3)が収容される。そして、この中に加熱用に電熱ヒ
ータ12が浸潰されると共に、温度計測用のの熱電体1
4が配置される。そして、熱電体14により温度を計測
しながら、電熱ヒータ12による加熱を制御すること
で、金属塩溶融浴10内の金属塩溶液が所定温度に制御
される。
FIG. 2 shows the configuration of the apparatus used in this embodiment. In the metal salt melting bath 10, a metal salt solution that is stable even at high temperatures (for example, KNO 3 —NaN manufactured by Shin-Nichika Chemical Co., Ltd.)
O 3 50 wt% nitrates Metal heat treatment agent Tempering agent T
-3) is accommodated. Then, the electric heater 12 is immersed therein for heating, and the thermoelectric element 1 for temperature measurement is immersed therein.
4 are arranged. By controlling the heating by the electric heater 12 while measuring the temperature with the thermoelectric body 14, the metal salt solution in the metal salt molten bath 10 is controlled to a predetermined temperature.

【0021】そして、この金属塩溶融浴10内に反応管
16を浸漬させ、この反応管16内において、LiCo
を生成する。なお、この反応管16に接続されてい
るストップバルブ18は、反応後において反応管16内
において生成した生成ガスの回収のために取り付けたも
のである。
Then, the reaction tube 16 is immersed in the metal salt melting bath 10, and LiCo
To generate O 2. The stop valve 18 connected to the reaction tube 16 is provided for collecting the generated gas generated in the reaction tube 16 after the reaction.

【0022】このような装置により、LiCoOを製
造する場合には、まず反応管16内に原料水溶液を仕込
む。原料水溶液は、例えぱLiOHと、Co(NO
を蒸留水に溶かしたものを利用する。ここで、LiC
oOを生成するためのLi/Coは、理論的な比率で
ある1ではなく、該原料水溶液中にLiイオンがCoイ
オンよりも過剰に存在する状態とすることでLiCoO
の収量を増加することができることから好ましく、本
実施形態ではLi/Co=15程度としている。
When LiCoO 2 is produced by such an apparatus, first, a raw material aqueous solution is charged into the reaction tube 16. The raw material aqueous solution is, for example, LiOH and Co (NO 3 ).
2 dissolved in distilled water is used. Where LiC
The ratio Li / Co for producing oO 2 is not a theoretical ratio of 1, but LiCoO is set in a state where Li ions are present in excess in the raw material aqueous solution in excess of Co ions.
2 is preferable because the yield can be increased. In the present embodiment, Li / Co is set to about 15.

【0023】また、Co(NOを用いることで、
原料水溶液中にNOイオンを添加できる。このNO
は酸化剤として機能する。そこで、このNOイオンの
存在によりCo(NOとして供給したCo
Co への酸化反応を促進できる。さらに、反応管1
6中には、空気が存在するため、空気中の酸素も酸化剤
として機能する。このように、反応管16内の気相に酸
素を存在させることが好適である。
Also, by using Co (NO 3 ) 2 ,
NO 3 ions can be added to the raw material aqueous solution. This NO 3
Functions as an oxidizing agent. Therefore, Co 2 + supplied as Co (NO 3 ) 2 due to the presence of this NO 3 ion →
The oxidation reaction to Co 3 + can be promoted. Further, the reaction tube 1
Since air exists in 6, oxygen in the air also functions as an oxidizing agent. As described above, it is preferable that oxygen is present in the gas phase in the reaction tube 16.

【0024】また、LiOHを添加することで、アルカ
リモル比[OH]/[NO ]を大きくできる。こ
のアルカリモル比を大きくすることで、LiCoO
生成を促進することができる。さらに、アンモニアを添
加することで、アルカリモル比をさらに大きくできる。
すなわち、アンモニア[NH]の1分子がOH1分
子を生成すると考えられる。そして、アンモニアの添加
により、原料水溶液のpHを上昇することができ、これ
によって昇温過程におけるCoなどの生成を抑止
し、LiCoOの収量を向上することができる。
By adding LiOH, the alkali molar ratio [OH ] / [NO 3 ] can be increased. By increasing the alkali molar ratio, the production of LiCoO 2 can be promoted. Furthermore, the alkali molar ratio can be further increased by adding ammonia.
That is, it is considered that one molecule of ammonia [NH 3 ] generates one OH - 1 molecule. The addition of ammonia can raise the pH of the raw material aqueous solution, thereby suppressing the production of Co 3 O 4 and the like in the temperature raising process and improving the yield of LiCoO 2 .

【0025】そして、この原料水溶液は、金属塩溶融浴
10内の温度において、目的とする圧力になるように調
整される。ここで、この圧力は、原料水溶液を純水であ
ると仮定し、スチームテーブル(Steam Tabl
e)により算出する。例えば、反応温度400℃、反応
圧力30MPaの水の密度は、0.35g/cmであ
ることから、反応管16の容量が10cmであれば、
反応管16内の原料水溶液が合計で3.5cmになる
ように原料水溶液を仕込む。
The aqueous solution of the raw material is adjusted to a target pressure at the temperature in the metal salt melting bath 10. Here, as for this pressure, assuming that the raw material aqueous solution is pure water, a steam table (Steam Tabl) is used.
e) is calculated. For example, reaction temperature 400 ° C., the density of water in the reaction pressure 30MPa, since it is 0.35 g / cm 3, the volume of the reaction tube 16 is as long as 10 cm 3,
The raw material aqueous solution is charged so that the total amount of the raw material aqueous solution in the reaction tube 16 becomes 3.5 cm 3 .

【0026】なお、水の超臨界点は、374℃、22M
Paであり、反応条件は亜臨界または超臨界状態となる
ように設定する。原料溶液の濃度など他の条件にもよる
が、少なくとも温度250℃以上、圧力20MPa以上
という水が亜臨界状態となる条件とすることが好適であ
り、上述した水が超臨界状態となるような条件とするこ
とが特に好適である。
The supercritical point of water is 374 ° C., 22M
Pa, and the reaction conditions are set to be in a subcritical or supercritical state. Although it depends on other conditions such as the concentration of the raw material solution, it is preferable that the temperature is at least 250 ° C. or more, and the pressure is 20 MPa or more so that the water is in a subcritical state. It is particularly preferable to set the conditions.

【0027】反応管16に、原料水溶液を仕込んだ後、
反応管16を金属塩溶融浴10内に浸漬し、所定の反応
時間(例えば5〜20分程度)だけその状態に置く。次
に、反応管16を金属塩溶融浴10から取り出し、冷水
浴に入れて、反応を速やかに停止させる。
After charging the raw material aqueous solution into the reaction tube 16,
The reaction tube 16 is immersed in the metal salt melting bath 10 and kept in that state for a predetermined reaction time (for example, about 5 to 20 minutes). Next, the reaction tube 16 is taken out of the metal salt melting bath 10 and put in a cold water bath to immediately stop the reaction.

【0028】そして、反応管16の内容物を取り出し、
ろ過後水洗することによって、反応結果物であるLiC
oOの微粒子が得られる。
Then, the contents of the reaction tube 16 are taken out,
By washing with water after filtration, the reaction product LiC
Fine particles of oO 2 are obtained.

【0029】このようにして得られたLiCoOは、
図7(a)の透過型電子顕微鏡写真に示すように、不純
物が少なく、粒子径が小さく、また単結晶または単結晶
に近いものであり、電池材料として非常に好適なもので
ある。従って、リチウムイオン電池の正極材料として好
適に利用できる。
The LiCoO 2 thus obtained is:
As shown in the transmission electron micrograph of FIG. 7 (a), it has a small amount of impurities, a small particle diameter, and is a single crystal or a material close to a single crystal, and thus is very suitable as a battery material. Therefore, it can be suitably used as a positive electrode material of a lithium ion battery.

【0030】これらリチウム系複合金属酸化物であるL
iCoOの生成温度については、Li、Co2+
NO などの電荷を有するイオンは、液体中の方が安
定に存在しやすい。一方、反応後の金属酸化物である前
記LiCoOのような無極性物質は本来ガス中の方が
安定に存在しやすい。さらに、金属酸化物の溶解度は一
定圧力下では超臨界状態の水の温度を上げていくと、急
減に下がる。従って、リチウム系複合金属酸化物の生成
温度である超臨界状態の水の温度を上げていくと溶媒は
液状からガス状になり、溶質は極性のイオン状態から無
極性の酸化物への反応速度が速くなる。さらに、酸化物
の溶解度が下がることから、反応生成物としての酸化物
(この場合は、LiCoO)の析出が促進される。こ
の時酸化物生成の核発生速度が速くなるので、生成酸化
物の微粒子径は小さくなる。
These lithium-based composite metal oxides, L
Regarding the formation temperature of iCoO 2 , Li + , Co 2+ ,
Ions having a charge such as NO 3 tend to be more stably present in the liquid. On the other hand, a nonpolar substance such as LiCoO 2 , which is a metal oxide after the reaction, originally tends to exist more stably in a gas. Furthermore, the solubility of the metal oxide drops sharply as the temperature of the supercritical water increases under a constant pressure. Therefore, as the temperature of water in the supercritical state, which is the generation temperature of the lithium-based composite metal oxide, is increased, the solvent changes from a liquid state to a gaseous state, and the solute reacts from a polar ionic state to a nonpolar oxide. Is faster. Further, since the solubility of the oxide is reduced, the precipitation of the oxide (in this case, LiCoO 2 ) as a reaction product is promoted. At this time, the nucleus generation rate of oxide generation is increased, and the particle diameter of the generated oxide is reduced.

【0031】また、溶媒が液状だと析出した酸化物は、
結晶水や水酸基を取り込むが、溶媒がガス状の場合は取
り込まれない。従って、結晶化度の高い酸化物の生成が
促進され、酸化物の単結晶の微粒子が得られやすくなる
と考えられる。また、水が超臨界状態となるような条件
下では、硝酸イオンの存在によってCO2+のCo
への酸化も好適に行える。
When the solvent is liquid, the precipitated oxide is
It takes in water of crystallization and hydroxyl groups, but not when the solvent is gaseous. Therefore, it is considered that generation of an oxide having a high degree of crystallinity is promoted and single-crystal oxide fine particles are easily obtained. Further, the conditions such that the water becomes supercritical state, the CO 2+ due to the presence of nitrate Co 3 +
Oxidation can be suitably performed.

【0032】また、これらリチウム系複合金属酸化物の
生成の際、前記原料水溶液中におけるLi/Co比を大
きくし、Liイオン過剰の条件とした方がLiCoO
の収率がよい。すなわち、Li/Co比を小さくする
と、反応生成物中における目的物質でないCo
量が増加する。これは、酸化物の析出時にLiが多く存
在することで、平衡的にCoよりLiCoO
生成しやすくなるためと考えられる。原料水溶液濃度、
温度、圧力などの他の条件にもよるが、Li/Coを1
〜20、特に15〜20の範囲とすることが好適であ
る。更には、原料水溶液の全体の濃度、すなわちリチウ
ムイオンおよびコバルトイオン濃度を減少させてリチウ
ムイオンの濃度範囲を0.05mol/リットル〜2m
ol/リットルとすると、LiCoOの収量が上昇す
る。
Further, when producing these lithium-based composite metal oxides, it is better to increase the Li / Co ratio in the aqueous solution of the raw material and to make the condition of excess Li ion, so that LiCoO 2
Has a good yield. That is, when the Li / Co ratio is reduced, the amount of Co 3 O 4 that is not the target substance in the reaction product increases. This is probably because the presence of a large amount of Li during the deposition of the oxide facilitates the production of LiCoO 2 more equilibrium than Co 3 O 4 . Raw material aqueous solution concentration,
Depending on other conditions such as temperature and pressure, Li / Co is 1
-20, especially 15-20. Further, the overall concentration of the raw material aqueous solution, that is, the concentration of lithium ions and cobalt ions is reduced to increase the concentration range of lithium ions from 0.05 mol / liter to 2 m.
ol / liter, the yield of LiCoO 2 increases.

【0033】また、前記リチウム系複合金属酸化物の生
成の際、アンモニアを添加して、アルカリモル比([N
]十[OH])/[NO ]を大きくすると、
LiCoOの収率が高くなる。これは、原料水溶液の
pHを高くすることで、CO が析出、特に昇温過
程中の析出が発生しにくくなったと考えられる。製造方
法では、常温で原料水溶液を反応管16に仕込み、高温
の金属溶融浴10に浸漬する。そこで、上述した超臨界
状態が生成される前に、Coが生成してしまい、
超臨界状態においてもそのまま残留する。すなわち、昇
温後においては、LiCoOが生成されるような条件
であっても、その前にCoが生成されていれぱこ
れがそのまま反応生成物に残留してしまう。
Further, the production of the lithium-based composite metal oxide
At the time of formation, ammonia is added and an alkali molar ratio ([N
H3] 10 [OH]) / [NO3 ]
LiCoO2Yield is high. This is the
By increasing the pH, CO 3O4Precipitates, especially overheating
It is considered that precipitation during the process became difficult to occur. Manufacturing method
In the method, the raw material aqueous solution is charged into the reaction tube 16 at normal temperature,
Immersed in a metal melting bath 10. Therefore, the supercritical
Before the state is created, Co3O4Generates
It remains as it is even in the supercritical state. That is,
After warming, LiCoO2Condition that generates
Even before that, Co3O4Is generated
This remains in the reaction product as it is.

【0034】原料水溶液におけるアルカリモル比を高く
し、pHを高くすることで、溶液中におけるCo
の溶解度が高くなり、この析出が抑制され、昇温過程に
おけるCoの生成が抑制され、反応生成物中のC
の生成が抑制されると考えられる。
By increasing the alkali molar ratio and the pH in the raw material aqueous solution, Co 3 O 4 in the solution is increased.
, The precipitation is suppressed, the generation of Co 3 O 4 in the temperature raising process is suppressed, and the C in the reaction product is reduced.
It is considered that generation of o 3 O 4 is suppressed.

【0035】また、LiOHの添加量を多くすること
で、Liを多くすると共にOHの濃度を高くできる。
そこで、LiOHを多く添加することがこの点からも好
適であることがわかる。
By increasing the amount of LiOH added, it is possible to increase the amount of Li and increase the concentration of OH .
Thus, it can be seen that adding a large amount of LiOH is also preferable from this point.

【0036】これらアルカリモル比は、1〜20、特に
5程度以上とすることが好適である。これによって、反
応生成物中のLiCoOの収量を十分なものとでき
る。
It is preferable that the alkali molar ratio be 1 to 20, especially about 5 or more. Thereby, the yield of LiCoO 2 in the reaction product can be made sufficient.

【0037】なお、アルカリではなく、酸性とすること
でも、同様にCoの析出を抑制できる。これは、
酸性においても、Coの溶解度が小さくなるから
である。そして、このように、原料水溶液のpHを下げ
ることで、昇温段階において生成したCoを水に
溶解する形として、昇温後の反応の際にLiCoO
効率的に生成することができる。
It is to be noted that the deposition of Co 3 O 4 can be similarly suppressed by using an acid instead of an alkali. this is,
This is because the solubility of Co 3 O 4 is reduced even in the acidic condition. Then, by lowering the pH of the raw material aqueous solution, the Co 3 O 4 generated in the temperature raising stage is dissolved in water to efficiently generate LiCoO 2 during the reaction after the temperature raising. Can be.

【0038】また、前記リチウム系複合金属酸化物の生
成の際、NOを添加することで、原料水溶液中に酸化
剤を添加することとなる。つまりNOはNO2−に還
元されることで、CO2+をCo3+に酸化するための
酸化剤として機能する。そこで、コバルトをCo(NO
の形で添加することが好ましいことがわかる。従
って、硝酸や過酸化水素水をさらに添加して、酸化剤の
量を増加させることも好適である。例えば、硝酸アンモ
ニウム(NHNO)の形で硝酸を添加することで、
アルカリモル比を所定のものに維持しながら、硝酸を増
加することができる。
In addition, when producing the lithium-based composite metal oxide, by adding NO 3 , an oxidizing agent is added to the raw material aqueous solution. That is, NO 3 functions as an oxidizing agent for oxidizing CO 2+ to Co 3+ by being reduced to NO 2− . Therefore, cobalt is changed to Co (NO
3 ) It is understood that the addition in the form of 2 is preferable. Therefore, it is also preferable to further add nitric acid or aqueous hydrogen peroxide to increase the amount of the oxidizing agent. For example, by adding nitric acid in the form of ammonium nitrate (NH 4 NO 3 )
The nitric acid can be increased while maintaining the alkali molar ratio at a predetermined value.

【0039】さらに、Co2+の酸化には、反応管16
の気相中の酸素ガスも寄与している。従って、この気相
中の酸素の量を増加したり、オゾンガスを添加すること
も好適である。
Further, for oxidation of Co 2+ , a reaction tube 16 was used.
The oxygen gas in the gas phase also contributes. Therefore, it is also preferable to increase the amount of oxygen in the gas phase or to add ozone gas.

【0040】以上、前述の実施形態の説明においては、
LiCoOの製造を前提として説明しているが、本発
明はこれに限定されるものではなく、これらコバルトに
代えてマンガン、ニッケル、鉄の単体若しくは混合体を
利用することもでき、図7(b)に示すように、マンガ
ンを用いて単結晶または単結晶に近いLiMn
微粒子を得ることができる。
In the above description of the embodiment,
Although the description has been made on the assumption that LiCoO 2 is produced, the present invention is not limited to this. Instead of cobalt, a simple substance or a mixture of manganese, nickel and iron can be used. As shown in b), manganese can be used to obtain single-crystal or nearly single-crystal LiMn 2 O 4 fine particles.

【0041】(実施例1)前記図2に示す装置を用い
て、LiCoOの製造を実施した。容積10cm
SUS316製の反応管16を用いて実験を行った。原
料水溶液には、3.34mo1/リットルのLiOH
と、1.56mo1/リットルのCo(NOを用
いた。Co(NOの濃度を一定(0.097mo
1/リットル)とし、LiOHの量を変更して、Li/
Co比(1,5,10,15)に調製した。また、反応
管16内の酸素ガスの影響を調べるため、反応管16内
の気体の一部をアルゴン(0.5MPa)で置換した場
合の実験も行った。
Example 1 Using the apparatus shown in FIG. 2, LiCoO 2 was produced. The experiment was performed using a reaction tube 16 made of SUS316 having a volume of 10 cm 3 . The raw material aqueous solution contains 3.34 mol / liter of LiOH
And 1.56 mol / liter of Co (NO 3 ) 2 . The concentration of Co (NO 3 ) 2 is kept constant (0.097 mo)
1 / liter), and by changing the amount of LiOH,
The Co ratio was adjusted to (1, 5, 10, 15). Further, in order to investigate the influence of oxygen gas in the reaction tube 16, an experiment was conducted in which a part of the gas in the reaction tube 16 was replaced with argon (0.5 MPa).

【0042】原料水溶液3.5cmを反応管16内に
仕込み、400℃に調製した金属塩溶融浴10内で一定
時間(7分または10分)反応させた。反応後、反応管
16を水浴に投入して反応を停止させた。反応液は吸引
濾過し、生成粒子を回収した。生成粒子の結晶構造は、
粉末XRD(X線画析)で測定した。また、生成粒子の
形状およびサイズは、TEMおよびSEMで観察した。
さらに、生成粒子を塩酸(6M)に溶解させ、ICPに
より定量し生成物の化学量論比Li/Coを求めた。反
応液のろ液を稀釈し、イオンクロマトグラフィーにより
硝酸イオンおよび亜硝酸イオン、フレーム原子吸光分光
光度計により残存LiおよびCoの濃度を定量した。
3.5 cm 3 of the raw material aqueous solution was charged into the reaction tube 16 and reacted in the metal salt melting bath 10 adjusted to 400 ° C. for a certain period of time (7 minutes or 10 minutes). After the reaction, the reaction tube 16 was put into a water bath to stop the reaction. The reaction solution was subjected to suction filtration to collect generated particles. The crystal structure of the resulting particles is
It was measured by powder XRD (X-ray analysis). The shape and size of the formed particles were observed by TEM and SEM.
Further, the resulting particles were dissolved in hydrochloric acid (6M) and quantified by ICP to determine the stoichiometric ratio Li / Co of the product. The filtrate of the reaction solution was diluted, and the concentrations of nitrate ion and nitrite ion were determined by ion chromatography, and the concentrations of residual Li and Co were determined by flame atomic absorption spectrophotometry.

【0043】実験条件および結果を表1に示す。なお、
この表1において、Li/Coモル比は、概略値であ
り、正確な値は、アルカリモル比の2倍である。また、
アルカリモル比は、[OH]/[NO ]比であ
り、相対強度は、XRDチャートのCoの最大ピ
ークとLiCoOの最大ピークの強度比である。ま
た、反応時間には、昇温時間が含まれている。
Table 1 shows the experimental conditions and results. In addition,
In Table 1, the Li / Co molar ratio is a rough value, and the exact value is twice the alkali molar ratio. Also,
The alkali molar ratio is the [OH ] / [NO 3 ] ratio, and the relative intensity is the intensity ratio between the maximum peak of Co 3 O 2 and the maximum peak of LiCoO 2 in the XRD chart. In addition, the reaction time includes a temperature raising time.

【表1】 [Table 1]

【0044】Li/Co比が5以上、アルカリモル比
2.36以上で、LiCoOが得られた。XRDチャ
ートからCo由来のピークが確認でき、反応性生
物はLiCoO(Coは3価)とCo(Coは
2価と3価)との混合物であった。Co由来の最
大ピークのLiCoO最大ピークに対する相対強度
は、XRDから見ると、原料Li/Co比の増加と共に
小さくなっている。従って、Li/Co比1〜15の範
囲内では、比が大きいほどLiCoOが生成されやす
くなっている。相対強度の小さい数値の粒子(反応時間
7分、Li/Co=15、air)、(反応時間10
分、Li/Co=15、air)中のLi/Co比を測
定したところ、それぞれ0.853、0.795であっ
た。生成粒子がLiCoOとCoのみと仮定す
ると、粒子中のLiCoO収率はそれぞれ95mol
%、93mol%と高い値を示している。
When the Li / Co ratio was 5 or more and the alkali molar ratio was 2.36 or more, LiCoO 2 was obtained. A peak derived from Co 3 O 4 was confirmed from the XRD chart, and the reactive product was a mixture of LiCoO 2 (Co is trivalent) and Co 3 O 4 (Co is divalent and trivalent). The relative intensity of the maximum peak derived from Co 3 O 4 with respect to the maximum LiCoO 2 peak decreases as the raw material Li / Co ratio increases, as viewed from XRD. Therefore, in the range of the Li / Co ratio of 1 to 15, the larger the ratio, the more easily LiCoO 2 is generated. Particles with a small relative intensity (reaction time 7 minutes, Li / Co = 15, air), (reaction time 10
The Li / Co ratio in Li / Co = 15 (air) was measured to be 0.853 and 0.795, respectively. Assuming that the produced particles are only LiCoO 2 and Co 3 O 4 , the yield of LiCoO 2 in the particles is 95 mol, respectively.
% And 93 mol%.

【0045】ここで、LiCoOの生成は、2価のC
oから3価のCoへの酸化を伴う。回収液中の亜硝酸イ
オン濃度は、相対強度の現象と共に増加している。この
ことから原料水溶液中の2価のCoは硝酸イオンに酸化
されることを示唆している。さらに、反応管16中の気
体をアルゴン(48Pa=5ber)で置換した結果か
ら、空気の存在により、LiCoOの収率が高くなる
ことがわかる。これより、空気中の酸素もCoの酸化に
役立っていることがわかる。さらに、SEM並びにTE
Mの観察結果によれば、生成粒子の径は400nm〜1
μm程度であり、かなりの微粒子であった。合成条件を
反応温度400℃、圧力30MPa、硝酸コバルト0.
05M、LiOH濃度0.5Mとした場合におけるLi
CoO微粒子の電子顕微鏡写真を図3、4に示す。図
3は倍率30000倍、図4は40000倍の写真であ
る。
Here, the production of LiCoO 2 is based on the divalent C
O is oxidized to trivalent Co. The nitrite ion concentration in the recovered liquid increases with the phenomenon of relative intensity. This suggests that divalent Co in the raw material aqueous solution is oxidized to nitrate ions. Furthermore, the result of replacing the gas in the reaction tube 16 with argon (48 Pa = 5 ber) shows that the presence of air increases the yield of LiCoO 2 . This indicates that oxygen in the air also contributes to the oxidation of Co. In addition, SEM and TE
According to the observation result of M, the diameter of the produced particles was 400 nm to 1 nm.
It was about μm, and it was a very fine particle. The synthesis conditions were as follows: reaction temperature 400 ° C., pressure 30 MPa, cobalt nitrate 0.
Li at a concentration of 0.5 M and a LiOH concentration of 0.5 M
Electron micrographs of the CoO 2 fine particles are shown in FIGS. FIG. 3 is a photograph at a magnification of 30,000 and FIG. 4 is a photograph at a magnification of 40,000.

【0046】従って、(i)Li/Co比をさらに高め
る、(ii)アルカリモル比を高める、(iii)硝酸
濃度を高めたり、その他酸化剤を添加する、などの手法
により、CoOを減少させ、単一相のLiCoO
が得られることがわかった。
Accordingly, CoO 3 O 4 is obtained by a method such as (i) further increasing the Li / Co ratio, (ii) increasing the alkali molar ratio, (iii) increasing the nitric acid concentration, or adding other oxidizing agents. And a single-phase LiCoO
2 was obtained.

【0047】(実施例2)実施例1と同様の装置におい
て、原料水溶液にアンモニアを添加して、その影響を調
べた。条件および結果を表2に示す。反応時間10分、
反応温度400℃である。
Example 2 In the same apparatus as in Example 1, ammonia was added to the raw material aqueous solution, and the effect was examined. Table 2 shows the conditions and results. Reaction time 10 minutes,
The reaction temperature is 400 ° C.

【表2】 [Table 2]

【0048】これより、アンモニアを添加することによ
って、Li/CO比=1でもLiCoOが生成され
る。また、アンモニアを添加した場合においても、原料
水溶液中のLi/Co比を大きくすることによって、L
iCoOの収率が上昇している。従って、アンモニア
を添加することで、LiCoOの収率を上昇できるこ
とが確認できた。
From this, by adding ammonia, LiCoO 2 is produced even when the Li / CO ratio = 1. In addition, even when ammonia is added, L / Co ratio in the raw material aqueous solution is increased to increase L / Co ratio.
The yield of iCoO 2 is increasing. Therefore, it was confirmed that the yield of LiCoO 2 can be increased by adding ammonia.

【0049】(実施例3)さらに、反応温度を200、
300、400℃に変更し、実験を行った。この実験条
件および結果を表3に示す。
Example 3 Further, the reaction temperature was set to 200,
The temperature was changed to 300 and 400 ° C., and an experiment was performed. Table 3 shows the experimental conditions and results.

【表3】 [Table 3]

【0050】これより、反応温度を低くすると、LiC
oOが生成しにくくなることが確認された。
From this, when the reaction temperature is lowered, LiC
It was confirmed that oO 2 was hardly generated.

【0051】(比較試験)前記実施例1にてLi/Co
比=15にて得られたLiCoOを、前記正極材とし
て用いた本発明のアルカリイオン電池Aと、図5の写真
に示す従来の固相法にて生成されたLiCoOを前記
正極材として用いたアルカリイオン電池Bとを、各所定
電圧にて充電し、該充電後における前記電解液であるL
iClOが1M(モル/リットル)の割合で溶解され
たプロピレンカーボネート(PC)を取り出し、赤外吸
収分光測定にて調べた結果を図6に示す。
(Comparative test) In Example 1, Li / Co
An alkaline ion battery A of the present invention using LiCoO 2 obtained at a ratio of 15 as the cathode material, and LiCoO 2 produced by the conventional solid phase method shown in the photograph of FIG. 5 as the cathode material The used alkaline ion battery B is charged at each predetermined voltage, and the electrolytic solution L after the charging is charged.
FIG. 6 shows the result of taking out propylene carbonate (PC) in which iClO 4 was dissolved at a rate of 1 M (mol / liter) and examined by infrared absorption spectroscopy.

【0052】この結果より、従来の多結晶構造を有する
ものでは、図6(b)に示すように、プロピレンカーボ
ネート(PC)の酸化分解により生じる各官能基の吸収
が4.2Vで見られるのに対して、本発明の単結晶構造
を有するLiCoOを用いたものでは、図6(a)に
示すように、ほぼ4.8Vまでは電解液の酸化分解が抑
制されていることが判り、実用的な3.3V等の電圧に
おいては、これら電解液の劣化による電池容量の低下を
低く抑えることができるようになる。
From the results, in the case of the conventional polycrystalline structure, as shown in FIG. 6 (b), absorption of each functional group generated by oxidative decomposition of propylene carbonate (PC) is observed at 4.2V. On the other hand, in the case of using LiCoO 2 having a single crystal structure according to the present invention, as shown in FIG. 6A, it was found that the oxidative decomposition of the electrolytic solution was suppressed up to approximately 4.8 V. At a practical voltage such as 3.3 V, a decrease in battery capacity due to the deterioration of the electrolytic solution can be suppressed to a low level.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明は次の効果を奏する。The present invention has the following effects.

【0054】(a)請求項1の発明によれば、リチウム
系複合金属酸化物の少なくとも一部を単結晶構造とする
ことにより、該リチウム系複合金属酸化物表面の結晶欠
陥が抑制され、該リチウム系複合金属酸化物が有機非水
系電解質溶液に及ぼす充電時における酸化等の触媒的な
効果を抑制することが可能となり、これら有機非水系電
解質溶液の酸化劣化による充放電のサイクルにおける電
気容量の低下を防止できる。また、少なくとも一部を単
結晶構造とすることで、粒子の表面エネルギーを減少さ
せることができ、粒径を小さくしてもリチウム系複合金
属酸化物中の金属、特にはLiMnにおけるMn
の溶出を低く抑えることができる。
(A) According to the first aspect of the present invention, since at least a part of the lithium-based composite metal oxide has a single crystal structure, crystal defects on the surface of the lithium-based composite metal oxide are suppressed. It is possible to suppress catalytic effects such as oxidation during charging of the lithium-based composite metal oxide on the organic non-aqueous electrolyte solution, and the electric capacity of the organic non-aqueous electrolyte solution during charge-discharge cycles due to oxidative deterioration of the solution is increased. Drop can be prevented. Further, by making at least a part of the single crystal structure, the surface energy of the particles can be reduced, and even if the particle size is reduced, the metal in the lithium-based composite metal oxide, in particular, Mn in LiMn 2 O 4
Can be kept low.

【0055】(b)請求項2の発明によれば、金属成分
をニッケル、コバルト、マンガン、鉄の少なくとも1つ
とすることで、これら各金属は、資源的に比較的豊富で
あって安価にて入手可能であるため、安価にてリチウム
イオン電池を製造できる。
(B) According to the second aspect of the invention, since the metal component is at least one of nickel, cobalt, manganese, and iron, these metals are relatively abundant in resources and inexpensive. Because it is available, a lithium-ion battery can be manufactured at low cost.

【0056】(c)請求項3の発明によれば、従来に比
較して粒子径を小さくすることで、リチウム系複合金属
酸化物の表面積を増大させることができ、よって高い充
放電速度を有するリチウムイオン電池を提供できる。
(C) According to the third aspect of the present invention, the surface area of the lithium-based composite metal oxide can be increased by reducing the particle diameter as compared with the prior art, and therefore, a high charge / discharge rate can be obtained. A lithium ion battery can be provided.

【0057】(d)請求項4の発明によれば、生成条件
を適宜に制御することにより、前記単結晶を有するリチ
ウム系複合金属酸化物を効率良く生成できるとともに、
従来に比較して小さな粒子径のリチウム系複合金属酸化
物を連続的にかつ安価にて得ることもできる。
(D) According to the invention of claim 4, the lithium-based composite metal oxide having the single crystal can be efficiently produced by appropriately controlling the production conditions.
It is also possible to obtain a lithium-based composite metal oxide having a smaller particle diameter continuously and inexpensively than in the conventional case.

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

【図1】本発明のリチウムイオン電池の構造を示す一部
破断斜視図である。
FIG. 1 is a partially broken perspective view showing a structure of a lithium ion battery of the present invention.

【図2】本発明のリチウムイオン電池の正極材料に用い
たリチウム系複合金属酸化物の製造装置の構成を示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a manufacturing apparatus for a lithium-based composite metal oxide used as a positive electrode material of a lithium ion battery of the present invention.

【図3】本発明のリチウムイオン電池の正極材料に用い
たLiCoOの電子顕微鏡写真である。
FIG. 3 is an electron micrograph of LiCoO 2 used for a positive electrode material of a lithium ion battery of the present invention.

【図4】本発明のリチウムイオン電池の正極材料に用い
たLiCoOの電子顕微鏡写真である。
FIG. 4 is an electron micrograph of LiCoO 2 used as a positive electrode material of the lithium ion battery of the present invention.

【図5】従来の固相法にて生成されたLiCoOの電
子顕微鏡写真である。
FIG. 5 is an electron micrograph of LiCoO 2 produced by a conventional solid-phase method.

【図6】(a)は、本発明のリチウムイオン電池におけ
る電解液の赤外吸収分光測定結果を示す図である。
(b)は、従来のリチウムイオン電池における電解液の
赤外吸収分光測定結果を示す図である。
FIG. 6 (a) is a diagram showing a result of infrared absorption spectroscopy measurement of an electrolytic solution in a lithium ion battery of the present invention.
(B) is a diagram showing a result of infrared absorption spectroscopy measurement of an electrolytic solution in a conventional lithium ion battery.

【図7】(a)は、本発明の製造方法にて得られたLi
CoOの透過型電子顕微鏡写真を示す図である。
(b)は、本発明の製造方法にて得られたLiMn
の透過型電子顕微鏡写真を示す図である。
FIG. 7 (a) shows Li obtained by the production method of the present invention.
Shows a transmission electron micrograph of CoO 2.
(B) is the LiMn 2 O obtained by the production method of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a transmission electron micrograph of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

l 正極 2 負極 3 セパレータ 4 正極集電タブ 5 負極集電タブ 6 正極端子 7 外装ケース 8 封口蓋 9 発電セル 10 金属塩溶融浴 12 ヒータ 14 熱電対 16 反応管 1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator 4 Positive current collecting tab 5 Negative current collecting tab 6 Positive terminal 7 Outer case 8 Sealing lid 9 Power generation cell 10 Metal salt melting bath 12 Heater 14 Thermocouple 16 Reaction tube

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Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 リチウムイオンを吸蔵・放出可能なリチ
ウム系複合金属酸化物を少なくとも含有する正極材料か
ら成る正極と、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素
系導電材料から成る負極と、前記正極と負極間に介在す
るように設けられた有機非水系電解質溶液と、を備えた
リチウムイオン電池において、前記リチウム系複合金属
酸化物の少なくとも一部が単結晶構造を有することを特
徴とするリチウムイオン電池。
1. A positive electrode comprising a positive electrode material containing at least a lithium-based composite metal oxide capable of storing and releasing lithium ions, a negative electrode comprising a carbon-based conductive material capable of storing and releasing lithium ions, and the positive electrode An organic non-aqueous electrolyte solution provided so as to be interposed between the negative electrodes, wherein at least a part of the lithium-based composite metal oxide has a single crystal structure. .
【請求項2】 前記リチウム系複合金属酸化物中の金属
成分が、ニッケル、コバルト、マンガン、鉄の少なくと
も1つである請求項1に記載のリチウムイオン電池。
2. The lithium ion battery according to claim 1, wherein the metal component in the lithium-based composite metal oxide is at least one of nickel, cobalt, manganese, and iron.
【請求項3】 前記リチウム系複合金属酸化物が、粒径
約0.1〜1μmの微粉末である請求項1または2に記
載のリチウムイオン電池。
3. The lithium ion battery according to claim 1, wherein the lithium-based composite metal oxide is a fine powder having a particle size of about 0.1 to 1 μm.
【請求項4】 前記少なくとも一部が単結晶構造を有す
るリチウム系複合金属酸化物が、超臨界または亜臨界状
態の水を溶媒とした水熱反応にて生成されている請求項
1〜3のいずれかに記載のリチウムイオン電池。
4. The method according to claim 1, wherein the lithium-based composite metal oxide at least partially having a single crystal structure is produced by a hydrothermal reaction using water in a supercritical or subcritical state as a solvent. The lithium ion battery according to any one of the above.
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