JP2001167764A - Positive electrode material for lithium secondary battery - Google Patents

Positive electrode material for lithium secondary battery

Info

Publication number
JP2001167764A
JP2001167764A JP35067499A JP35067499A JP2001167764A JP 2001167764 A JP2001167764 A JP 2001167764A JP 35067499 A JP35067499 A JP 35067499A JP 35067499 A JP35067499 A JP 35067499A JP 2001167764 A JP2001167764 A JP 2001167764A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
positive electrode
lithium
secondary battery
lithium secondary
electrode material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP35067499A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001167764A5 (en
Inventor
Kenji Shizuka
賢治 志塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP35067499A priority Critical patent/JP2001167764A/en
Priority to PCT/JP2000/005709 priority patent/WO2001017046A1/en
Publication of JP2001167764A publication Critical patent/JP2001167764A/en
Publication of JP2001167764A5 publication Critical patent/JP2001167764A5/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve an initial capacity, a high temperature cycle characteristic and a rate characteristic at a good balance, in a positive electrode for a lithium secondary battery containing spinel lithium-manganese oxides as an active material. SOLUTION: The positive electrode material for a lithium secondary battery contains, as an active material, spinel lithium-manganese oxides and lithium- copper oxides in which a portion of Li sites is substituted with other elements.

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】本発明はリチウム二次電池用
正極材料に関し、更には該正極材料を含む正極、該正極
を有するリチウム二次電池に関する。
The present invention relates to a positive electrode material for a lithium secondary battery, and more particularly to a positive electrode containing the positive electrode material and a lithium secondary battery having the positive electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】負極活物質として金属リチウムに代わっ
て、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な炭素材料等を
用いることにより、安全性が大幅に向上し、リチウム二
次電池が実用段階に入った。一方、リチウム二次電池の
正極活物質としては、マンガンとリチウムの複合酸化物
でありスピネル構造を有するLiMn24 が提案さ
れ、研究が盛んに行われている。高電圧・高エネルギー
密度であり、加えてコバルトやニッケルに比較して埋蔵
量が多く、安価というメリットも有している。しかしな
がら、リチウムマンガン酸化物を活物質として用いたリ
チウム二次電池は、高温サイクル特性に劣るという問題
を抱えている。従来、高温環境下でのサイクル特性改良
を目的とした種々の検討が行われ報告されている。例え
ば、J.Electrochem.soc.,vol.145,No.8(1998)2728-2732
ではMnの一部をGaやCrのような他元素で置換した
もの、Electrochemical Society Proceedings Volume97
-18.494ではMnの一部をCoで置換したり、酸素の一
部をFで置換して結晶構造の安定性向上を図ったものが
高温サイクル特性の改善効果があるという結果を示して
いる。しかし、これらは負極として金属リチウムを使用
した時の結果であって、炭素材料のような実質的な負極
材料との組み合わせでは、十分な効果が得られていな
い。初期容量とレート特性と高温サイクル特性をバラン
ス良く改善しようということになると、まだ十分とは言
えないのが実状である。
2. Description of the Related Art In place of lithium metal as a negative electrode active material, the use of a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions has greatly improved safety, and the lithium secondary battery has entered the practical stage. . On the other hand, as a positive electrode active material of a lithium secondary battery, LiMn 2 O 4 , which is a composite oxide of manganese and lithium and has a spinel structure, has been proposed and has been actively studied. It has high voltage and high energy density, and also has the advantage of a large reserve and low cost compared to cobalt and nickel. However, a lithium secondary battery using a lithium manganese oxide as an active material has a problem that the high-temperature cycle characteristics are inferior. Conventionally, various studies for improving cycle characteristics under a high-temperature environment have been made and reported. For example, J. Electrochem.soc., Vol. 145, No. 8 (1998) 2728-2732
In this article, a part of Mn is replaced with other elements such as Ga and Cr, Electrochemical Society Proceedings Volume 97
-18.494 shows that those in which part of Mn is replaced by Co or part of oxygen is replaced by F to improve the stability of the crystal structure have an effect of improving the high-temperature cycle characteristics. However, these are the results when metallic lithium is used as the negative electrode, and a sufficient effect has not been obtained in combination with a substantial negative electrode material such as a carbon material. In fact, it is not enough to improve the initial capacity, rate characteristics and high-temperature cycle characteristics in a well-balanced manner.

【0003】また、マンガン系リチウム二次電池におい
ては高温環境下でマンガンが溶出しやすいことが高温サ
イクル劣化の問題点として指摘されており、例えば正極
活物質表面を処理したり、正極材中にMn溶出抑制効果
のある物質を添加するといった検討も鋭意行われてい
る。しかしながら、これら従来の技術では未だ高温環境
下でのサイクル特性は実用レベルまで達していない。さ
らに前記した従来技術で高温サイクル特性の改善を図ろ
うとした場合、他の電池特性、例えば初期容量やレート
特性等の低下をもたらすことが懸念される。
It has been pointed out that manganese-based lithium secondary batteries are liable to elute manganese in a high-temperature environment as a problem of high-temperature cycle deterioration. For example, the surface of a positive electrode active material is treated, Investigations, such as adding a substance having an effect of suppressing Mn elution, are also being made. However, the cycle characteristics in a high-temperature environment have not yet reached a practical level with these conventional techniques. Further, when trying to improve the high-temperature cycle characteristics by the above-described conventional technology, there is a concern that other battery characteristics, such as initial capacity and rate characteristics, may be reduced.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的と
するところは、スピネル型リチウムマンガン酸化物を活
物質として含むリチウム二次電池用正極において、初期
容量と高温サイクル特性とレート特性をバランスよく改
善せしめることである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a positive electrode for a lithium secondary battery containing a spinel-type lithium manganese oxide as an active material with a good balance between initial capacity, high-temperature cycle characteristics and rate characteristics. It is to improve.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記課題を
解決すべく鋭意検討した結果、前記した従来技術で高温
サイクル特性が実用レベルまで達成できていない理由と
して、高温下においては下記の劣化因子が作用している
ためではないかと考えた。実用リチウム二次電池で
は、初充電において負極表面における表面皮膜形成や負
極活物質構造中へのリチウムイオントラップが起こる。
この皮膜形成やトラップにより消費されたリチウムイオ
ンは正極へ戻ることができないことになる。その結果、
正極活物質構造中のLiサイトは常に空いた部分が存在
することになり、結晶構造の不安定化を招いている可能
性が考えられる。
The present inventors have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result of the above-mentioned prior art, high-temperature cycle characteristics have not been achieved to a practical level. We thought that it might be due to a deterioration factor acting. In a practical lithium secondary battery, the formation of a surface film on the negative electrode surface and lithium ion trapping in the negative electrode active material structure occur during the initial charge.
Lithium ions consumed by the film formation and the trap cannot return to the positive electrode. as a result,
The Li site in the positive electrode active material structure always has a vacant portion, and it is possible that the crystal structure is destabilized.

【0006】上記推察に基づき、劣化作用を緩和・抑制
し、高温サイクル特性を向上させるためには、少なくと
も、A.負極による不可逆容量分を補う役割を果たす化
合物の正極中への含有が必須条件であると考えた。そし
て更に初期容量やレート特性といった他の電池特性をも
勘案して性能バランスのトレードオフを生じさせずに改
善を図るためには、B.Aに記載されたような機能を果
たす化合物の改質を図ることも必要であると考えた。
Based on the above presumption, in order to alleviate and suppress the deterioration effect and to improve the high-temperature cycle characteristics, at least A.I. It was considered that the indispensable condition is that a compound that plays a role of complementing the irreversible capacity of the negative electrode is included in the positive electrode. To further improve the performance balance without causing a trade-off in performance balance in consideration of other battery characteristics such as initial capacity and rate characteristics, B. It was also considered necessary to modify the compound that performs the function described in A.

【0007】即ち本発明の要旨は、スピネル型リチウム
マンガン酸化物およびLiサイトの一部が他元素で置換
されたリチウム銅酸化物を活物質として含むことを特徴
とするリチウム二次電池用正極材料に存する。本発明の
好ましい実施態様としては、Liサイトの一部を置換す
る他元素が、Li以外のアルカリ金属元素群から選ばれ
る上記のリチウム二次電池用正極材料;リチウム銅酸化
物が下記一般式
That is, the gist of the present invention is to provide a positive electrode material for a lithium secondary battery, which comprises, as an active material, a spinel-type lithium manganese oxide and a lithium copper oxide in which a part of a Li site is substituted by another element. Exists. As a preferred embodiment of the present invention, the above-mentioned positive electrode material for a lithium secondary battery, in which the other element that partially replaces the Li site is selected from the group of alkali metal elements other than Li;

【0008】[0008]

【式2】Li2-xxCuO2 (0<x≦1.0)[Formula 2] Li 2-x M x CuO 2 (0 <x ≦ 1.0)

【0009】(Mは他元素を表す)で表される化合物で
ある上記のリチウム二次電池用正極材料;スピネル型リ
チウムマンガン酸化物のMnサイトの一部が、他元素で
置換されている上記のリチウム二次電池用正極材料;ス
ピネル型リチウムマンガン酸化物の結晶系が、立方晶で
ある上記のリチウム二次電池用正極材料;スピネル型リ
チウムマンガン酸化物のBET比表面積が、0.3〜
1.5m2 /gである上記のリチウム二次電池用正極材
料;Mnサイトを置換する他元素が、Al、Ti、V、
Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Z
rからなる群から選ばれる上記のリチウム二次電池用正
極材料;スピネル型リチウムマンガン酸化物とLiサイ
トの一部が他元素で置換されたリチウム銅酸化物の含有
量が、重量比で1:1〜20:1である上記のリチウム
二次電池用正極材料が挙げられる。
The above positive electrode material for a lithium secondary battery, which is a compound represented by (M represents another element); wherein the Mn site of a spinel type lithium manganese oxide is partially substituted with another element. The positive electrode material for a lithium secondary battery of the above; the positive electrode material for a lithium secondary battery described above, wherein the crystal system of the spinel-type lithium manganese oxide is cubic;
The above positive electrode material for a lithium secondary battery having a capacity of 1.5 m 2 / g; other elements that substitute for Mn sites are Al, Ti, V,
Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mg, Ga, Z
The above-mentioned positive electrode material for a lithium secondary battery selected from the group consisting of r; the content of the spinel-type lithium manganese oxide and the lithium copper oxide in which a part of the Li site is partially replaced by another element is 1: 1: The above-described positive electrode material for a lithium secondary battery having a ratio of 1 to 20: 1 is exemplified.

【0010】また、本発明の別の実施態様としては、上
記のリチウム二次電池用正極材料を含むリチウム二次電
池用正極が挙げられる。更に、本発明の別の実施態様と
しては、上記のリチウム二次電池用正極と、負極及び電
解質を有するリチウム二次電池が挙げられ、好ましくは
負極の活物質が炭素材料である上記リチウム二次電池が
挙げられる。
Another embodiment of the present invention is a positive electrode for a lithium secondary battery including the above-described positive electrode material for a lithium secondary battery. Further, as another embodiment of the present invention, the positive electrode for a lithium secondary battery described above, and a lithium secondary battery having a negative electrode and an electrolyte, preferably the lithium secondary battery in which the active material of the negative electrode is a carbon material Batteries.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態をより
具体的に説明する。本発明において用いられるスピネル
型リチウムマンガン酸化物とは、リチウムとマンガンと
を主成分とする複合酸化物である。スピネル型リチウム
マンガン酸化物は一般式LiMn24で表されるが、少
量の酸素欠損、不定比性を持っていてもよい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described more specifically. The spinel-type lithium manganese oxide used in the present invention is a composite oxide containing lithium and manganese as main components. The spinel-type lithium manganese oxide is represented by the general formula LiMn 2 O 4 , but may have a small amount of oxygen deficiency or non-stoichiometric property.

【0012】本発明で用いるスピネル型リチウムマンガ
ン酸化物は、低酸素欠損品や低カチオン欠損品といった
結晶欠陥の少ないものや、Mnサイトの一部が他の元素
で置換されているもの、立方晶系をとるものが好まし
い。結晶欠陥を減らしたり、Mnサイトの一部を他の元
素で置換したり、立方晶系とすることにより、リチウム
吸蔵・放出の可逆性を向上させることができる。
[0012] The spinel-type lithium manganese oxide used in the present invention includes those having few crystal defects such as a low oxygen deficiency product and a low cation deficiency product, those in which a part of Mn site is substituted by another element, and those in cubic crystal. A system is preferred. Reversibility of lithium occlusion / release can be improved by reducing crystal defects, substituting a part of the Mn site with another element, or using a cubic system.

【0013】この際のMnの一部を置換する他元素(以
下、置換元素と表記する)としては、通常Al、Ti、
V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mg、G
a、Zr等が挙げられ、好ましくはAl、Cr、Fe、
Co、Ni、Mg、Ga、更に好ましくはAlである。
なお、Mnサイトは2種以上の他元素で置換されていて
もよい。なお、仕込みとの関係上、Mnサイトの一部が
Liにより置換されている場合もあり、上記他元素とと
もにMnサイトの一部がLiにより置換される場合もあ
る。本発明におけるスピネル型リチウムマンガン酸化物
は、これらのものも含む。
At this time, the other element which substitutes a part of Mn (hereinafter referred to as a substitution element) is usually Al, Ti,
V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mg, G
a, Zr and the like, preferably Al, Cr, Fe,
Co, Ni, Mg, Ga, and more preferably Al.
The Mn site may be substituted with two or more other elements. In addition, in relation to the preparation, a part of the Mn site may be substituted by Li, and a part of the Mn site may be substituted by Li together with the other elements. The spinel-type lithium manganese oxide in the present invention also includes these.

【0014】置換元素による置換割合は、通常Mnの
2.5モル%以上、好ましくはMnの5モル%以上であ
り、通常Mnの30モル%以下、好ましくはMnの20
モル%以下である。置換割合が少なすぎるとその高温サ
イクルの改善効果が充分ではない場合があり、多すぎる
と電池にした場合の容量が低下してしまう場合がある。
また、酸素サイトの一部が硫黄やハロゲン元素で置換さ
れていてもよい。更に、酸素量に多少の不定比性があっ
てもよい。
The substitution ratio by the substitution element is usually at least 2.5 mol% of Mn, preferably at least 5 mol% of Mn, usually at most 30 mol% of Mn, preferably at least 20 mol% of Mn.
Mol% or less. If the substitution ratio is too small, the effect of improving the high-temperature cycle may not be sufficient, and if it is too large, the capacity of the battery may decrease.
Further, a part of the oxygen site may be replaced by sulfur or a halogen element. Furthermore, there may be some non-stoichiometric oxygen content.

【0015】スピネル型リチウムマンガン酸化物は、従
来公知の各種方法にて製造することができ、例えば、リ
チウム、マンガン、置換元素を含有する出発原料を混合
後、酸素存在下で焼成・冷却することによって製造する
ことができる。なお、上記製造方法において置換元素を
含有する出発原料を用いず、Mnサイトが置換されてい
ないスピネル型リチウムマンガン酸化物を製造し、該リ
チウムマンガン酸化物を、置換金属元素を含有する出発
原料の水溶液、溶融塩あるいは蒸気中で反応させた後、
必要に応じて置換元素をリチウムマンガン複合酸化物粒
子内に拡散させるため、再度加熱処理を行うことにより
Mnサイトを置換元素で置換してもよい。
The spinel-type lithium manganese oxide can be produced by various conventionally known methods. For example, after mixing a starting material containing lithium, manganese, and a substitution element, the mixture is calcined and cooled in the presence of oxygen. Can be manufactured by Note that, in the above production method, a spinel-type lithium manganese oxide in which Mn sites were not substituted was produced without using a starting material containing a substitution element, and the lithium manganese oxide was used as a starting material containing a substitution metal element. After reacting in aqueous solution, molten salt or steam,
If necessary, in order to diffuse the substitution element into the lithium-manganese composite oxide particles, the Mn site may be substituted with the substitution element by performing heat treatment again.

【0016】出発原料として用いられるリチウム化合物
としては、Li2CO3、LiNO3、LiOH、LiO
H・H2O、LiCl、LiI、CH3COOLi、Li
2O、酢酸Li、ジカルボン酸Li、クエン酸Li、脂
肪酸Li、アルキルリチウム、ハロゲン化物等が挙げら
れ、好ましくはLi2CO3、LiOH・H2O、ジカル
ボン酸Liが挙げられる。
Lithium compounds used as starting materials include Li 2 CO 3 , LiNO 3 , LiOH, LiO
H.H 2 O, LiCl, LiI, CH 3 COOLi, Li
Examples include 2 O, Li acetate, Li dicarboxylate, Li citrate, Li fatty acid, alkyl lithium, halides, and the like, and preferably Li 2 CO 3 , LiOH · H 2 O, and Li dicarboxylate.

【0017】出発原料として用いられるマンガン化合物
としては、Mn23、MnO2等のマンガン酸化物、M
nCO3、Mn(NO32 、MnSO4、酢酸マンガ
ン、ジカルボン酸マンガン、クエン酸マンガン、脂肪酸
マンガン等のマンガン塩、オキシ水酸化物、水酸化物、
ハロゲン化物等が挙げられる。Mn23として、MnC
3やMnO2などの化合物を熱処理して作製したものを
用いてもよい。好ましくはMn23、MnO2、MnC
3、ジカルボン酸マンガン、オキシ水酸化物が挙げら
れる。
The manganese compound used as a starting material includes manganese oxides such as Mn 2 O 3 and MnO 2 ;
manganese salts such as nCO 3 , Mn (NO 3 ) 2 , MnSO 4 , manganese acetate, manganese dicarboxylate, manganese citrate, manganese fatty acid, oxyhydroxide, hydroxide,
Halides and the like. MnC as Mn 2 O 3
A material prepared by heat-treating a compound such as O 3 or MnO 2 may be used. Preferably Mn 2 O 3 , MnO 2 , MnC
O 3 , manganese dicarboxylate and oxyhydroxide are exemplified.

【0018】置換元素の化合物としては、酸化物、水酸
化物、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、ジカルボン酸塩、脂肪
酸塩、アンモニウム塩、クエン酸塩、オキシ酸塩等が挙
げられ、好ましくは酸化物、水酸化物、炭酸塩、ジカル
ボン酸塩が挙げられる。これらの出発原料は、通常湿式
混合、乾式混合、ボールミル粉砕、共沈等の方法によっ
て混合される。混合の前後、および混合中において粉砕
の工程を加えてもよい。
Examples of the compound of the substitution element include oxides, hydroxides, nitrates, sulfates, carbonates, dicarboxylates, fatty acid salts, ammonium salts, citrates, oxyacid salts, and the like. Substances, hydroxides, carbonates and dicarboxylates. These starting materials are usually mixed by a method such as wet mixing, dry mixing, ball mill pulverization, and coprecipitation. A pulverizing step may be added before, during and after mixing.

【0019】スピネル型リチウムマンガン酸化物の焼成
・冷却の方法としては、例えば、仮焼後600〜900
℃程度の温度で酸素雰囲気下で本焼を行い、次いで50
0℃以下程度まで10℃/min以下の速度で徐冷する
方法や、仮焼後600〜900℃程度の温度で空気又は
酸素雰囲気下で本焼し、次いで400℃程度の温度で酸
素雰囲気下アニールする方法を挙げることができる。焼
成・冷却の条件については、特開平9−306490号
公報、特開平9−306493号公報、特開平9−25
9880号公報等に詳しく記載されている。
The method of firing and cooling the spinel-type lithium manganese oxide is, for example, 600 to 900 after calcination.
Baked in an oxygen atmosphere at a temperature of about
A method of gradually cooling at a rate of 10 ° C./min or less to about 0 ° C. or less, or a calcination, followed by main firing at a temperature of about 600 to 900 ° C. in an air or oxygen atmosphere, and then at a temperature of about 400 ° C. in an oxygen atmosphere. An annealing method may be used. Conditions for firing and cooling are described in JP-A-9-306490, JP-A-9-306493, and JP-A-9-25.
No. 9880 and the like.

【0020】なお、本発明で用いるスピネル型リチウム
マンガン酸化物は、BET比表面積が好ましくは0.3
2/g以上、より好ましくは0.5m2/g以上であ
り、好ましくは1.5m2/g以下、より好ましくは
1.0m2/g以下である。比表面積が小さすぎるとレ
ート特性の低下、容量の低下を招き、大きすぎると電解
液等と好ましくない反応を引き起こし、サイクル特性を
低下させる。
The spinel-type lithium manganese oxide used in the present invention has a BET specific surface area of preferably 0.3
m 2 / g or more, more preferably 0.5 m 2 / g or more, preferably 1.5 m 2 / g or less, more preferably 1.0 m 2 / g or less. If the specific surface area is too small, the rate characteristics and capacity will be reduced. If the specific surface area is too large, undesired reactions with the electrolyte and the like will be caused, and the cycle characteristics will be reduced.

【0021】本願発明で用いるスピネル型リチウムマン
ガン酸化物の平均粒径は、通常0.1〜30μm、好ま
しくは0.2〜10μm、より好ましくは0.3〜5μ
mである。平均粒径が小さすぎると電池のサイクル劣化
が大きくなったり、安全性に問題が生じたりする場合が
あり、大きすぎると電池の内部抵抗が大きくなり、出力
が出しにくくなる場合がある。本発明で用いるリチウム
銅酸化物は、リチウムの一部が他元素で置換されたもの
であることを特徴とする。
The average particle diameter of the spinel-type lithium manganese oxide used in the present invention is usually 0.1 to 30 μm, preferably 0.2 to 10 μm, more preferably 0.3 to 5 μm.
m. If the average particle size is too small, the cycle deterioration of the battery may increase, or a problem may occur in safety. If the average particle size is too large, the internal resistance of the battery may increase, making it difficult to output power. The lithium copper oxide used in the present invention is characterized in that lithium is partially substituted with another element.

【0022】この際の置換する他元素(以下、置換元素
と表記する)としては通常、リチウム以外のアルカリ金
属元素が挙げられ、好ましくはNa、K、更に好ましく
はNaである。なお、リチウムサイトは2種以上の他元
素で置換されていてもよい。上記リチウム銅酸化物は、
具体的には下記一般式
In this case, the other element to be substituted (hereinafter, referred to as a substitution element) usually includes an alkali metal element other than lithium, preferably Na, K, and more preferably Na. Note that the lithium site may be substituted with two or more kinds of other elements. The lithium copper oxide,
Specifically, the following general formula

【0023】[0023]

【式3】Li2-xxCuO2 (0<x≦1.0)[Formula 3] Li 2-x M x CuO 2 (0 <x ≦ 1.0)

【0024】(Mは他元素を表す)で表される。上記一
般式で表されるリチウム銅酸化物は、斜方晶構造を有す
る化合物である。前記リチウム銅酸化物は、酸素量が不
定比なものであっても良い。置換元素による置換割合
は、好ましくはLiの1.0モル%以上、より好ましく
はLiの2.5モル%以上であり、好ましくはLiの2
5モル%以下、より好ましくはLiの15モル%以下で
ある。置換割合が少なすぎても多すぎても、電池にした
場合のバランスのとれた改善効果を得難くなる。また前
記リチウム銅酸化物の平均粒径と比表面積は、通常正極
に用いる活物質の平均粒径や比表面積から大きく逸脱す
るものでなければ問題ないが、スピネル型リチウムマン
ガン酸化物との接触効率を良くするという観点から、平
均粒径はスピネル型リチウムマンガン酸化物の平均粒径
より小さく、比表面積はスピネル型リチウムマンガン酸
化物の比表面積より大きい方が好ましい。
(M represents another element). The lithium copper oxide represented by the above general formula is a compound having an orthorhombic structure. The lithium copper oxide may have a nonstoichiometric oxygen content. The substitution ratio by the substitution element is preferably 1.0 mol% or more of Li, more preferably 2.5 mol% or more of Li, and preferably 2 mol% or more of Li.
It is at most 5 mol%, more preferably at most 15 mol% of Li. If the replacement ratio is too small or too large, it is difficult to obtain a balanced improvement effect when a battery is used. The average particle size and the specific surface area of the lithium copper oxide are not problematic as long as they do not greatly deviate from the average particle size and the specific surface area of the active material usually used for the positive electrode. From the viewpoint of improving the surface roughness, it is preferable that the average particle size is smaller than the average particle size of the spinel-type lithium manganese oxide, and that the specific surface area is larger than the specific surface area of the spinel-type lithium manganese oxide.

【0025】本発明におけるLiサイトの一部が他元素
で置換されたリチウム銅酸化物は、従来公知の各種の方
法にて製造することができ、例えば、リチウム、銅、置
換元素を含有する出発原料を混合後、大気下で加熱焼成
することによって製造することができる。具体的には、
大気中、500〜1000℃の温度範囲で加熱焼成する
方法を挙げることができる。なお、焼成雰囲気としては
炭酸ガスの除去処理の行われたものが好ましい。より均
一な置換組成とするために、無置換の場合よりも長い時
間焼成する方が好ましい。
The lithium copper oxide in which a part of the Li site is substituted by another element in the present invention can be produced by various methods known in the art, for example, starting materials containing lithium, copper, and a substitution element. After mixing the raw materials, it can be manufactured by heating and firing in the atmosphere. In particular,
A method of heating and firing at a temperature in the range of 500 to 1000 ° C. in the air can be used. Note that the firing atmosphere is preferably a atmosphere in which carbon dioxide gas has been removed. In order to obtain a more uniform substitution composition, it is preferable to perform firing for a longer time than in the case of no substitution.

【0026】なお、上記製造方法において、置換元素を
含有する出発原料を用いずLiサイトが置換されていな
いリチウム銅酸化物を製造し、該リチウム銅酸化物を、
置換金属元素を含有する出発原料の水溶液、溶融塩ある
いは蒸気中で反応させた後、必要に応じて置換元素をリ
チウム銅酸化物粒子内に拡散させるため、再度加熱処理
を行うことによりLiサイトを置換元素で置換してもよ
い。出発原料として用いられるリチウム化合物並びに置
換元素の化合物としては、前記したリチウムマンガン酸
化物の製造方法と同様のものを用いることができる。
In the above production method, a lithium copper oxide in which the Li site is not substituted is produced without using a starting material containing a substitution element, and the lithium copper oxide is
After reacting in the aqueous solution of the starting material containing the substitution metal element, the molten salt or the vapor, and then diffusing the substitution element into the lithium copper oxide particles as necessary, the Li site is subjected to a heat treatment again to reduce the Li site. It may be substituted with a substitution element. As the lithium compound and the compound of the substitution element used as the starting materials, the same compounds as those in the method for producing a lithium manganese oxide described above can be used.

【0027】出発原料として用いられる銅化合物として
は、Cu2O、CuO等の銅酸化物、CuCO3、Cu
(NO32 、CuSO4、酢酸銅、ジカルボン酸銅、ク
エン酸銅、脂肪酸銅等の銅塩、水酸化銅、ハロゲン化銅
等が挙げられ、好ましくはCu2O、CuO、CuC
3、ジカルボン酸銅、クエン酸銅、水酸化銅が挙げら
れる。これらの出発原料の混合法もまた前記スピネル型
リチウムマンガン酸化物の製造方法と同様の方法を使用
できる。
The copper compounds used as starting materials include copper oxides such as Cu 2 O and CuO, CuCO 3 , Cu
(NO 3 ) 2 , CuSO 4 , copper acetate, copper dicarboxylate, copper citrate, copper salts such as fatty acid copper, copper hydroxide, copper halide and the like, preferably Cu 2 O, CuO, CuC
O 3 , copper dicarboxylate, copper citrate and copper hydroxide are exemplified. As a method for mixing these starting materials, a method similar to the method for producing the spinel-type lithium manganese oxide can be used.

【0028】正極におけるスピネル型リチウムマンガン
酸化物とLiサイトの一部が他元素で置換されたリチウ
ム銅酸化物の含有量は、重量比でスピネル型リチウムマ
ンガン酸化物:Liサイトの一部が他元素で置換された
リチウム銅酸化物=通常1:1〜20:1、好ましくは
2:1〜15:1、より好ましくは3:1〜10:1、
最も好ましくは6:1〜8:1である。Liサイトの一
部が他元素で置換されたリチウム銅酸化物の重量比が規
定範囲を逸脱して多くなると放電容量が低下し、逆に少
なくなるとレート特性及びサイクル特性向上効果を得難
くなる恐れがある。
The content of the spinel-type lithium manganese oxide and the lithium copper oxide in which a part of the Li site is replaced by another element in the positive electrode is expressed in terms of the weight ratio of the spinel-type lithium manganese oxide: Lithium copper oxide substituted with an element = usually 1: 1 to 20: 1, preferably 2: 1 to 15: 1, more preferably 3: 1 to 10: 1,
Most preferably, it is 6: 1 to 8: 1. When the weight ratio of the lithium copper oxide in which a part of the Li site is substituted by another element is out of the specified range, the discharge capacity is reduced, and when the weight ratio is reduced, the effect of improving the rate characteristics and the cycle characteristics may be difficult to obtain. There is.

【0029】スピネル型リチウムマンガン酸化物と、L
iサイトの一部が他元素で置換されたリチウム銅酸化物
との複合の形態には特に制限はなく、物理的な混合とす
ることもでき、一方の粒子表面に他方の粒子の被膜を形
成させても良い。正極は、正極集電体と正極活物質を含
有する正極層からなる。正極層は、スピネル型リチウム
マンガン酸化物、リチウム銅酸化物、後述の結着剤( バ
インダー) 、および導電剤からなり、これを後述の方法
により溶媒でスラリー化したものを正極集電体に塗布
し、乾燥したものを用いることができる。
A spinel-type lithium manganese oxide;
There is no particular limitation on the form of the composite with the lithium copper oxide in which part of the i-site has been replaced by another element, and physical mixing can also be performed, and a film of one particle is formed on the surface of one particle. You may let it. The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode layer containing a positive electrode active material. The positive electrode layer is composed of spinel-type lithium manganese oxide, lithium copper oxide, a binder (binder) described later, and a conductive agent, which is slurried with a solvent by a method described later and applied to the positive electrode current collector. Then, a dried product can be used.

【0030】正極の導電剤としては、黒鉛の微粒子、ア
セチレンブラック等のカーボンブラック、ニードルコー
クス等の無定形炭素の微粒子等が使用されるが、これら
に限定されない。また、正極集電体には、アルミニウ
ム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が使用される。
本発明では、以上のようなリチウムマンガン酸化物を含
む正極を用いると、初期容量とレート特性と高温下での
サイクル特性が優れたリチウム二次電池を提供すること
ができる。
Examples of the conductive agent for the positive electrode include, but are not limited to, graphite fine particles, carbon black such as acetylene black, and amorphous carbon fine particles such as needle coke. In addition, aluminum, stainless steel, nickel-plated steel, or the like is used for the positive electrode current collector.
In the present invention, by using a positive electrode containing the above-described lithium manganese oxide, a lithium secondary battery having excellent initial capacity, rate characteristics, and cycle characteristics at high temperatures can be provided.

【0031】従って、本発明では、以上のようなリチウ
ムマンガン酸化物及びリチウム銅酸化物を含む正極と種
々の負極、電解質の組み合わせでリチウム二次電池が製
造される。本発明の正極と組み合わせて用いられる負極
の活物質としては、炭素材料、SnO、SnO2、Sn
1-xxO(M=Hg、P、B、Si、GeまたはSb、
ただし0≦x<1)、Sn32(OH)2 、Sn3-xx
2(OH)2(M=Mg、P、B、Si、Ge、Sb又
はMn、ただし0≦x<3)、LiSiO2、SiO2
はLiSnO2等の中から選ばれる1種又は2種以上の
組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
Therefore, in the present invention, a lithium secondary battery is manufactured by combining the above-described positive electrode containing lithium manganese oxide and lithium copper oxide with various negative electrodes and electrolytes. The active material of the negative electrode used in combination with the positive electrode of the present invention includes a carbon material, SnO, SnO 2 , Sn
1-x M x O (M = Hg, P, B, Si, Ge or Sb,
Where 0 ≦ x <1), Sn 3 O 2 (OH) 2 , Sn 3-x M x
O 2 (OH) 2 (M = Mg, P, B, Si, Ge, Sb or Mn, but 0 ≦ x <3), 1 kind or two kinds selected from among 2 such LiSiO 2, SiO 2 or LiSnO The combinations described above are exemplified, but not limited to these.

【0032】前記炭素材料は特に限定されないが、黒
鉛、石炭系コークス、石油系コークス、石炭系ピッチの
炭化物、石油系ピッチの炭化物、あるいはこれらピッチ
を酸化処理したものの炭化物、ニードルコークス、ピッ
チコークス、フェノール樹脂、結晶セルロース等の炭化
物等及びこれらを一部黒鉛化した炭素材、ファーネスブ
ラック、アセチレンブラック、ピッチ系炭素繊維等が挙
げられ、これらの2種以上の混合物も好適に使用でき
る。
The carbon material is not particularly limited. Graphite, coal-based coke, petroleum-based coke, carbide-based pitch-based carbide, petroleum-based pitch-based carbide, or carbide obtained by oxidizing these pitches, needle coke, pitch-coke, Examples thereof include carbides such as phenolic resins and crystalline cellulose, and carbon materials partially graphitized thereof, furnace black, acetylene black, pitch-based carbon fibers, and the like. Mixtures of two or more of these are also preferably used.

【0033】負極は、負極の活物質と結着剤( バインダ
ー) とを溶媒でスラリー化したものを塗布し乾燥したも
のを用いることができる。負極、正極の活物質の結着剤
( バインダー) としては、例えばポリフッ化ビニリデ
ン、ポリテトラフルオロエチレン、EPDM( エチレン
−プロピレン−ジエン三元共重合体) 、SBR( スチレ
ン−ブタジエンゴム) 、NBR( アクリロニトリル−ブ
タジエンゴム) 、フッ素ゴム等が挙げられるが、これら
に限定されない。
As the negative electrode, a material obtained by slurrying the active material of the negative electrode and a binder (binder) with a solvent and applying the slurry can be used. Negative and positive electrode active material binders
Examples of the (binder) include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, EPDM (ethylene-propylene-diene terpolymer), SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), and fluororubber. But not limited thereto.

【0034】スラリー化する溶媒としては、通常は結着
剤を溶解あるいは分散する有機溶剤が使用される。例え
ば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジ
メチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキ
サノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリ
アミン,N−N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチ
レンオキシド、テトラヒドロフラン等を掲げる事ができ
るがこれらに限定されない。また、水に分散剤、増粘剤
等を加えてSBR等のラテックスで活物質をスラリー化
する場合もある。
As a solvent for forming a slurry, an organic solvent that dissolves or disperses a binder is usually used. For example, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N-N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran, and the like can be mentioned, but are not limited thereto. . In some cases, the active material is slurried with latex such as SBR by adding a dispersant, a thickener, and the like to water.

【0035】また負極の集電体には、銅、ニッケル、ス
テンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が使用される。セパレ
ーターを使用する場合は、微多孔性の高分子フィルムが
用いられ、ナイロン、セルロースアセテート、ニトロセ
ルロース、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリ
フッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポ
リブテン等のポリオレフィン高分子よりなるものが用い
られる。セパレータの化学的及び電気化学的安定性は重
要な因子である。この点からポリオレフィン系高分子が
好ましく、電池セパレータの目的の一つである自己閉塞
温度の点からポリエチレン製であることが望ましい。
As the current collector of the negative electrode, copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel or the like is used. When a separator is used, a microporous polymer film is used, and a material made of a polyolefin polymer such as nylon, cellulose acetate, nitrocellulose, polysulfone, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polypropylene, polyethylene, and polybutene is used. Can be The chemical and electrochemical stability of the separator is an important factor. In this respect, a polyolefin-based polymer is preferable, and it is preferable that the battery is made of polyethylene from the viewpoint of the self-closing temperature, which is one of the purposes of the battery separator.

【0036】ポリエチレンセパレーターの場合、高温形
状維持性の点から超高分子量ポリエチレンであることが
好ましく、その分子量の下限は好ましくは50万、さら
に好ましくは100万、最も好ましくは150万であ
る。他方分子量の上限は、好ましくは500万、更に好
ましくは400万、最も好ましくは300万である。分
子量が大きすぎると、流動性が低すぎて加熱された時セ
パレーターの孔が閉塞しない場合があるからである。
In the case of a polyethylene separator, ultrahigh molecular weight polyethylene is preferred from the viewpoint of maintaining high-temperature shape, and the lower limit of the molecular weight is preferably 500,000, more preferably 1,000,000, and most preferably 1.5 million. On the other hand, the upper limit of the molecular weight is preferably 5,000,000, more preferably 4,000,000, and most preferably 3,000,000. If the molecular weight is too large, the fluidity is too low and the pores of the separator may not be closed when heated.

【0037】また、本発明のリチウム二次電池における
電解質には、例えば公知の有機電解液、高分子固体電解
質、ゲル状電解質、無機固体電解質等を用いることがで
きるが、中でも有機電解液が好ましい。有機電解液は、
有機溶媒と溶質から構成される。有機溶媒としては特に
限定されるものではないが、例えばカーボネート類、エ
ーテル類、ケトン類、スルホラン系化合物、ラクトン
類、ニトリル類、塩素化炭化水素類、エーテル類、アミ
ン類、エステル類、アミド類、リン酸エステル化合物等
を使用することができる。これらの代表的なものを列挙
すると、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネー
ト、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、
ビニレンカーボネート、テトラヒドロフラン、2−メチ
ルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、4−メチ
ル−2−ペンタノン、1,2−ジメトキシエタン、1,
2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、1,3−
ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジ
エチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセ
トニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、ブチ
ロニトリル、バレロニトリル、1,2−ジクロロエタ
ン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、リ
ン酸トリメチル、リン酸トリエチル等の単独もしくは二
種類以上の混合溶媒が使用できる。また、これらの化合
物を複数用いる場合は、添加剤としてこれらの化合物を
電解液へ少量添加することにより電池性能を向上させる
こともできる。更に、CO2 、 N2O、CO、SO2
のガスやポリサルファイドSx 2-など負極表面にリチウ
ムイオンの効率よい充放電を可能にする良好な皮膜を生
成する添加剤を任意の割合で有機溶媒に添加してもよ
い。
As the electrolyte in the lithium secondary battery of the present invention, for example, known organic electrolytes, polymer solid electrolytes, gel electrolytes, inorganic solid electrolytes and the like can be used. Among them, organic electrolytes are preferable. . The organic electrolyte is
Consists of organic solvents and solutes. The organic solvent is not particularly limited, but, for example, carbonates, ethers, ketones, sulfolane compounds, lactones, nitriles, chlorinated hydrocarbons, ethers, amines, esters, amides And phosphoric ester compounds. To list these representatives, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate,
Vinylene carbonate, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 4-methyl-2-pentanone, 1,2-dimethoxyethane, 1,
2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, 1,3-
Dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methylsulfolane, acetonitrile, propionitrile, benzonitrile, butyronitrile, valeronitrile, 1,2-dichloroethane, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, trimethyl phosphate, A single solvent such as triethyl phosphate or a mixture of two or more solvents can be used. When a plurality of these compounds are used, the battery performance can be improved by adding a small amount of these compounds to the electrolyte as an additive. Further, an additive such as CO 2 , N 2 O, CO, SO 2, or a polysulfide S x 2− which can form an excellent film capable of efficiently charging and discharging lithium ions on the surface of the negative electrode is added at an arbitrary ratio. It may be added to an organic solvent.

【0038】またこの溶媒に溶解させる溶質として特に
限定されるものではないが、従来公知のいずれもが使用
でき、LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiB
4、LiB(C654 、LiCl、LiBr、CH3
SO3Li、CF3SO3Li等が挙げられ、これらのう
ち少なくとも1種以上のものを用いることができる。高
分子固体電解質を使用する場合にも、この高分子に公知
のものを用いることができ、特にリチウムイオンに対す
るイオン導電性の高い高分子を使用することが好まし
く、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレン
オキサイド、ポリエチレンイミン等が好ましく使用さ
れ、またこの高分子に対して上記の溶質と共に、上記の
溶媒を加えてゲル状電解質として使用することも可能で
ある。
The solute to be dissolved in this solvent is not particularly limited, but any of the conventionally known ones can be used, and LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiB
F 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCl, LiBr, CH 3
SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li and the like can be mentioned, and at least one or more of these can be used. In the case of using a polymer solid electrolyte, a known polymer can be used as the polymer, and it is particularly preferable to use a polymer having high ionic conductivity with respect to lithium ions.For example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, Polyethyleneimine or the like is preferably used, and the polymer can be used as a gel electrolyte by adding the above solvent together with the above solute.

【0039】無機固体電解質を使用する場合にも、この
無機物に公知の結晶質、非晶質固体電解質を用いること
ができる。結晶質の固体電解質としては例えば、Li
I、Li3N、Li1+xxTi2-x(PO43(M=A
l,Sc,Y,La)、Li0.5- 3xRE0.5+xTiO
3(RE=La,Pr,Nd,Sm)等が挙げられ、非
晶質の固体電解質としては例えば、4.9 LiI−34.1L
2O−61B25,33.3Li2O−66.7SiO2 等の酸
化物ガラスや0.45LiI−0.37Li2S−0.26B23
0.30LiI−0.42Li2S−0.28SiS2等の硫化物ガラ
ス等が挙げられる。これらのうち少なくとも1種以上の
ものを用いることができる。以下実施例によって本発明
の方法をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに
より何ら制限されるものではない。
When an inorganic solid electrolyte is used,
Use of known crystalline and amorphous solid electrolytes for inorganic substances
Can be. Examples of the crystalline solid electrolyte include Li
I, LiThreeN, Li1 + xMxTi2-x(POFour)Three(M = A
l, Sc, Y, La), Li0.5- 3xRE0.5 + xTiO
Three(RE = La, Pr, Nd, Sm) and the like.
As a crystalline solid electrolyte, for example, 4.9 LiI-34.1 L
iTwoO-61BTwoOFive, 33.3LiTwoO-66.7SiOTwo Etc. acid
Oxide glass and 0.45LiI-0.37LiTwoS-0.26BTwoSThree,
0.30LiI-0.42LiTwoS-0.28SiSTwoEtc. sulfide gala
And the like. At least one or more of these
Can be used. Hereinafter, the present invention will be described by way of examples.
The method of the present invention will be described more specifically.
Nothing is more restrictive.

【0040】[0040]

【実施例】実施例1 スピネル型リチウムマンガン酸化物として、Li1.04
1.85Al0.114なるMnサイトの一部がLiとAl
で置換されたスピネル型リチウムマンガン酸化物を使用
し、これに組成Li1.95Na0.05CuO2なるNa置換
リチウム銅酸化物を、重量比でスピネル型リチウムマン
ガン酸化物:Na置換リチウム銅酸化物=6:1となる
ように混合したものを正極活物質として用いた。なお、
ここで用いたスピネル型リチウムマンガン酸化物および
Na置換リチウム銅酸化物のBET比表面積は、それぞ
れ0.9m2/g、0.2m2/gであった。
EXAMPLE 1 As a spinel-type lithium manganese oxide, Li 1.04 M
Part of the Mn site consisting of n 1.85 Al 0.11 O 4 is Li and Al
And a Na-substituted lithium copper oxide having a composition of Li 1.95 Na 0.05 CuO 2 , and a spinel-type lithium manganese oxide: Na-substituted lithium copper oxide = 6 by weight ratio. : 1 was used as the positive electrode active material. In addition,
BET specific surface area of the spinel-type lithium manganese oxide and Na substituted lithium copper oxide used herein were respectively 0.9m 2 /g,0.2m 2 / g.

【0041】実施例2 実施例1に記載したのと同一のスピネル型リチウムマン
ガン酸化物と、組成Li1.9Na0.1CuO2なるNa置
換リチウム銅酸化物を、重量比でスピネル型リチウムマ
ンガン酸化物:Na置換リチウム銅酸化物=6:1とな
るように混合したものを正極活物質として用いた。ここ
で用いたNa置換リチウム銅酸化物のBET比表面積
は、0.2m2/gであった。
Example 2 The same spinel-type lithium manganese oxide as described in Example 1 and the Na-substituted lithium copper oxide having the composition Li 1.9 Na 0.1 CuO 2 were prepared by weight ratio of the spinel-type lithium manganese oxide: A mixture in which Na-substituted lithium copper oxide = 6: 1 was used as the positive electrode active material. The BET specific surface area of the Na-substituted lithium copper oxide used here was 0.2 m 2 / g.

【0042】比較例1 実施例1に記載したのと同一のスピネル型リチウムマン
ガン酸化物と、組成Li2CuO2なる無置換リチウム銅
酸化物を、重量比でリチウムマンガン酸化物:リチウム
銅酸化物=6:1となるように混合したものを正極活物
質として用いた。なお、ここで用いた無置換リチウム銅
酸化物のBET比表面積は0.3m2/gであった。
Comparative Example 1 The same spinel-type lithium manganese oxide as described in Example 1 and an unsubstituted lithium copper oxide having the composition Li 2 CuO 2 were prepared by weight ratio of lithium manganese oxide: lithium copper oxide. = 6: 1 was used as the positive electrode active material. In addition, the BET specific surface area of the unsubstituted lithium copper oxide used here was 0.3 m 2 / g.

【0043】 比較例2実施例1に記載したのと同一のスピネル型リチ
ウムマンガン酸化物を正極活物質として用いた。(リチ
ウム銅酸化物を混合しなかった。) 試験例(電池評価) 以下の方法で本発明の実施例および比較例の電池評価を
行った。 1. 正極の作成と容量確認及びレート評価 正極活物質を75重量% 、アセチレンブラック20重量
%、ポリテトラフロロエチレンパウダー5重量%の割合
で秤量したものを乳鉢で十分混合し、薄くシート状に
し、9mmφ、12mmφのポンチで打ち抜く。この際全体
重量は各々約8mmg、約18mgになるように調整する。
これをAlのエキスパンドメタルに圧着して正極とし
た。ここで、Li金属を対極として電池セルを組む場合
には9mmφに打ち抜いた正極を使用し、炭素材料を活物
質とする負極を対極として電池セルを組む場合には12
mmφに打ち抜いた正極を使用した。
Comparative Example 2 The same spinel-type lithium manganese oxide as described in Example 1 was used as a positive electrode active material. (Lithium copper oxide was not mixed.) Test Example (Evaluation of Battery) The batteries of Examples and Comparative Examples of the present invention were evaluated by the following methods. 1. Preparation of positive electrode, confirmation of capacity and rate evaluation Positive electrode active material 75% by weight, acetylene black 20% by weight, polytetrafluoroethylene powder 5% by weight were weighed and thoroughly mixed in a mortar to form a thin sheet. Punch with 9mmφ, 12mmφ punches. At this time, the total weight is adjusted so as to be about 8 mg and about 18 mg, respectively.
This was pressed against an Al expanded metal to form a positive electrode. Here, when assembling a battery cell with Li metal as a counter electrode, a positive electrode punched to 9 mmφ is used, and when assembling a battery cell with a negative electrode using a carbon material as an active material, 12
A positive electrode punched into mmφ was used.

【0044】9mmφに打ち抜いた前記正極を試験極と
し、Li金属を対極として電池セルを組み、0.5mA/c
m2の定電流充電すなわち、正極からリチウムイオンを放
出させる反応を上限4.35Vで行い、ついで0.5mA
/cm2の定電流放電すなわち正極にリチウムイオンを吸蔵
させる試験を下限3.2Vで行った際の正極活物質単位
重量当たりの初期充電容量をQs(C)mAh/g 、初期放電容
量をQs(D)mAh/g とする。
A battery cell was assembled using the positive electrode punched out to 9 mmφ as a test electrode, a Li metal as a counter electrode, and 0.5 mA / c.
m 2 constant current charging, that is, a reaction for releasing lithium ions from the positive electrode was performed at an upper limit of 4.35 V, and then 0.5 mA
The initial charge capacity per unit weight of the positive electrode active material when the constant current discharge of / cm 2 , that is, the test for inserting lithium ions into the positive electrode at a lower limit of 3.2 V, was Qs (C) mAh / g, and the initial discharge capacity was Qs (D) mAh / g.

【0045】さらに継続して、前記した電圧範囲でレー
ト評価のための定電流充放電を行う。条件としては定電
流充電を0.5mA/cm2で一定とし、定電流放電を0.
5、1、3、5、7、9、11mA/cm2の順に行うという
操作を行う。 2. 負極の作成と容量確認 負極活物質として平均粒径約8〜10μm の黒鉛粉末(d
002=3.35Å) を、バインダーとしてポリフッ化ビニ
リデン( 以下PVdFと省略する) を重量比で92.
5:7.5の割合で秤量し、これをN−メチルピロリド
ン( 以下NMPと省略する) 溶液中で混合し、負極合剤
スラリーとした。このスラリーを20μm厚さの銅箔の
片面に塗布し、乾燥して溶媒を蒸発させた後、12mmφ
に打ち抜き、0.5ton/cm2 でプレス処理をしたもの負
極とした。なお、この負極を試験極、Li金属を対極と
して電池セルを組み、0.2mA/cm2の定電流で負極にL
iイオンを吸蔵させる試験を下限0Vで行った際の負極
活物質単位重量当たりの初期吸蔵容量をQf mAh/g とす
る。
Further, a constant current charge / discharge for rate evaluation is performed in the above-mentioned voltage range. As conditions, constant current charging was constant at 0.5 mA / cm 2 , and constant current discharging was 0.5 mA / cm 2 .
The operation is performed in the order of 5, 1, 3, 5 , 7, 9, and 11 mA / cm 2 . 2. Preparation of negative electrode and confirmation of capacity As an active material for negative electrode, graphite powder (d
002 = 3.35 °) and polyvinylidene fluoride (hereinafter abbreviated as PVdF) as a binder in a weight ratio of 92.0%.
The mixture was weighed at a ratio of 5: 7.5 and mixed in an N-methylpyrrolidone (hereinafter abbreviated as NMP) solution to prepare a negative electrode mixture slurry. This slurry was applied to one side of a copper foil having a thickness of 20 μm, dried, and the solvent was evaporated.
And pressed at 0.5 ton / cm 2 to obtain a negative electrode. A battery cell was assembled using the negative electrode as a test electrode and Li metal as a counter electrode, and L was applied to the negative electrode at a constant current of 0.2 mA / cm 2.
The initial storage capacity per unit weight of the negative electrode active material when the test for storing i ions was performed at the lower limit of 0 V was defined as Qf mAh / g.

【0046】3. 電池セルの組立 図1に示す構成のコイン型セルを使用して、電池性能を
評価した。即ち、正極缶1の上に正極2を置き、その上
にセパレータ3として25μm の多孔性ポリエチレンフ
ィルムを置き、ポリプロピレン製ガスケット4で押さえ
た後、負極5を置き、厚み調整用のスペーサー6を置い
た後、非水電解液溶液として、1モル/リットルの六フ
ッ化リン酸リチウム( LiPF6)を溶解させたエチレン
カーボネート(EC) とジエチルカーボネート( DEC)
の体積分立3:7の混合溶媒を用い、これを電池内に
加えて充分しみ込ませた後、負極缶を載せ電池を封口す
る。なおこの時、正極活物質の重量と負極活物質重量の
バランスは、ほぼ正極活物質量〔g〕/負極活物質量
〔g〕=(Qf/1.2 )/Qs(C)となるよう設定した。
3. Assembly of Battery Cell Using the coin-shaped cell having the configuration shown in FIG. 1, battery performance was evaluated. That is, the positive electrode 2 is placed on the positive electrode can 1, a 25 μm porous polyethylene film is placed thereon as the separator 3, pressed with a polypropylene gasket 4, the negative electrode 5 is placed, and the spacer 6 for thickness adjustment is placed. After that, as a non-aqueous electrolyte solution, ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) in which 1 mol / liter of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved.
Using a mixed solvent having a volumetric ratio of 3: 7, the mixture was added to the inside of the battery and sufficiently impregnated. Then, a negative electrode can was placed and the battery was sealed. At this time, the balance between the weight of the positive electrode active material and the weight of the negative electrode active material was set so that the amount of the positive electrode active material [g] / the amount of the negative electrode active material [g] = (Qf / 1.2) / Qs (C). .

【0047】4. 試験方法 この様に得られた電池の高温特性を比較するため、電池
の1時間率電流値、即ち1Cを 1C[mA]=Qs(D)×正極活物質量〔g〕 と設定し、以下の試験を行った。まず室温で定電流0.
2C充放電2サイクルおよび定電流1C充放電1サイク
ルを行い、次に50℃の高温で定電流0.2C充放電1サ
イクル、ついで定電流1C充放電100サイクルの試験
を行った。なお充電上限は4.2V、下限電圧は3.0Vとし
た。この時50℃での1C充放電100サイクル試験部分
の1サイクル目放電容量Qh(1)に対する、100サイク
ル目の放電容量Qh(80)の割合を高温サイクル容量維持
率P、即ち、 P〔%〕={Qh(80)/Qh(1)}×100 としこの値で電池の高温特性を比較した。本発明の実施
例および比較例で得られた50#Cサイクル試験における初
期放電容量並び80サイクル容量維持率を表1に、25#Cレ
ート試験(対極Li)における電流密度と放電電流容量
維持率の関係を表2に示す。
4. Test Method In order to compare the high temperature characteristics of the battery obtained in this manner, the 1 hour rate current value of the battery, that is, 1 C is calculated as follows: 1 C [mA] = Qs (D) × amount of positive electrode active material [g] And the following tests were performed. First, a constant current of 0.1 at room temperature.
Two cycles of 2C charge / discharge and one cycle of constant current 1C charge / discharge were performed, and then a test was performed at a high temperature of 50 ° C. at a constant current of 0.2C charge / discharge, followed by a constant current 1C charge / discharge of 100 cycles. The upper limit of charging was 4.2 V and the lower limit voltage was 3.0 V. At this time, the ratio of the 100th cycle discharge capacity Qh (80) to the 1st cycle discharge capacity Qh (1) of the 1C charge / discharge 100 cycle test portion at 50 ° C. is defined as a high-temperature cycle capacity retention rate P, that is, P [% ] = {Qh (80) / Qh (1)} × 100, and the high-temperature characteristics of the batteries were compared using this value. Table 1 shows the initial discharge capacity and the 80-cycle capacity retention rate in the 50 # C cycle test obtained in Examples and Comparative Examples of the present invention, and the current density and discharge current capacity retention rate in the 25 # C rate test (Li counter electrode). Is shown in Table 2.

【0048】[0048]

【表1】 [Table 1]

【0049】[0049]

【表2】 [Table 2]

【0050】本発明にかなう実施例では、初期容量、高
温サイクル、レート特性の性能バランスが優れているこ
とが分かる。
It can be seen that in the examples according to the present invention, the performance balance of the initial capacity, high-temperature cycle, and rate characteristics is excellent.

【0051】[0051]

【発明の効果】本発明により、リチウムマンガン酸化物
とリチウム銅酸化物を含むリチウム二次電池用正極にお
いて、初期容量、高温サイクル、レート特性の性能バラ
ンスの改善を図ることができる。
According to the present invention, in the positive electrode for a lithium secondary battery containing lithium manganese oxide and lithium copper oxide, the performance balance of the initial capacity, high-temperature cycle and rate characteristics can be improved.

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

【図1】 本発明の実施例の非水電解液二次電池用活物
質の製造法の試験に用いたコイン型電池の縦断面図
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a coin-type battery used in a test of a method for producing an active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 正極缶 2 正極 3 セパレーター 4 ガスケット 5 負極(対極) 6 スペーサー 7 負極缶 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode can 2 Positive electrode 3 Separator 4 Gasket 5 Negative electrode (counter electrode) 6 Spacer 7 Negative electrode can

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H003 AA02 AA04 BB05 BC01 BC06 BD00 BD04 BD05 5H014 AA01 EE08 EE10 HH01 HH06 5H029 AJ03 AJ05 AK03 AL06 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ03 BJ16 DJ16 DJ17 HJ01 HJ02 HJ07 HJ13  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page F-term (reference)

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スピネル型リチウムマンガン酸化物およ
びLiサイトの一部が他元素で置換されたリチウム銅酸
化物を活物質として含むことを特徴とするリチウム二次
電池用正極材料。
1. A positive electrode material for a lithium secondary battery, comprising, as an active material, a spinel-type lithium manganese oxide and a lithium copper oxide in which a part of a Li site is substituted by another element.
【請求項2】 Liサイトの一部を置換する他元素が、
Li以外のアルカリ金属元素群から選ばれることを特徴
とする請求項1記載のリチウム二次電池用正極材料。
2. The other element substituting a part of the Li site is:
The positive electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode material is selected from a group of alkali metal elements other than Li.
【請求項3】 リチウム銅酸化物が、下記一般式 【式1】Li2-xxCuO2 (0<x≦1.0) (Mは他元素を表す)で表される化合物であることを特
徴とする請求項1または2に記載のリチウム二次電池用
正極材料。
3. The lithium copper oxide is a compound represented by the following general formula: Li 2-x M x CuO 2 (0 <x ≦ 1.0) (M represents another element). The positive electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1 or 2, wherein:
【請求項4】 スピネル型リチウムマンガン酸化物のM
nサイトの一部が、他元素で置換されていることを特徴
とする請求項1〜3のいずれかに記載のリチウム二次電
池用正極材料。
4. M of spinel type lithium manganese oxide
The positive electrode material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein a part of the n site is substituted with another element.
【請求項5】 スピネル型リチウムマンガン酸化物の結
晶系が、立方晶であることを特徴とする請求項1〜4の
いずれかに記載のリチウム二次電池用正極材料。
5. The positive electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the crystal system of the spinel-type lithium manganese oxide is cubic.
【請求項6】 スピネル型リチウムマンガン酸化物のB
ET比表面積が、0.3〜1.5m2 /gであることを
特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のリチウム二
次電池用正極材料。
6. B of spinel type lithium manganese oxide
ET specific surface area, the positive electrode material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a 0.3 to 1.5 m 2 / g.
【請求項7】 Mnサイトを置換する他元素が、Al、
Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、M
g、Ga、Zrからなる群から選ばれることを特徴とす
る請求項1〜6のいずれかに記載のリチウム二次電池用
正極材料。
7. The other element substituting the Mn site is Al,
Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, M
The positive electrode material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the positive electrode material is selected from the group consisting of g, Ga, and Zr.
【請求項8】 スピネル型リチウムマンガン酸化物とL
iサイトの一部が他元素で置換されたリチウム銅酸化物
の含有量が、重量比で1:1〜20:1であることを特
徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のリチウム二次
電池用正極材料。
8. A spinel-type lithium manganese oxide and L
The lithium according to any one of claims 1 to 7, wherein the content of the lithium copper oxide in which a part of the i-site is substituted by another element is 1: 1 to 20: 1 by weight ratio. Positive electrode material for secondary batteries.
【請求項9】 請求項1〜8のいずれかに記載のリチウ
ム二次電池用正極材料を含むことを特徴とするリチウム
二次電池用正極。
9. A positive electrode for a lithium secondary battery, comprising the positive electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1.
【請求項10】 請求項9に記載のリチウム二次電池用
正極と、負極及び電解質を有することを特徴とするリチ
ウム二次電池。
10. A lithium secondary battery comprising the positive electrode for a lithium secondary battery according to claim 9, a negative electrode and an electrolyte.
【請求項11】 負極の活物質が、炭素材料であること
を特徴とする請求項10記載のリチウム二次電池。
11. The lithium secondary battery according to claim 10, wherein the active material of the negative electrode is a carbon material.
JP35067499A 1999-08-27 1999-12-09 Positive electrode material for lithium secondary battery Withdrawn JP2001167764A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP35067499A JP2001167764A (en) 1999-12-09 1999-12-09 Positive electrode material for lithium secondary battery
PCT/JP2000/005709 WO2001017046A1 (en) 1999-08-27 2000-08-24 Positive electrode material for lithium secondary cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP35067499A JP2001167764A (en) 1999-12-09 1999-12-09 Positive electrode material for lithium secondary battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001167764A true JP2001167764A (en) 2001-06-22
JP2001167764A5 JP2001167764A5 (en) 2007-01-11

Family

ID=18412093

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP35067499A Withdrawn JP2001167764A (en) 1999-08-27 1999-12-09 Positive electrode material for lithium secondary battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001167764A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008071702A (en) * 2006-09-15 2008-03-27 Sanyo Electric Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery, and its manufacturing method
JP2008532224A (en) * 2005-04-01 2008-08-14 エルジー・ケム・リミテッド Electrode for lithium secondary battery containing electrode additive and lithium secondary battery containing the electrode
JP2012142156A (en) * 2010-12-28 2012-07-26 Sony Corp Lithium ion secondary battery, positive electrode active material, positive electrode, power tool, electric vehicle, and power storage system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008532224A (en) * 2005-04-01 2008-08-14 エルジー・ケム・リミテッド Electrode for lithium secondary battery containing electrode additive and lithium secondary battery containing the electrode
JP2008071702A (en) * 2006-09-15 2008-03-27 Sanyo Electric Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery, and its manufacturing method
JP2012142156A (en) * 2010-12-28 2012-07-26 Sony Corp Lithium ion secondary battery, positive electrode active material, positive electrode, power tool, electric vehicle, and power storage system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11742479B2 (en) Precursor of positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries and production method thereof and positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries and production method thereof
KR102140969B1 (en) Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, manufacturing method of same, and nonaqueous electrolyte secondary battery using same
US7608365B1 (en) Positive active material composition for rechargeable lithium battery and method of preparing positive electrode using same
KR100946006B1 (en) Nonaqueous Electrolytic Secondary Battery and Method of Manufacturing the Same
JP4834901B2 (en) Positive electrode material for lithium secondary battery
JP2002100363A (en) Battery and lithium secondary battery
JP7113301B2 (en) Positive electrode active material and battery
JP2003017060A (en) Positive electrode active material and non-aqueous electrolyte battery
JP2001345101A (en) Secondary battery
KR20200022359A (en) Positive active material, method of manufacturing the same, and positive electrode and rechargeable lithium battery including the same
JP2011249293A (en) Lithium transition metal compound and its manufacturing method, and lithium ion battery
JP4487355B2 (en) Positive electrode material for lithium secondary battery
JP7059381B2 (en) Positive electrode active material and lithium ion battery
JP4682388B2 (en) Positive electrode material for lithium secondary battery, and positive electrode and lithium secondary battery using the same
JP2001243954A (en) Positive electrode material for lithium secondary battery
JP2002145619A (en) Lithium manganese multiple oxide, positive electrode material for lithium secondary cell, positive electrode for lithium secondary cell and manufacturing method of lithium secondary cell and lithium manganese multiple oxide
JP7142301B2 (en) POSITIVE ACTIVE MATERIAL AND BATTERY INCLUDING SAME
JP2001283845A (en) Positive electrode material for lithium secondary battery, positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery
JP2008071623A (en) Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, and its manufacturing method
KR101553389B1 (en) Positive active material for rechargeable lithium battery, coating material for positive active material, method of manufacturing the same and rechargeable lithium battery including same
JP2004220801A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2003272623A (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery and its manufacturing method as well as lithium secondary battery using it
JP2002068747A (en) Lithium manganese complex oxide, positive electrode material for lithium secondary battery, positive electrode, and lithium secondary battery
JP2001167764A (en) Positive electrode material for lithium secondary battery
JP2001357847A (en) Positive electrode material for lithium secondary battery, positive electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061120

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20061120

RD05 Notification of revocation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425

Effective date: 20090608

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20091019