JP2002167220A - Lithium manganese compound oxide, cathode material for lithium secondary battery, cathode for lithium secondary battery, lithium secondary battery and manufacturing method for lithium manganese compound oxide - Google Patents

Lithium manganese compound oxide, cathode material for lithium secondary battery, cathode for lithium secondary battery, lithium secondary battery and manufacturing method for lithium manganese compound oxide

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JP2002167220A
JP2002167220A JP2001162305A JP2001162305A JP2002167220A JP 2002167220 A JP2002167220 A JP 2002167220A JP 2001162305 A JP2001162305 A JP 2001162305A JP 2001162305 A JP2001162305 A JP 2001162305A JP 2002167220 A JP2002167220 A JP 2002167220A
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lithium
composite oxide
manganese composite
lithium manganese
secondary battery
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Takeshi Sueyoshi
剛 末吉
Hidekazu Miyagi
秀和 宮城
Koji Shima
耕司 島
Tsutomu Miyazawa
勉 宮澤
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Mitsubishi Chemical Corp
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Mitsubishi Chemical Corp
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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the initial discharge capacitance characteristics of a cathode active substance comprised of a lithium manganese compound oxide useful for a cathode material for a lithium secondary battery. SOLUTION: The peak strength ratio (A/B) of the lithium manganese compound oxide between the strength A of diffraction peak (a) observed at 15.4±1.0 deg. and the strength B of diffraction peak (b) observed at 18.3±1.0 deg. by the following measuring conditions (X-ray source: CuKα1 line (CuKα1=1.5406 Å); Diverging slit: 0.25 deg.; Scattering slit: 0.25 deg.; Receiving slit: 0.15 mm; and Step width: 0.020 deg.) of powder X-ray diffraction is expressed as 0.05<=A/B. The half-value width of the diffraction peak b is 0.20 deg. or more and 2 deg. or less.

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】本発明はリチウムマンガン複
合酸化物、並びにこれを用いたリチウム二次電池用正極
材料、リチウム二次電池用正極、及びリチウム二次電池
に関する。また、本発明はリチウムマンガン複合酸化物
の製造方法に関する。
The present invention relates to a lithium-manganese composite oxide, and a positive electrode material for a lithium secondary battery, a positive electrode for a lithium secondary battery, and a lithium secondary battery using the same. The present invention also relates to a method for producing a lithium manganese composite oxide.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、携帯用電子機器の小型化、軽量化
に伴い、その電源として高出力、高エネルギー密度であ
る二次電池が求められている。また、自動車用動力源と
しても、上記の特徴を有する二次電池が求められてい
る。特にリチウム二次電池は上記の要件を満たすため、
その開発が急速に行われている。
2. Description of the Related Art In recent years, as portable electronic devices have become smaller and lighter, a secondary battery having a high output and a high energy density has been demanded as a power source thereof. In addition, a secondary battery having the above characteristics is also required as a power source for an automobile. In particular, lithium secondary batteries meet the above requirements,
Its development is occurring rapidly.

【0003】リチウム二次電池の正極活物質としては、
LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2
4等のリチウム複合酸化物が提案され、研究が盛んに行
われている。特にリチウムとマンガンとを主成分とする
複合酸化物(以下、「リチウムマンガン複合酸化物」と
表記することがある)は、MnがCoやNiと比較して
埋蔵量が多く安価であることから注目を集めている。そ
の中でも、単斜晶系、斜方晶系、六方晶系に属し層状構
造を持つLiMnO2(以下、“層状リチウムマンガン
複合酸化物”と表記することがある)はスピネル構造を
有するLiMn 24と比較して理論容量が大きいため、
注目されている。
As a positive electrode active material of a lithium secondary battery,
LiCoOTwo, LiNiOTwo, LiMnOTwo, LiMnTwoO
FourAnd other lithium composite oxides have been proposed and
Have been done. Especially mainly composed of lithium and manganese
Complex oxide (hereinafter referred to as “lithium-manganese complex oxide”
May be written), Mn is compared with Co or Ni
It is attracting attention because of its large reserves and low cost. So
Among them, monoclinic, orthorhombic, and hexagonal
LiMnO with structureTwo(Hereinafter, “layered lithium manganese
Complex oxides) have a spinel structure
LiMn having TwoOFourBecause the theoretical capacity is large compared to
Attention has been paid.

【0004】層状リチウムマンガン複合酸化物として、
幾つかの報告がされている。J.Electroche
m.Soc.Vol.145(1999)p.3217
には四三酸化マンガンに水酸化リチウムを混合し不活性
ガス雰囲気下で焼成することで斜方晶リチウムマンガン
複合酸化物を製造することが記載されている。しかし、
この斜方晶リチウムマンガン複合酸化物には初期の放電
容量が小さいという問題がある。
As a layered lithium manganese composite oxide,
Several reports have been made. J. Electroche
m. Soc. Vol. 145 (1999) p. 3217
Describes that lithium orthohydroxide is mixed with trimanganese tetraoxide and calcined in an inert gas atmosphere to produce an orthorhombic lithium manganese composite oxide. But,
This orthorhombic lithium manganese composite oxide has a problem that the initial discharge capacity is small.

【0005】また、Electrochemical
and Solid−StateLetters,Vo
l.1(1998)p.13、及びSolid Sta
te Ionics,Vol.130(2000)p.
53には、硝酸マンガン(III)と硝酸アルミニウムを
共沈させ前駆体とし、この前駆体に水酸化リチウムを混
合して液体窒素中に凍結乾燥させ、不活性ガス雰囲気下
焼成することによって単斜晶リチウムマンガン複合酸化
物を製造することが記載されている。
[0005] Also, Electrochemical
and Solid-State Letters, Vo
l. 1 (1998) p. 13, and Solid Sta
te Ionics, Vol. 130 (2000) p.
In step 53, manganese (III) nitrate and aluminum nitrate are coprecipitated to form a precursor, and lithium hydroxide is mixed with the precursor, freeze-dried in liquid nitrogen, and calcined in an inert gas atmosphere. It is described to produce a crystalline lithium manganese composite oxide.

【0006】さらに、J.Power Source
s,Vol.81(1999)p.406には、炭酸リ
チウム、酸化クロム、三酸化二マンガンを固相で混合
し、1000℃で24時間の焼成と解砕を繰り返す単斜
晶リチウムマンガン複合酸化物の製造方法が記載されて
いる。これらの単斜晶リチウムマンガン複合酸化物は斜
方晶リチウムマンガン複合酸化物に比べ初期の放電容量
は増加しているがいまだ実用的には十分ではない。
[0006] Further, J.I. Power Source
s, Vol. 81 (1999) p. No. 406 describes a method for producing a monoclinic lithium manganese composite oxide in which lithium carbonate, chromium oxide, and dimanganese trioxide are mixed in a solid phase and baking and crushing are repeated at 1000 ° C. for 24 hours. Although these monoclinic lithium manganese composite oxides have an increased initial discharge capacity as compared with the orthorhombic lithium manganese composite oxide, they are still not practically sufficient.

【0007】上記の方法は、入手が困難で高価な硝酸マ
ンガン(III)を原料として用いていることや、液体窒
素による瞬間凍結、高温での長時間焼成の繰り返しとい
った方法の採用には工業化の面で問題があることなどに
より、いずれの方法も工業的な製造方法として未だ満足
のいくものではない。さらに、斜方晶系、単斜晶系に属
する層状リチウムマンガン複合酸化物は初期充電容量と
初期放電容量の差(以下、“不可逆容量”と表記するこ
とがある)が大きく、初期効率(初期放電容量/初期充
電容量)が低いという問題がある。それに加え、放電電
流密度を増加させた場合に得られる放電容量特性(以
下、“レート特性”と表記することがある)が低いとい
う問題もある。
[0007] The above-mentioned method uses industrial manganese (III) nitrate, which is difficult to obtain and is expensive, as well as the use of methods such as flash freezing with liquid nitrogen and repeated firing at high temperatures for a long time. However, none of these methods is still satisfactory as an industrial production method due to problems on the surface. Further, the layered lithium manganese composite oxide belonging to the orthorhombic or monoclinic system has a large difference between the initial charge capacity and the initial discharge capacity (hereinafter sometimes referred to as “irreversible capacity”), and the initial efficiency (initial efficiency). (Discharge capacity / initial charge capacity) is low. In addition, there is a problem that the discharge capacity characteristics (hereinafter, sometimes referred to as “rate characteristics”) obtained when the discharge current density is increased are low.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、リチ
ウム二次電池用の正極材料として有用なリチウムマンガ
ン複合酸化物からなる正極活物質の初期放電容量特性を
改善することにある。
An object of the present invention is to improve the initial discharge capacity characteristics of a positive electrode active material comprising a lithium manganese composite oxide useful as a positive electrode material for a lithium secondary battery.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意研究し
た結果、単斜晶リチウムマンガン複合酸化物中に斜方晶
リチウムマンガン複合酸化物が混在したような結晶構造
を有するリチウムマンガン複合酸化物を用いることによ
りレート特性が改善されること、さらには、このような
リチウムマンガン複合酸化物は、リチウム源とマンガン
源とを均一に混合しこれを相対的に低温にて焼成するこ
とによって容易に得ることができることを見出し、本発
明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies, the present inventors have found that a lithium manganese composite oxide having a crystal structure in which an orthorhombic lithium manganese composite oxide is mixed in a monoclinic lithium manganese composite oxide. The rate characteristics are improved by using a material, and further, such a lithium manganese composite oxide is easily obtained by uniformly mixing a lithium source and a manganese source and firing the mixture at a relatively low temperature. And found that the present invention was completed.

【0010】本発明の要旨は、下記(1)〜(20)に
存する。 (1) 下記測定条件での粉末X線回折で15.4±
1.0°に観測される回折ピークaの強度Aと18.3
±1.0°に観測される回折ピークbの強度Bとのピー
ク強度比(A/B)が
The gist of the present invention resides in the following (1) to (20). (1) 15.4 ± by powder X-ray diffraction under the following measurement conditions
Intensity A of diffraction peak a observed at 1.0 ° and 18.3
The peak intensity ratio (A / B) of the diffraction peak b observed at ± 1.0 ° to the intensity B is

【0011】[0011]

【数2】0.05≦A/B であり、かつ回折ピークbの半値幅が0.20°以上2
°以下であることを特徴とするリチウムマンガン複合酸
化物。
## EQU2 ## 0.05 ≦ A / B, and the half width of the diffraction peak b is 0.20 ° or more.
° or less, a lithium manganese composite oxide.

【0012】[0012]

【表2】[測定条件] X線源:CuKα1線(CuKα1=1.5406Å) 発散スリット:0.25° 散乱スリット:0.25° 受光スリット:0.15mm ステップ幅:0.020° (2)前記ピーク強度比A/Bの値が20以下である上
記(1)に記載のリチウムマンガン複合酸化物。 (3)リチウムマンガン複合酸化物のMnサイトの一部
が他の金属元素で置換されており、かつLiサイトの一
部が他の金属元素で置換されている上記(1)又は
(2)に記載のリチウムマンガン複合酸化物。 (4)リチウムマンガン複合酸化物のMnサイトの一部
が、Al、Ti、V、Cr、Fe、Li、Co、Ni、
Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Nb、Mo、Pd、S
i、Sn、Ta、W、Ru、As、Te、Re及びGe
からなる群から選ばれる少なくとも一種の金属元素で置
換されている上記(1)〜(3)のいずれか1つに記載
のリチウムマンガン複合酸化物。 (5)リチウムマンガン複合酸化物のLiサイトの一部
が、K、Na、Ba、Mg、Ca、Zn、Cu、Ga、
Mn、Pb、La、Ce、Nd、Y、Cs、Rb、T
l、Au、Sr、Eu、Ag、Ac、Bi、Hg及びP
uからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属元素で
置換されている上記(3)に記載のリチウムマンガン複
合酸化物。 (6)リチウムマンガン複合酸化物のMnサイトの一部
が、Mnのイオン半径(Mn3+のイオン半径)よりリチ
ウムマンガン複合酸化物中に含有された状態での価数に
おけるイオン半径が小さい金属元素(M1)で置換され
ており、かつLiサイトの一部が、Liのイオン半径
(Li+のイオン半径)よりリチウムマンガン複合酸化
物中に含有された状態での価数におけるイオン半径が大
きい金属元素(M2)で置換されていることを特徴とす
る上記(3)に記載のリチウムマンガン複合酸化物。 (7)金属元素(M1)が、Al、Ti、V、Cr、F
e、Co、Ni、Ga、Nb、Mo、Pd、Si、T
a、W、Ru、As、Te、Re及びGeからなる群か
ら選ばれる少なくとも一種である上記(6)に記載のリ
チウムマンガン複合酸化物。 (8)金属元素(M2)が、K、Na、Ba、Ca、C
u、Pb、La、Ce、Nd、Y、Cs、Rb、Tl、
Au、Sr、Eu、Ag、Ac、Bi、Hg及びPuか
らなる群から選ばれる少なくとも一種である上記(6)
に記載のリチウムマンガン複合酸化物。 (9)リチウム源とマンガン源との混合物を焼成するこ
とによって層状構造を有するリチウムマンガン複合酸化
物を得るリチウムマンガン複合酸化物の製造方法におい
て、前記リチウム源と前記マンガン源とを均一に混合さ
せた後、600〜1200℃で焼成する上記(1)〜
(8)の何れか1つに記載のリチウムマンガン複合酸化
物の製造方法。 (10)650〜880℃で焼成する上記(9)に記載
のリチウムマンガン複合酸化物の製造方法。 (11)リチウム源及びマンガン源と共に、リチウムと
マンガン以外の元素源とを均一に混合させる上記(9)
又は(10)に記載のリチウムマンガン複合酸化物の製
造方法。 (12)均一混合を湿式で行う上記(9)〜(11)の
何れか1つに記載のリチウムマンガン複合酸化物の製造
方法。 (13)水溶性のリチウム源を使用する上記(9)〜
(12)のいずれか1つに記載のリチウムマンガン複合
酸化物の製造方法。 (14)混合の後、噴霧乾燥を行ってから焼成する上記
(9)〜(13)のいずれか1つに記載のリチウムマン
ガン複合酸化物の製造方法。 (15)焼成工程の一部を不活性ガス雰囲気下で行う上
記(9)〜(14)のいずれか1つに記載のリチウムマ
ンガン複合酸化物の製造方法。 (16)酸素含有雰囲気下で焼成後、不活性ガス雰囲気
下で焼成する上記(9)〜(15)のいずれか1つに記
載のリチウムマンガン複合酸化物の製造方法。 (17)焼成を不活性ガス雰囲気下で行う上記(9)〜
(14)のいずれか1つに記載のリチウムマンガン複合
酸化物の製造方法。 (18)上記(1)〜(8)のいずれか1つに記載のリ
チウムマンガン複合酸化物を含有するリチウム二次電池
用正極材料。 (19)上記(18)に記載のリチウム二次電池用正極
材料とバインダーとを含有するリチウム二次電池用正
極。 (20)上記(19)に記載の正極と、負極と、電解質
層とを有するリチウム二次電池。
[Table 2] [Measurement conditions] X-ray source: CuKα 1 ray (CuKα 1 = 1.5406 °) Divergence slit: 0.25 ° Scattering slit: 0.25 ° Light receiving slit: 0.15 mm Step width: 0.020 ° (2) The lithium manganese composite oxide according to (1), wherein the value of the peak intensity ratio A / B is 20 or less. (3) In the above (1) or (2), wherein part of the Mn site of the lithium manganese composite oxide is substituted with another metal element, and part of the Li site is substituted with another metal element. The lithium manganese composite oxide according to the above. (4) Part of the Mn site of the lithium manganese composite oxide is Al, Ti, V, Cr, Fe, Li, Co, Ni,
Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, Nb, Mo, Pd, S
i, Sn, Ta, W, Ru, As, Te, Re and Ge
The lithium manganese composite oxide according to any one of the above (1) to (3), which is substituted with at least one metal element selected from the group consisting of: (5) Part of the Li site of the lithium manganese composite oxide is K, Na, Ba, Mg, Ca, Zn, Cu, Ga,
Mn, Pb, La, Ce, Nd, Y, Cs, Rb, T
1, Au, Sr, Eu, Ag, Ac, Bi, Hg and P
The lithium-manganese composite oxide according to the above (3), which is substituted with at least one metal element selected from the group consisting of u. (6) A metal having a smaller ionic radius in valence when a part of the Mn site of the lithium manganese composite oxide is contained in the lithium manganese composite oxide than the ionic radius of Mn (the ionic radius of Mn 3+ ). The ionic radius in the valence when the element is replaced by the element (M1) and a part of the Li site is contained in the lithium manganese composite oxide is larger than the ionic radius of Li (the ionic radius of Li + ). The lithium manganese composite oxide according to the above (3), which is substituted with a metal element (M2). (7) The metal element (M1) is Al, Ti, V, Cr, F
e, Co, Ni, Ga, Nb, Mo, Pd, Si, T
The lithium-manganese composite oxide according to (6), which is at least one selected from the group consisting of a, W, Ru, As, Te, Re, and Ge. (8) When the metal element (M2) is K, Na, Ba, Ca, C
u, Pb, La, Ce, Nd, Y, Cs, Rb, Tl,
(6) which is at least one selected from the group consisting of Au, Sr, Eu, Ag, Ac, Bi, Hg and Pu.
The lithium manganese composite oxide according to the above. (9) In a method for producing a lithium manganese composite oxide having a layered structure by firing a mixture of a lithium source and a manganese source, the lithium source and the manganese source are uniformly mixed. And then firing at 600-1200 ° C.
(8) The method for producing a lithium manganese composite oxide according to any one of (8). (10) The method for producing a lithium manganese composite oxide according to (9), wherein the lithium manganese composite oxide is fired at 650 to 880 ° C. (11) The above (9) in which lithium and an element source other than manganese are uniformly mixed together with the lithium source and the manganese source.
Or the method for producing a lithium manganese composite oxide according to (10). (12) The method for producing a lithium manganese composite oxide according to any one of (9) to (11), wherein the uniform mixing is performed by a wet method. (13) The above (9) to (9) using a water-soluble lithium source.
(12) The method for producing a lithium manganese composite oxide according to any one of (12). (14) The method for producing a lithium manganese composite oxide according to any one of the above (9) to (13), wherein the mixture is subjected to spray drying and then firing. (15) The method for producing a lithium manganese composite oxide according to any one of the above (9) to (14), wherein a part of the firing step is performed in an inert gas atmosphere. (16) The method for producing a lithium manganese composite oxide according to any one of the above (9) to (15), wherein firing is performed in an oxygen-containing atmosphere and then firing in an inert gas atmosphere. (17) The above (9) to sintering in an inert gas atmosphere
(14) The method for producing a lithium manganese composite oxide according to any one of (14). (18) A positive electrode material for a lithium secondary battery, comprising the lithium manganese composite oxide according to any one of the above (1) to (8). (19) A positive electrode for a lithium secondary battery, comprising the positive electrode material for a lithium secondary battery according to (18) and a binder. (20) A lithium secondary battery including the positive electrode according to (19), a negative electrode, and an electrolyte layer.

【0013】従来、単斜晶系に属する層状リチウムマン
ガン複合酸化物を用いた場合には、斜方晶系に属するも
のを用いた場合より、正極活物質として放電容量、レー
ト特性、初期効率に優れることが知られていた。従っ
て、単斜晶系に属する層状リチウムマンガン複合酸化物
中に斜方晶系に属するリチウムマンガン複合酸化物が混
在するような正極活物質を合成すれば、性能が低下する
と予想される。しかしながら、単斜晶系に属する層状リ
チウムマンガン複合酸化物と斜方晶系に属する層状リチ
ウムマンガン複合酸化物が混在することを示すような特
定のピーク強度比、半値幅を示す本発明のリチウムマン
ガン複合酸化物が、優れた電池性能が発揮できること
は、上記の従来の予想から全く予見できないものであ
る。
Conventionally, when a layered lithium manganese composite oxide belonging to a monoclinic system is used, the discharge capacity, rate characteristics, and initial efficiency are more improved as a positive electrode active material than when an orthorhombic system is used. It was known to be excellent. Therefore, if a positive electrode active material in which the lithium manganese composite oxide belonging to the orthorhombic system is mixed with the layered lithium manganese composite oxide belonging to the monoclinic system is synthesized, the performance is expected to decrease. However, the lithium manganese of the present invention exhibits a specific peak intensity ratio and a half-value width indicating that the layered lithium manganese composite oxide belonging to the monoclinic system and the layered lithium manganese composite oxide belonging to the orthorhombic system are mixed. It is not at all foreseeable that the composite oxide can exhibit excellent battery performance from the above conventional prediction.

【0014】なお、Solid State Ioni
cs Vol.130 (2000) p.53には、
Al置換量の少ない範囲で斜方晶リチウムマンガン複合
酸化物と単斜晶リチウムマンガン複合酸化物の混在を示
唆する記載があるが、950℃という高温で焼成したも
のであってその結晶子サイズは極めて大きく、上記XR
Dによるパラメータの範囲を満足しない。また、その電
池特性評価もなされていない。
Incidentally, Solid State Ioni
cs Vol. 130 (2000) p. 53
There is a description suggesting that the orthorhombic lithium manganese composite oxide and the monoclinic lithium manganese composite oxide are mixed in the range where the amount of Al substitution is small, but firing at a high temperature of 950 ° C. Extremely large, XR
D does not satisfy the parameter range. Also, the battery characteristics have not been evaluated.

【0015】また単相の単斜晶系に属する層状リチウム
マンガン複合酸化物を合成したものとして特開平11−
317226号公報があるが、はじめにナトリウム、マ
ンガン、さらにマンガンの一部を置換した元素から、一
部置換のナトリウムマンガン複合酸化物を合成し、イオ
ン交換法によりn−ヘキサノール中でNaイオンの大部
分をLiイオンで交換することでリチウムマンガン複合
酸化物を合成する方法をとっているため、工業的には不
向きである。また詳細なXRDに関するデータの開示も
ない。
Japanese Patent Application Laid-Open No.
No. 317226 is disclosed. First, a partially substituted sodium-manganese composite oxide is synthesized from sodium, manganese, and an element obtained by partially replacing manganese, and most of Na ions in n-hexanol are synthesized by an ion exchange method. Is not industrially suitable because a method of synthesizing a lithium-manganese composite oxide by exchanging with Li ions is used. Also, there is no disclosure of detailed XRD data.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明をより詳細に説明す
る。本発明のリチウムマンガン複合酸化物は、下記測定
条件での粉末X線回折で15.4±1.0°に観測され
る回折ピークaの強度A(ピーク高さ)と18.3±
1.0°に観測される回折ピークbの強度B(ピーク高
さ)とのピーク強度比(A/B)が、0.05以上であ
り、かつ回折ピークbの半値幅が0.20°以上2°以
下の、層状構造を有するリチウムマンガン複合酸化物
(以下、“層状リチウムマンガン複合酸化物”と表記す
ることがある)である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in more detail. In the lithium manganese composite oxide of the present invention, the intensity A (peak height) of a diffraction peak a observed at 15.4 ± 1.0 ° in powder X-ray diffraction under the following measurement conditions is 18.3 ± 1.
The peak intensity ratio (A / B) to the intensity B (peak height) of the diffraction peak b observed at 1.0 ° is 0.05 or more, and the half width of the diffraction peak b is 0.20 °. A lithium manganese composite oxide having a layered structure of 2 ° or less (hereinafter sometimes referred to as “layered lithium manganese composite oxide”).

【0017】[0017]

【表3】[測定条件] X線源:CuKα1線(CuKα1=1.5406Å) 発散スリット:0.25° 散乱スリット:0.25° 受光スリット:0.15mm ステップ幅:0.020° 回折ピークaは15.4±1.0°に観測される回折ピ
ークであり、斜方晶系に属する層状リチウムマンガン複
合酸化物の(010)回折面に帰属される。回折ピーク
bは18.3±1.0°に観測される回折ピークであ
り、単斜晶系に属する層状リチウムマンガン複合酸化物
の(001)回折面に帰属される。従って、これらのピ
ーク強度比A/Bは、斜方晶系に属するものと単斜晶系
に属するものとの混合比に相当するようなパラメータで
あることが分かる。
[Table 3] [Measurement conditions] X-ray source: CuKα 1 ray (CuKα 1 = 1.5406 °) Divergence slit: 0.25 ° Scattering slit: 0.25 ° Light receiving slit: 0.15 mm Step width: 0.020 ° The diffraction peak a is a diffraction peak observed at 15.4 ± 1.0 ° and is assigned to the (010) diffraction plane of the layered lithium manganese composite oxide belonging to the orthorhombic system. The diffraction peak b is a diffraction peak observed at 18.3 ± 1.0 ° and is assigned to the (001) diffraction plane of the layered lithium manganese composite oxide belonging to the monoclinic system. Therefore, it can be seen that these peak intensity ratios A / B are parameters that correspond to the mixing ratio of those belonging to the orthorhombic system and those belonging to the monoclinic system.

【0018】A/Bの値は、好ましくは0.1以上であ
り、さらに好ましくは0.15以上である。また、A/
Bの値は、通常20以下、好ましくは10以下、さらに
好ましくは5以下、最も好ましくは3以下である。ピー
ク強度比A/Bの範囲が小さすぎると単斜晶系の性質が
大きく反映され、また大きすぎると斜方晶系の性質が大
きく反映され、いずれも本発明の効果が得られにくい。
The value of A / B is preferably 0.1 or more, more preferably 0.15 or more. A /
The value of B is usually 20 or less, preferably 10 or less, more preferably 5 or less, and most preferably 3 or less. If the range of the peak intensity ratio A / B is too small, the properties of the monoclinic system are largely reflected, and if it is too large, the properties of the orthorhombic system are largely reflected, and in any case, the effects of the present invention are hardly obtained.

【0019】ピークbの半値幅は、好ましくは1.0゜
以下、さらに好ましくは0.5゜以下である。ピークb
の半値幅が小さすぎると結晶子サイズが大きくなりすぎ
るためにレート特性に悪い影響が生じ、大きすぎると充
放電を繰り返した場合の結晶の安定性に問題があり、サ
イクル特性に悪影響を生じるやすい。なお、粉末X線解
析は、X線源、発散スリット、散乱スリット、受光スリ
ット、ステップ幅によりその測定値が大きく異なってく
るため、本発明においては上記のようにその値を定め
た。
The half width of peak b is preferably 1.0 ° or less, more preferably 0.5 ° or less. Peak b
If the half width of is too small, the crystallite size becomes too large, which adversely affects the rate characteristics.If it is too large, there is a problem in the stability of the crystal when charging and discharging are repeated, and the cycle characteristics are likely to be adversely affected. . In the powder X-ray analysis, the measured values greatly differ depending on the X-ray source, divergence slit, scattering slit, light receiving slit, and step width. Therefore, in the present invention, the values are determined as described above.

【0020】上記の条件を満たすことにより放電容量特
性が向上する原因は明確ではないが、単斜晶系と斜方晶
系とが混在するようなX線回折を示すものを使用するこ
とにより、ドメインサイズや放電におけるリチウム濃度
勾配が改善されるという可能性が挙げられる。また、半
値幅はドメインサイズと関連があると考えられる。本発
明のリチウムマンガン複合酸化物としては、マンガンサ
イトの一部を他の金属元素で置換したリチウムマンガン
複合酸化物、リチウムサイトの一部を他の金属元素で置
換したリチウムマンガン複合酸化物、及びマンガンサイ
トの一部を他の金属元素で置換し、かつリチウムサイト
の一部を他の金属元素で置換したリチウムマンガン複合
酸化物を用いるのが、高温でのサイクル特性を向上、不
可逆容量を低減、初期効率を向上、およびレート特性を
向上させる上で好ましい。
It is not clear why the discharge capacity characteristics are improved by satisfying the above conditions, but by using a material exhibiting X-ray diffraction such that monoclinic and orthorhombic are mixed, There is a possibility that the lithium concentration gradient in the domain size and discharge is improved. Also, the half width is considered to be related to the domain size. As the lithium-manganese composite oxide of the present invention, a lithium-manganese composite oxide in which a part of the manganese site is substituted by another metal element, a lithium-manganese composite oxide in which a part of the lithium site is substituted by another metal element, and Using a lithium manganese composite oxide in which part of the manganese site is replaced with another metal element and part of the lithium site is replaced with another metal element improves cycle characteristics at high temperatures and reduces irreversible capacity. This is preferable for improving initial efficiency and improving rate characteristics.

【0021】マンガンサイトの一部を置換する他の金属
元素としては、Al、Ti、V、Cr、Fe、Li、C
o、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Nb、M
o、Pd、Si、Sn、Ta、W、Ru、As、Te、
Re及びGeが挙げられる。また、リチウムサイトの一
部を置換する他の金属元素としては、K、Na、Ba、
Mg、Ca、Zn、Cu、Ga、Mn、Pb、La、C
e、Nd、Y、Cs、Rb、Tl、Au、Sr、Eu、
Ag、Ac、Bi、Hg及びPuが挙げられる。
Other metal elements which partially replace the manganese site include Al, Ti, V, Cr, Fe, Li, C
o, Ni, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, Nb, M
o, Pd, Si, Sn, Ta, W, Ru, As, Te,
Re and Ge. Other metal elements that partially replace the lithium site include K, Na, Ba,
Mg, Ca, Zn, Cu, Ga, Mn, Pb, La, C
e, Nd, Y, Cs, Rb, Tl, Au, Sr, Eu,
Ag, Ac, Bi, Hg, and Pu.

【0022】さらに上記の場合において、リチウムマン
ガン複合酸化物のMnサイトの一部が、Mnのイオン半
径(Mn3+のイオン半径)よりリチウムマンガン複合酸
化物中に含有された状態での価数におけるイオン半径が
小さい金属元素(M1)で置換されており、かつLiサ
イトの一部が、Liのイオン半径(Li+のイオン半
径)よりリチウムマンガン複合酸化物中に含有された状
態での価数におけるイオン半径が大きい金属元素(M
2)で置換されているリチウムマンガン複合酸化物がよ
り好ましい。
Further, in the above case, the valence in a state where a part of the Mn site of the lithium manganese composite oxide is contained in the lithium manganese composite oxide is determined by the ionic radius of Mn (the ionic radius of Mn 3+ ). Are substituted by a metal element (M1) having a small ionic radius, and a part of the Li site is contained in the lithium-manganese composite oxide in accordance with the ionic radius of Li (ionic radius of Li + ). Element with a large ionic radius (M
The lithium manganese composite oxide substituted in 2) is more preferable.

【0023】上記Mnよりイオン半径が小さい金属元素
として、好ましくはAl、Ti、V、Cr、Fe、C
o、Ni、Ga、Nb、Mo、Pd、Si、Ta、W、
Ru、As、Te、Re及びGeが挙げられ、さらに好
ましくはAl、Ti、V、Cr、Fe、Co、Niであ
り、特に好ましくはAl、Cr、Fe、Co、Niであ
る。Mnサイトは上記の金属元素の1種で置換されてい
てもよいし、2種以上の金属元素で置換されていてもよ
い。
As the metal element having an ionic radius smaller than that of Mn, preferably, Al, Ti, V, Cr, Fe, C
o, Ni, Ga, Nb, Mo, Pd, Si, Ta, W,
Ru, As, Te, Re and Ge are mentioned, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co and Ni are more preferred, and Al, Cr, Fe, Co and Ni are particularly preferred. The Mn site may be substituted with one of the above metal elements, or may be substituted with two or more metal elements.

【0024】上記Liよりイオン半径が大きい金属元素
として、好ましくはK、Na、Ba、Ca、Cu、P
b、La、Ce、Nd、Y、Cs、Rb、Tl、Au、
Sr、Eu、Ag、Ac、Bi、Hg及びPuが挙げら
れ、さらに好ましくはK、Na、Ba、Ca、Cu、P
b、La、Ce、Nd、Y、Csであり、特に好ましく
はK、Na、Ba、Caである。Liサイトは上記の金
属元素の1種で置換されていてもよいし、2種以上の金
属元素で置換されていてもよい。
As the metal element having an ionic radius larger than that of Li, preferably, K, Na, Ba, Ca, Cu, P
b, La, Ce, Nd, Y, Cs, Rb, Tl, Au,
Sr, Eu, Ag, Ac, Bi, Hg and Pu, and more preferably K, Na, Ba, Ca, Cu, P
b, La, Ce, Nd, Y and Cs, particularly preferably K, Na, Ba and Ca. The Li site may be substituted with one of the above metal elements, or may be substituted with two or more metal elements.

【0025】上記の他の金属元素による置換割合は、マ
ンガンサイトの場合、通常Mnの70モル%以下であ
り、好ましくは60モル%以下、より好ましくは30モ
ル%以下、また通常2.5モル%以上である。リチウム
サイトの場合は、Liの2.5モル%以上、好ましくは
5モル%以上であり、通常30モル%以下、好ましくは
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。
In the case of manganese sites, the substitution ratio of the other metal elements is usually 70 mol% or less of Mn, preferably 60 mol% or less, more preferably 30 mol% or less, and usually 2.5 mol% or less. % Or more. In the case of a lithium site, it is at least 2.5 mol%, preferably at least 5 mol%, and usually at most 30 mol%, preferably at most 20 mol% of Li. 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.

【0026】なお、本明細書においてイオン半径とは、
イオンを球とみなした場合の半径を表し、Shanno
nとPrewittが実測に基づいて整理した値(Ac
taCrystallor.,B25,P925(19
69))に、Shannonが改良を加えて得たもの
(Acta Crystallor.,A32,P75
1(1976))を使用した。(日本化学会編 化学便
覧 基礎編 改訂4版、丸善株式会社、PII−725
(1999))本発明において基準となるイオン半径
は、上記の値を元に、リチウムイオンのイオン半径(r
(Li+))を0.90Å、マンガンイオンのイオン半
径(r(Mn3+))を0.79Å、コバルトイオンのイ
オン半径(r(Co3+))を0.69Å、ニッケルイオ
ンのイオン半径(r(Ni3+))を0.70Åとし、リ
チウムマンガン複合酸化物のMnイオンとLiイオンの
イオン半径比(r(Li+)/r(Mn3+))の値は
1.139、リチウムとコバルトとを主成分とする複合
酸化物(以下、「リチウムコバルト複合酸化物」と表記
することがある)のCoイオンとLiイオンのイオン半
径比(r(Li+)/r(Co3+))の値は1.30
4、リチウムとニッケルとを主成分とする複合酸化物
(以下、「リチウムニッケル複合酸化物」と表記するこ
とがある)のNiイオンとLiイオンのイオン半径比
(r(Li+)/r(Ni3+))の値は1.286と算
出したものを用いた。
In the present specification, the ionic radius is defined as
It represents the radius when the ion is regarded as a sphere, and is Shanno
n and Prewitt are the values arranged based on the actual measurement (Ac
taCrystallor. , B25, P925 (19
69)) and those obtained by Shannon with improvements (Acta Crystallor., A32, P75).
1 (1976)). (Chemical Handbook, edited by The Chemical Society of Japan, Basic Edition, 4th revised edition, Maruzen Co., Ltd., PII-725
(1999)) The ionic radius as a reference in the present invention is based on the above value, and is based on the ionic radius (r
(Li + )) is 0.90 °, the ionic radius of manganese ions (r (Mn 3+ )) is 0.79 °, the ionic radius of cobalt ions (r (Co 3+ )) is 0.69 °, and the ions of nickel ions are The radius (r (Ni 3+ )) is set to 0.70 °, and the value of the ion radius ratio (r (Li + ) / r (Mn 3+ )) of Mn ion to Li ion of the lithium manganese composite oxide is 1.139. , The ion radius ratio (r (Li + ) / r (Co) of Co ions and Li ions of a composite oxide containing lithium and cobalt as main components (hereinafter sometimes referred to as “lithium-cobalt composite oxide”) 3+ )) is 1.30
4. The ion radius ratio (r (Li + ) / r (r) of Ni ions and Li ions of a composite oxide containing lithium and nickel as main components (hereinafter sometimes referred to as “lithium-nickel composite oxide”). Ni 3+ )) was calculated to be 1.286.

【0027】リチウムマンガン複合酸化物のMnイオン
とLiイオンのイオン半径比(r(Li+)/r(Mn
3+))の値は1.139であるのに対し、リチウムマン
ガン複合酸化物と同様にリチウム二次電池の正極活物質
として用いられる、リチウムコバルト複合酸化物の場合
のCoイオンとLiイオンのイオン半径比(r(L
+)/r(Co3+))の値は1.304であり、リチ
ウムニッケル複合酸化物の場合のNiイオンとLiイオ
ンのイオン半径比(r(Li+)/r(Ni3+))の値
は1.286である。
Mn ion of lithium manganese composite oxide
And the ion radius ratio of Li ions (r (Li+) / R (Mn
3+)) Is 1.139, whereas lithium
Positive electrode active material of lithium secondary battery as well as gun complex oxide
Lithium cobalt composite oxide used as
Ionic radius ratio (r (L (L
i +) / R (Co3+)) Is 1.304,
Ion and lithium ion in the case of uranium nickel composite oxide
Ion radius ratio (r (Li+) / R (Ni3+))The value of the
Is 1.286.

【0028】リチウムマンガン複合酸化物のイオン半径
比を、前記した問題点(不可逆容量が大きい、初期効率
が低い、レート特性が低い)のないリチウムコバルト複
合酸化物やリチウムニッケル複合酸化物のイオン半径比
に近づけるということは、つまりリチウムマンガン複合
酸化物のMnサイトの一部をMnよりイオン半径が小さ
い金属元素で置換し、かつLiサイトの一部をLiより
イオン半径が大きい金属元素で置換することであり、不
可逆容量の低減、初期効率の向上、レート特性の向上が
可能となり得る。
The ionic radius ratio of the lithium-manganese composite oxide is determined by adjusting the ionic radius of the lithium-cobalt composite oxide or the lithium-nickel composite oxide free of the above-mentioned problems (large irreversible capacity, low initial efficiency, low rate characteristics). To approach the ratio means that part of the Mn site of the lithium manganese composite oxide is replaced with a metal element having an ionic radius smaller than Mn, and part of the Li site is replaced with a metal element having an ionic radius larger than Li. That is, the irreversible capacity can be reduced, the initial efficiency can be improved, and the rate characteristics can be improved.

【0029】原料を混合して焼成する方法では、Cr或
いはAlをMnサイトに置換して高温焼成しなければ、
単斜晶系に属する層状リチウムマンガン複合酸化物と斜
方晶系に属する層状リチウムマンガン複合酸化物が混在
する層状リチウムマンガン複合酸化物を合成することは
難しかった。加えて高温焼成すると初期効率が低下する
傾向がある。しかしながら、前記したようにリチウムマ
ンガン複合酸化物のMnサイトの一部をMnイオンより
イオン半径が小さい金属元素で置換し、かつLiサイト
の一部をLiイオンよりイオン半径が大きい金属元素で
置換することで、原料を混合して焼成する方法により、
より低温焼成で単斜晶系に属する層状リチウムマンガン
複合酸化物と斜方晶系に属する層状リチウムマンガン複
合酸化物が混在する層状リチウムマンガン複合酸化物を
合成することができ、さらに初期効率も向上する。従っ
て原料を混合して焼成する方法によりリチウムマンガン
複合酸化物を合成する場合には、リチウムマンガン複合
酸化物のMnサイトの一部をMnイオンよりイオン半径
が小さい金属元素で置換し、かつLiサイトの一部をL
iイオンよりイオン半径が大きい金属元素で置換するこ
とが好ましい。
In the method in which the raw materials are mixed and fired, unless Cr or Al is replaced with Mn sites and fired at a high temperature,
It has been difficult to synthesize a layered lithium-manganese composite oxide in which a layered lithium-manganese composite oxide belonging to a monoclinic system and a layered lithium-manganese composite oxide belonging to an orthorhombic system are mixed. In addition, when firing at high temperature, the initial efficiency tends to decrease. However, as described above, part of the Mn site of the lithium manganese composite oxide is replaced with a metal element having a smaller ionic radius than Mn ion, and part of the Li site is replaced with a metal element having a larger ionic radius than Li ion. By the method of mixing and firing the raw materials,
By lower temperature firing, it is possible to synthesize a layered lithium manganese composite oxide in which a monoclinic layered lithium manganese composite oxide and an orthorhombic layered lithium manganese composite oxide are mixed, and the initial efficiency is further improved. I do. Therefore, when a lithium manganese composite oxide is synthesized by a method of mixing and firing the raw materials, a part of the Mn site of the lithium manganese composite oxide is replaced with a metal element having an ionic radius smaller than that of Mn ions, and the Li site Part of L
It is preferable to substitute with a metal element having a larger ionic radius than i ion.

【0030】本発明におけるリチウムマンガン複合酸化
物の一次粒子の平均粒径は、通常0.01μm以上、好
ましくは0.02μm以上であり、また通常50μm以
下、好ましくは30μm以下である。平均粒径が小さす
ぎるとリチウム二次電池の正極活物質として使用した場
合電解液との副反応を誘引することがあり、また大きす
ぎると活物質と電解液間のリチウムの拡散が阻害され、
高電流密度での使用において問題が生じることがある。
一次粒子の形状に特に制限はない。リチウムマンガン複
合酸化物の二次粒子の平均粒径は、通常0.1μm以
上、好ましくは0.2μm以上であり、また通常100
μm以下、好ましくは60μm以下である。平均粒径が小
さすぎると取り扱いが難しく、大きすぎると塗布電極作
成が困難となりやすい。
The average particle size of the primary particles of the lithium manganese composite oxide in the present invention is usually at least 0.01 μm, preferably at least 0.02 μm, and is usually at most 50 μm, preferably at most 30 μm. When the average particle size is too small, when used as a positive electrode active material of a lithium secondary battery, a side reaction with an electrolyte may be induced, and when too large, diffusion of lithium between the active material and the electrolyte is inhibited,
Problems may occur in use at high current densities.
There is no particular limitation on the shape of the primary particles. The average particle size of the secondary particles of the lithium manganese composite oxide is usually 0.1 μm or more, preferably 0.2 μm or more, and usually 100 μm or more.
μm or less, preferably 60 μm or less. If the average particle size is too small, handling is difficult, and if it is too large, it becomes difficult to prepare a coated electrode.

【0031】二次粒子の形状に特に制限はない。得られ
たリチウムマンガン複合酸化物の比表面積は、通常0.
05m2/g以上、好ましくは0.1m2/g以上であ
り、また通常100m2/g以下、好ましくは50m2
g以下である。比表面積が小さすぎると活物質と電解液
間のLiの拡散が阻害され、一方大きすぎると電解液と
の副反応を誘引することがある。
The shape of the secondary particles is not particularly limited. The specific surface area of the obtained lithium manganese composite oxide is usually 0.1.
05M 2 / g or more, preferably 0.1 m 2 / g or more, and usually 100 m 2 / g or less, preferably 50 m 2 /
g or less. If the specific surface area is too small, diffusion of Li between the active material and the electrolytic solution is hindered, while if it is too large, a side reaction with the electrolytic solution may be induced.

【0032】本発明の層状リチウムマンガン複合酸化物
は、以下のようにして製造することができる。すなわ
ち、リチウム源、マンガン源を均一に混合させた後焼成
する方法によって得ることができる。高温でのサイクル
特性等の電池特性をさらに向上させるため、さらに他元
素源を均一に混合させた後焼成することもできる。均一
に混合する方法としては特に制限はなく、乾式混合、ボ
ールミル粉砕、湿式粉砕などが挙げられるが、好ましく
は湿式粉砕である。乾式混合では均一に混合することが
難しい場合があり、例えばLi源が均一に混合されない
とLi2MnO3、Mn34といった正極活物質として作
用しない異相が出現して電池特性を低下させることがあ
る。
The layered lithium manganese composite oxide of the present invention can be produced as follows. That is, it can be obtained by a method in which a lithium source and a manganese source are uniformly mixed and then fired. In order to further improve the battery characteristics such as the cycle characteristics at high temperatures, it is possible to further mix the other element sources evenly and then to fire. There is no particular limitation on the method of uniformly mixing, and examples thereof include dry mixing, ball mill pulverization, and wet pulverization, with wet pulverization being preferred. In the case of dry mixing, it may be difficult to mix uniformly. For example, if the Li source is not mixed uniformly, a different phase that does not act as a positive electrode active material, such as Li 2 MnO 3 or Mn 3 O 4, may appear and deteriorate battery characteristics. There is.

【0033】湿式粉砕の方法としては特に制限はなく、
慣用的に用いられる方法、例えばダイノーミル、パール
ミルを用いることができる。分散媒として特に制限はな
く、水、アルコールなどの有機溶媒、およびそれらの混
合物を用いることができるが、乾燥工程の面から水が好
ましい。湿式粉砕によって得たスラリー、もしくは溶液
は、乾燥した後に焼成することができる。乾燥の方法と
して特に制限はないが、噴霧乾燥が好ましい。噴霧乾燥
の方法としては特に制限はなく、慣用的に用いられる、
ディスク、二流体ノズルなどを用いた噴霧乾燥を行うこ
とができる。
The method of wet grinding is not particularly limited.
Conventional methods such as a Dyno mill and a pearl mill can be used. The dispersion medium is not particularly limited, and water, an organic solvent such as alcohol, and a mixture thereof can be used, but water is preferred from the viewpoint of the drying step. The slurry or the solution obtained by the wet pulverization can be fired after being dried. The method for drying is not particularly limited, but spray drying is preferred. The method of spray drying is not particularly limited, and is conventionally used.
Spray drying using a disk, a two-fluid nozzle or the like can be performed.

【0034】焼成の方法としては、不活性ガス雰囲気下
で行う方法が挙げられる。不活性ガスとしては、窒素、
アルゴン、ヘリウムなどが挙げられる。焼成の雰囲気
は、焼成工程の一部を不活性ガス雰囲気下で行うことが
好ましく、酸素含有雰囲気下で焼成後、不活性ガス雰囲
気下で焼成することが特に好ましい。酸素含有雰囲気下
で焼成後、不活性ガス雰囲気下で焼成したリチウムマン
ガン複合酸化物を活物質に用いた電池は、他の焼成雰囲
気下で焼成したリチウムマンガン複合酸化物を活物質に
用いた電池に比べ、初期効率、レート特性が向上する。
As a firing method, a method of firing in an inert gas atmosphere may be mentioned. As the inert gas, nitrogen,
Examples include argon and helium. As the firing atmosphere, part of the firing step is preferably performed in an inert gas atmosphere, and it is particularly preferable that firing is performed in an oxygen-containing atmosphere and then in an inert gas atmosphere. Batteries using lithium manganese composite oxide fired in an inert gas atmosphere after firing in an oxygen-containing atmosphere, and batteries using lithium manganese composite oxide fired in another firing atmosphere as an active material As compared with the above, the initial efficiency and the rate characteristics are improved.

【0035】焼成温度は、一般的には350℃以上12
00℃以下、特に600℃以上1000℃以下とする
が、上記特定の層状リチウムマンガン複合酸化物を得る
ためには、880℃以下という相対的に低温で行うのが
極めて好ましい。880℃以上の温度を用いて本発明の
リチウムマンガン複合酸化物を得るのは困難な場合があ
り、また、880℃以上では一次粒径が大きくなりすぎ
る傾向にあるからである。このように、一般にはより低
温度で焼成を行うのが好ましいが、前記したように、リ
チウムマンガン複合酸化物のMnサイトの一部が、Mn
のイオン半径(Mn 3+のイオン半径)よりリチウムマン
ガン複合酸化物中に含有された状態での価数におけるイ
オン半径が小さい金属元素(M1)で置換されており、
かつLiサイトの一部が、Liのイオン半径(Li+
イオン半径)よりリチウムマンガン複合酸化物中に含有
された状態での価数におけるイオン半径が大きい金属元
素(M2)で置換されているリチウムマンガン複合酸化
物を焼成する場合には、880℃以上の高温度での焼成
を行っても目的とするリチウムマンガン複合酸化物を得
ることが可能である。他方、一般に低温度で焼成を行う
のが好ましいとは言っても、余りに低温だと結晶構造が
充分成長しにくいので650℃以上とするのが通常であ
る。
The firing temperature is generally 350 ° C. or higher and 12
00 ° C or less, especially 600 ° C or more and 1000 ° C or less
To obtain the specific layered lithium manganese composite oxide
In order to do this, it is necessary to carry out at a relatively low temperature of
Very preferred. Using a temperature of 880 ° C. or higher
It may be difficult to obtain lithium manganese composite oxide
Above 880 ° C, the primary particle size becomes too large
This is because there is a tendency. Thus, generally lower
It is preferable to perform firing at a temperature, but as described above,
Part of the Mn site of the titanium-manganese composite oxide is Mn
Ionic radius (Mn 3+Lithium ion)
The valence in the state of being contained in the gun complex oxide
Substituted with a metal element (M1) having a small on-radius,
In addition, a part of the Li site has an ionic radius of Li (Li+of
(Ion radius) contained in lithium manganese composite oxide
Sources with large ionic radii in the charged state in the charged state
Lithium manganese composite oxidation substituted with element (M2)
When firing the product, firing at a high temperature of 880 ° C or higher
To obtain the desired lithium-manganese composite oxide
It is possible to On the other hand, generally firing at low temperature
Although it is preferable that the crystal structure is too low,
Normally, the temperature is set to 650 ° C. or more because it is difficult to grow sufficiently.
You.

【0036】焼成時間としては、通常1時間以上72時
間以内、好ましくは2時間以上50時間以内である。焼
成時間が短すぎると焼成の効果が充分得られず、長すぎ
ても効果上の差異を認めることが難しい。焼成下、特に
最高温度に到達した以後の酸素濃度を、通常10000
ppm以下、好ましくは1000ppm以下とするのが
好ましい。
The baking time is usually from 1 hour to 72 hours, preferably from 2 hours to 50 hours. If the firing time is too short, the effect of firing cannot be sufficiently obtained, and if it is too long, it is difficult to recognize a difference in effect. The oxygen concentration during firing, especially after reaching the maximum temperature, is usually 10,000
It is preferably at most ppm, more preferably at most 1000 ppm.

【0037】リチウム源としては、Li2CO3、LiN
3等の無機酸塩、LiOH、LiOH・H2O等の水酸
化物、LiCl、LiI等のハロゲン化物、Li2O等
の酸化物、CH3COOLi、ジカルボン酸リチウム、
脂肪酸リチウム等の有機酸塩、ブチルリチウム等のアル
キルリチウム等が挙げられる。特に湿式粉砕を用いる場
合、リチウム源としては、水酸化物等の水溶性の塩を使
用するのが好ましい。
As a lithium source, Li 2 CO 3 , LiN
Inorganic acid salts such as O 3 , hydroxides such as LiOH, LiOH · H 2 O, halides such as LiCl and LiI, oxides such as Li 2 O, CH 3 COOLi, lithium dicarboxylate,
Organic acid salts such as fatty acid lithium, and alkyl lithium such as butyl lithium are exemplified. In particular, when wet grinding is used, it is preferable to use a water-soluble salt such as a hydroxide as the lithium source.

【0038】マンガン源としては、マンガン酸化物、オ
キシ水酸化マンガン、炭酸マンガン等が挙げられる。マ
ンガン酸化物としては、Mnの価数が3価である化合物
が好ましく、例えばMn23やThe America
n Meneralogist Vol.50(196
5)1296頁に記載のγ−Mn23を挙げることがで
きる。なお、これらの化合物に若干の水分が付随しても
良いが、付随量が多いと焼成後の収量が減少するため少
ない方が望ましい。マンガン酸化物としてMnサイトの
一部が上記他の金属元素で置換されたマンガン酸化物を
用いることもできる。オキシ水酸化マンガンとしては、
Mnサイト及び/又はHサイトが上記他の金属元素で置
換されたものを用いることもできる。これらの他の金属
元素で置換されたマンガン酸化物またはオキシ水酸化マ
ンガンとしては、複数の金属元素で置換されたものを用
いることが出来る。
Examples of the manganese source include manganese oxide, manganese oxyhydroxide, manganese carbonate and the like. As the manganese oxide, a compound in which the valence of Mn is trivalent is preferable. For example, Mn 2 O 3 or The America
n Menalogist Vol. 50 (196
5) γ-Mn 2 O 3 described on page 1296 can be mentioned. Although a small amount of water may be added to these compounds, it is preferable that the amount of the added compound is small because a large amount of the compound decreases the yield after firing. As the manganese oxide, a manganese oxide in which a part of the Mn site is substituted with the other metal element can be used. As manganese oxyhydroxide,
A material in which the Mn site and / or the H site are substituted with the above other metal element can also be used. As the manganese oxide or manganese oxyhydroxide substituted with these other metal elements, those substituted with a plurality of metal elements can be used.

【0039】前記他元素源としては特に制限されず、各
種の酸化物、水酸化物、無機酸塩、炭酸塩、有機酸塩、
アンモニウム塩を適宜用いることができる。他金属元素
としては、マンガンサイトの一部やリチウムサイトの一
部を置換することができる前記各種の元素を例示するこ
とができる。本発明の層状リチウムマンガン複合酸化物
は、リチウム二次電池用の正極材料として用いることが
できる。この正極材料は、リチウム二次電池の正極とし
て用いることができる。
The source of the other element is not particularly limited, and various oxides, hydroxides, inorganic acid salts, carbonates, organic acid salts,
Ammonium salts can be used as appropriate. Examples of the other metal element include the above-described various elements that can substitute a part of a manganese site or a part of a lithium site. The layered lithium manganese composite oxide of the present invention can be used as a positive electrode material for a lithium secondary battery. This positive electrode material can be used as a positive electrode of a lithium secondary battery.

【0040】リチウム二次電池用の正極材料は、前記層
状リチウムマンガン複合酸化物を含有するが、さらに他
の正極材料を活物質として含有することもできる。この
ような他の正極材料としては、スピネル型リチウムマン
ガン複合酸化物、LiNiO 2のようなリチウムニッケ
ル複合酸化物、LiCoO2のようなリチウムコバルト
複合酸化物等を用いることができる。好ましくは、他の
正極材料として、スピネル型リチウムマンガン複合酸化
物及び/又はリチウムニッケル複合酸化物を使用する。
なお、上記スピネル型リチウムマンガン複合酸化物、リ
チウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化
物等の化合物は、従来公知の方法で製造することがで
き、少量の酸素欠損、不定比性を持っていてもよく、ま
た、マンガンサイトやニッケルサイトやコバルトサイ
ト、さらにはリチウムサイトが他元素で置換されていて
もよい。
The positive electrode material for a lithium secondary battery comprises the above layer
Contains lithium-manganese composite oxide,
May be contained as an active material. this
Other positive electrode materials include spinel-type lithium
Gun complex oxide, LiNiO TwoLithium nickel like
Composite oxide, LiCoOTwoLithium cobalt like
A composite oxide or the like can be used. Preferably, the other
Spinel-type lithium manganese composite oxidation as cathode material
And / or lithium nickel composite oxide is used.
The spinel-type lithium manganese composite oxide,
Titanium nickel composite oxide, lithium cobalt composite oxidation
Compounds such as products can be produced by a conventionally known method.
May have a small amount of oxygen deficiency, non-stoichiometric
Manganese sites, nickel sites and cobalt sites
And the lithium site is replaced by another element
Is also good.

【0041】本発明のリチウム二次電池用正極は、通常
上記正極材料とバインダーとを含有する。好ましくは、
前記層状リチウムマンガン複合酸化物及びバインダーと
共に、導電剤を含有する。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)、フッ素ゴム等各種の
高分子が挙げられる。また、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挙げられる。
正極中における、活物質、結着剤及び導電剤の含有量
は、それぞれ順に通常20〜90重量%、10〜50重
量%、及び1〜20重量%程度である。正極は、上記の
材料を含むスラリーを、通常、Al金属等の集電体上に
塗布、乾燥することによって得ることができる。
The positive electrode for a lithium secondary battery of the present invention usually contains the above positive electrode material and a binder. Preferably,
A conductive agent is contained together with the layered lithium manganese composite oxide and the binder. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene,
Various polymers such as EPDM (ethylene-propylene-diene terpolymer), SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), and fluororubber are exemplified. Examples of the conductive agent include fine particles of graphite, carbon black such as acetylene black, and fine particles of amorphous carbon such as needle coke.
The contents of the active material, the binder, and the conductive agent in the positive electrode are generally about 20 to 90% by weight, about 10 to 50% by weight, and about 1 to 20% by weight, respectively. The positive electrode can be obtained by applying and drying a slurry containing the above-described material on a current collector such as Al metal.

【0042】正極は、負極及び電解質層と組み合わせて
リチウム二次電池に使用することができる。負極に使用
される活物質としては、通常、この種のリチウム二次電
池に用いられる材料がいずれも使用可能である。例え
ば、リチウムイオン電池の負極剤として好まれて使用さ
れている炭素系材料を用いることができる。また、リチ
ウム金属、Al、Si、Sn、Pb、In、Bi、S
b、Agなどとのリチウム合金、リチウム金属に対し2
V以下といった比較的低い電位においてリチウムを可逆
的にドープ、脱ドープ可能なMoO2、WO2、Ti
2、TiO2などの遷移金属酸化物あるいは硫化物、さ
らにはアモルファススズ複合酸化物やリチウム窒化物な
どを使用することができる。上記炭素系材料として、天
然黒鉛、人造黒鉛、さらには石炭系および石油系コーク
ス・ピッチ類,フェノール樹脂などの樹脂組成物,各種
セルロース類などを高温で炭化処理したものなどを使用
することが可能である。さらに、これらの炭素系材料を
2種以上複合化したもの、あるいは上記の非炭素系材料
と炭素系材料を2種以上複合化したものを使用すること
もできる。上記の負極活物質の使用は特に限定されるも
のではないが、天然黒鉛系、人造黒鉛系、さらにはピッ
チ・コークスを原料とした非晶質炭素材料を単独あるい
は複合化したものが、好ましく用いられる。負極は、通
常上記活物質と結着剤(バインダー)と含有する。結着剤
としては、正極と同様の材料を使用することができる。
また、その製造も正極と同様の方法を採用することがで
きる。
The positive electrode can be used in a lithium secondary battery in combination with a negative electrode and an electrolyte layer. As the active material used for the negative electrode, any of the materials usually used for this type of lithium secondary battery can be used. For example, a carbon-based material favorably used as a negative electrode agent of a lithium ion battery can be used. Also, lithium metal, Al, Si, Sn, Pb, In, Bi, S
lithium alloy with b, Ag, etc., 2 against lithium metal
MoO 2 , WO 2 , Ti capable of reversibly doping and undoping lithium at a relatively low potential such as V or lower.
Transition metal oxides or sulfides such as S 2 and TiO 2, as well as amorphous tin composite oxides and lithium nitrides can be used. As the carbon-based material, it is possible to use natural graphite, artificial graphite, and resin compositions such as coal-based and petroleum-based cokes and pitches, phenolic resins, and various celluloses at high temperatures. It is. Further, a composite of two or more of these carbon-based materials or a composite of two or more of the above-described non-carbon-based materials and carbon-based materials can also be used. The use of the above-mentioned negative electrode active material is not particularly limited, but natural graphite, artificial graphite, and even those obtained by using an amorphous carbon material alone or in combination with pitch coke as a raw material are preferably used. Can be The negative electrode usually contains the active material and a binder. As the binder, the same material as that for the positive electrode can be used.
Also, the same method as that for the positive electrode can be used for the production.

【0043】電解質層は、通常電解質からなるイオン伝
導体とセパレータとから構成される。セパレーターを使
用する場合は、通常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。
The electrolyte layer is usually composed of an ion conductor made of an electrolyte and a separator. When using a separator, usually a microporous polymer film is used, nylon, cellulose acetate, nitrocellulose, polysulfone, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polypropylene, polyethylene, those made of polyolefin polymers such as polybutene Used. 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.

【0044】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
子量が小さすぎると閉塞性が高くなりすぎて高温での使
用に問題が生じ、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。
In the case of a polyethylene separator, ultrahigh molecular weight polyethylene is preferable from the viewpoint of high-temperature shape retention, 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 small, the blocking property becomes too high and there is a problem in use at a high temperature. If the molecular weight is too large, the fluidity is too low and the pores of the separator may not be blocked when heated.

【0045】また、本発明のリチウム二次電池における
イオン伝導体には、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、環状エーテル類、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
のを具体的に列挙すると、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
ル等を挙げることが出来、これらの単独もしくは二種類
以上の混合溶媒が使用できる。
As the ionic conductor 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. Is preferred. The organic electrolyte is composed of an organic solvent and a solute. The organic solvent is not particularly limited, for example, carbonates, cyclic ethers, ketones, sulfolane compounds,
Lactones, nitriles, chlorinated hydrocarbons, ethers, amines, esters, amides, phosphate compounds and the like can be used. Specific examples of these representatives include 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-dioxolan, 4-methyl-1,
3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methylsulfolane, acetonitrile, propionitrile,
Benzonitrile, butyronitrile, valeronitrile,
Examples thereof include 1,2-dichloroethane, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, and the like, and a single solvent or a mixture of two or more solvents can be used.

【0046】またこの溶媒に溶解させる溶質としては特
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、Li
BF4、LiB(C654、LiCl、LiBr、CH
3SO3Li、CF3SO3Li等のリチウム塩が挙げら
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。
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 , LiPF
BF 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCl, LiBr, CH
3 SO 3 Li, include lithium salts such as CF 3 SO 3 Li, can be used at least one or more of these.

【0047】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。
When a polymer solid electrolyte is used, any known polymer can be used. In particular, a polymer having high ionic conductivity with respect to lithium ions is preferably used. Polypropylene oxide, polyethyleneimine and the like are preferably used, and the polymer can be used as a gel electrolyte by adding the above solvent together with the above solute.

【0048】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(ただしM
=Al、Sc、Y及びLaからなる群から選ばれる少な
くとも一種)、Li0.5-3xRE0.5+xTiO3(ただしR
E=La、Pr、Nd及びSmからなる群から選ばれる
少なくとも一種)等が挙げられ、非晶質の固体電解質と
しては例えば、4.9LiI−34.1Li2O−61
25,33.3Li2O−66.7SiO2等の酸化物
ガラスや0.45LiI−0.37Li2S−0.26
23,0.30LiI−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。
When an inorganic solid electrolyte is used, a known crystalline or amorphous solid electrolyte can be used for the inorganic substance. Examples of the crystalline solid electrolyte include Li
I, Li 3 N, Li 1 + x M x Ti 2-x (PO 4 ) 3 (where M
= At least one selected from the group consisting of Al, Sc, Y and La), Li 0.5-3x RE 0.5 + x TiO 3 (where R
E = La, Pr, Nd and Sm), and the amorphous solid electrolyte is, for example, 4.9LiI-34.1Li 2 O-61.
B 2 O 5, 33.3Li 2 O -66.7SiO oxide such as 2 glass or 0.45LiI-0.37Li 2 S-0.26
B 2 S 3, 0.30LiI-0.42Li 2 S-0.28SiS 2 sulfide glass etc. and the like. At least one of these
More than one species can be used.

【0049】[0049]

【実施例】以下実施例により、本発明をより詳細に説明
する。以下の実施例において「部」とあるのは「重量
部」を表す。 実施例1 水63.5部に三酸化二マンガン(III)20.0
部、水酸化リチウム1水和物12.05部、三酸化二ク
ロム(III)2.14部を直径0.5mmのジルコニ
アビーズを用いて2時間粉砕してスラリーとし、乾燥温
度86℃で噴霧乾燥を行った。この粉体を窒素気流下8
50℃で10時間焼成を行った。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. In the following examples, “parts” means “parts by weight”. Example 1 Dimanganese (III) trioxide 20.0 was added to 63.5 parts of water.
Parts, 12.05 parts of lithium hydroxide monohydrate, and 2.14 parts of dichromium (III) trioxide were crushed for 2 hours using zirconia beads having a diameter of 0.5 mm to form a slurry, and sprayed at a drying temperature of 86 ° C. Drying was performed. This powder is placed under a stream of nitrogen 8
The firing was performed at 50 ° C. for 10 hours.

【0050】次に、得られたリチウムマンガン複合酸化
物の粉末X線回折(XRD)測定を下記測定条件にて行
った。
Next, the obtained lithium manganese composite oxide was subjected to powder X-ray diffraction (XRD) measurement under the following measurement conditions.

【0051】[0051]

【表4】[測定条件] X線源:CuKα1線(CuKα1=1.5406Å) 発散スリット:0.25° 散乱スリット:0.25° 受光スリット:0.15mm ステップ幅:0.020° 上記粉末XRD測定結果を図1に示す。また、上記測定
結果から得られた、15.4±1.0°に観測される回
折ピークaの強度A及び18.3±1.0°に観測され
る回折ピークbの強度B、並びに回折ピークbの半値幅
を表−1に示す。
[Table 4] [Measurement conditions] X-ray source: CuKα 1 ray (CuKα 1 = 1.5406 °) Divergence slit: 0.25 ° Scattering slit: 0.25 ° Light receiving slit: 0.15 mm Step width: 0.020 ° FIG. 1 shows the results of the powder XRD measurement. Further, the intensity A of the diffraction peak a observed at 15.4 ± 1.0 ° and the intensity B of the diffraction peak b observed at 18.3 ± 1.0 °, and the diffraction obtained from the above measurement results. Table 1 shows the half width of the peak b.

【0052】また、リチウムマンガン複合酸化物を用い
て電池を作成し、初期放電容量の測定を行った。電圧範
囲は4.35Vから2.0Vとした。まず、充電電流密
度、放電電流密度ともに0.2mA/cm2で測定を行
い、その値をそれぞれC1、D1とした。その後、充電
電流密度を0.5mA/cm2で一定とし、放電電流密
度を0.2mA/cm2から11mA/cm2まで増加さ
せて計8回測定を行い、放電電流密度1.0mA/cm
2での値をD2とした。最後に、再び充電電流密度、放
電電流密度ともに0.2mA/cm2で測定を行い、そ
の際の放電容量をD3とした。これらの結果を表−1に
示す。
A battery was prepared using the lithium manganese composite oxide, and the initial discharge capacity was measured. The voltage range was 4.35V to 2.0V. First, both the charging current density and the discharging current density were measured at 0.2 mA / cm 2 , and the values were defined as C1 and D1, respectively. Thereafter, a constant charge current density at 0.5 mA / cm 2, discharge current density was subjected to the allowed by eight measurements increased from 0.2 mA / cm 2 until 11 mA / cm 2, discharge current density 1.0 mA / cm
The value at 2 was taken as D2. Finally, the charge current density and the discharge current density were both measured again at 0.2 mA / cm 2 , and the discharge capacity at that time was defined as D3. Table 1 shows these results.

【0053】なお、電池の作成は下記のようにして行っ
た。正極材料を75重量%、アセチレンブラックを20
重量%、ポリ四フッ化エチレン樹脂を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のポンチで打ち抜いた。この際全体重量は各々
約8mmgになるように調整した。これをAlのエキス
パンドメタルに圧着して正極とした。次に、上記により
製造した正極について、厚み0.5mmのLi金属を対
極として電池セルを組んだ。即ち、正極の上にセパレー
ターとして多孔性ポリプロピレンフィルムを置き、その
上に負極を、ポリプロピレン製ガスケットを付けた封口
缶に圧着した。非水電解液として1モル/lのLiPF
6を溶解させたエチレンカーボネートとジエチルカーボ
ネートとの混合溶液(50vol%:50vol%)を
用い、これをセパレーター及び負極上に加えた。その
後、電池を封口してリチウム二次電池(ボタン形)とし
た。 実施例2 焼成を窒素気流下800℃で10時間行ったこと以外は
実施例1と同様にして、リチウムマンガン複合酸化物を
製造し、評価した。結果を図2及び表−1に示す。 実施例3 焼成を窒素気流下800℃で20時間行ったこと以外は
実施例1と同様にして、リチウムマンガン複合酸化物を
製造し、評価した。結果を図3及び表−1に示す。 実施例4 焼成を窒素気流下750℃で15時間行ったこと以外は
実施例1と同様にして、リチウムマンガン複合酸化物を
製造し、評価した。結果を図4及び表−1に示す。 比較例1 焼成を窒素気流下900℃で10時間行ったこと以外は
実施例1と同様にして、リチウムマンガン複合酸化物を
製造し、評価した。結果を図5及び表−1に示す。 実施例5 三酸化二マンガン(III)5.00g、水酸化リチウ
ム1水和物2.66g、炭酸ナトリウム0.18g、オ
キシ水酸化アルミニウム(III)0.20gを適量の
エタノール中で全体が均一になるまで30分以上乳鉢混
合し、混合粉末を減圧下150℃で3時間乾燥後、ペレ
ット成形し、酸素含有雰囲気中600℃で5時間焼成を
行い、得られたペレットを粉砕後、さらに窒素雰囲気中
700℃で24時間焼成を行った。
The battery was prepared as follows. 75% by weight of positive electrode material, 20% of acetylene black
% By weight, polytetrafluoroethylene resin weighed at a ratio of 5% by weight, and thoroughly mixed in a mortar to form a thin sheet.
Punched with a 9 mmφ punch. At this time, the total weight was adjusted to be about 8 mmg each. This was pressed against an Al expanded metal to form a positive electrode. Next, with respect to the positive electrode manufactured as described above, a battery cell was assembled using a 0.5-mm-thick Li metal as a counter electrode. That is, a porous polypropylene film was placed as a separator on the positive electrode, and the negative electrode was pressed on a porous can fitted with a polypropylene gasket. 1 mol / l LiPF as non-aqueous electrolyte
Using a mixed solution of ethylene carbonate and diethyl carbonate (50 vol%: 50 vol%) in which No. 6 was dissolved, this was added onto the separator and the negative electrode. Thereafter, the battery was sealed to form a lithium secondary battery (button type). Example 2 A lithium-manganese composite oxide was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the calcination was performed at 800 ° C. for 10 hours under a nitrogen stream. The results are shown in FIG. 2 and Table 1. Example 3 A lithium-manganese composite oxide was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the firing was performed at 800 ° C. for 20 hours under a nitrogen stream. The results are shown in FIG. Example 4 A lithium-manganese composite oxide was produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that calcination was performed at 750 ° C. for 15 hours under a nitrogen stream. The results are shown in FIG. Comparative Example 1 A lithium-manganese composite oxide was produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the firing was performed at 900 ° C. for 10 hours under a nitrogen stream. The results are shown in FIG. Example 5 5.00 g of dimanganese (III) trioxide, 2.66 g of lithium hydroxide monohydrate, 0.18 g of sodium carbonate, and 0.20 g of aluminum oxyhydroxide (III) were uniformly mixed in an appropriate amount of ethanol. The mixture was mortar mixed for at least 30 minutes, dried at 150 ° C. for 3 hours under reduced pressure, pelletized, calcined at 600 ° C. for 5 hours in an oxygen-containing atmosphere, and the resulting pellets were pulverized and further nitrogen The firing was performed at 700 ° C. for 24 hours in an atmosphere.

【0054】上記した方法でリチウムマンガン複合酸化
物を製造したこと以外は実施例1と同様にして、リチウ
ムマンガン複合酸化物を評価した。結果を図6及び表−
2に示す。 実施例6 三酸化二マンガン(III)5.00g、水酸化リチウ
ム1水和物2.66g、炭酸ナトリウム0.18g、オ
キシ水酸化アルミニウム(III)0.20gを適量の
エタノール中で全体が均一になるまで30分以上乳鉢混
合し、混合粉末を減圧下150℃で3時間乾燥後、ペレ
ット成形し、酸素含有雰囲気中600℃で5時間焼成を
行い、得られたペレットを粉砕後、さらに窒素雰囲気中
900℃で24時間焼成を行った。
The lithium manganese composite oxide was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the lithium manganese composite oxide was produced by the above method. The results are shown in FIG.
It is shown in FIG. Example 6 5.00 g of dimanganese (III) trioxide, 2.66 g of lithium hydroxide monohydrate, 0.18 g of sodium carbonate, and 0.20 g of aluminum oxyhydroxide (III) were uniformly mixed in an appropriate amount of ethanol. The mixture was mortar mixed for at least 30 minutes, dried at 150 ° C. for 3 hours under reduced pressure, pelletized, calcined at 600 ° C. for 5 hours in an oxygen-containing atmosphere, and the resulting pellets were pulverized and further nitrogen The firing was performed at 900 ° C. for 24 hours in an atmosphere.

【0055】上記した方法でリチウムマンガン複合酸化
物を製造したこと以外は実施例1と同様にして、リチウ
ムマンガン複合酸化物を評価した。結果を図7及び表−
2に示す。 実施例7 三酸化二マンガン(III)5.00g、水酸化リチウ
ム1水和物2.39g、炭酸ナトリウム0.34gを適
量のエタノール中で全体が均一になるまで30分以上乳
鉢混合し、混合粉末を減圧下150℃で3時間乾燥後、
ペレット成形し、酸素含有雰囲気中600℃で5時間焼
成を行い、得られたペレットを粉砕後、さらに窒素雰囲
気中900℃で24時間焼成を行った。
The lithium manganese composite oxide was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the lithium manganese composite oxide was produced by the above method. The results are shown in FIG.
It is shown in FIG. Example 7 Dimanganese (III) trioxide (5.00 g), lithium hydroxide monohydrate (2.39 g), and sodium carbonate (0.34 g) were mortar-mixed in an appropriate amount of ethanol for at least 30 minutes until the whole became homogeneous, followed by mixing. After drying the powder under reduced pressure at 150 ° C. for 3 hours,
Pellets were formed and fired in an oxygen-containing atmosphere at 600 ° C. for 5 hours. The obtained pellets were pulverized, and further fired in a nitrogen atmosphere at 900 ° C. for 24 hours.

【0056】上記した方法でリチウムマンガン複合酸化
物を製造したこと以外は実施例1と同様にして、リチウ
ムマンガン複合酸化物を評価した。結果を図8及び表−
2に示す。 実施例8 三酸化二マンガン(III)5.00g、水酸化リチウ
ム1水和物2.95g、オキシ水酸化アルミニウム(I
II)0.42gを適量のエタノール中で全体が均一に
なるまで30分以上乳鉢混合し、混合粉末を減圧下15
0℃で3時間乾燥後、ペレット成形し、酸素含有雰囲気
中600℃で5時間焼成を行い、得られたペレットを粉
砕後、さらに窒素雰囲気中900℃で24時間焼成を行
った。
The lithium manganese composite oxide was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the lithium manganese composite oxide was produced by the above method. The results are shown in FIG.
It is shown in FIG. Example 8 Dimanganese (III) trioxide 5.00 g, lithium hydroxide monohydrate 2.95 g, aluminum oxyhydroxide (I
II) 0.42 g was mixed in an appropriate amount of ethanol in a mortar for at least 30 minutes until the whole became uniform, and the mixed powder was reduced under reduced pressure for 15 minutes.
After drying at 0 ° C. for 3 hours, pellets were formed, and baked in an oxygen-containing atmosphere at 600 ° C. for 5 hours.

【0057】上記した方法でリチウムマンガン複合酸化
物を製造したこと以外は実施例1と同様にして、リチウ
ムマンガン複合酸化物を評価した。結果を図9及び表−
2に示す。
The lithium manganese composite oxide was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the lithium manganese composite oxide was produced by the above method. The results are shown in FIG.
It is shown in FIG.

【0058】[0058]

【表5】 [Table 5]

【0059】[0059]

【表6】 (上記表−1及び表−2において、半値幅の単位は
「°」、容量の単位は「mAh/g」で表記した。) 表−1及び表−2の結果より、本発明の層状リチウムマ
ンガン複合酸化物が高い放電容量を示し、レート特性が
改善され、不可逆容量が低減されることがわかる。
[Table 6] (In Tables 1 and 2, the unit of the half width is represented by “°” and the unit of the capacity is represented by “mAh / g.”) From the results of Tables 1 and 2, the layered lithium of the present invention is shown. It can be seen that the manganese composite oxide shows a high discharge capacity, improves the rate characteristics, and reduces the irreversible capacity.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明によって、リチウム二次電池用の
正極材料として有用な層状リチウムマンガン複合酸化物
からなる正極活物質の電池特性を改善することができ
る。
According to the present invention, the battery characteristics of a positive electrode active material comprising a layered lithium-manganese composite oxide useful as a positive electrode material for a lithium secondary battery can be improved.

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

【図1】実施例1で製造した層状リチウムマンガン複合
酸化物のX線回折結果
FIG. 1 is an X-ray diffraction result of a layered lithium manganese composite oxide produced in Example 1.

【図2】実施例2で製造した層状リチウムマンガン複合
酸化物のX線回折結果
FIG. 2 is an X-ray diffraction result of the layered lithium manganese composite oxide produced in Example 2.

【図3】実施例3で製造した層状リチウムマンガン複合
酸化物のX線回折結果
FIG. 3 is an X-ray diffraction result of the layered lithium manganese composite oxide produced in Example 3.

【図4】実施例4で製造した層状リチウムマンガン複合
酸化物のX線回折結果
FIG. 4 is an X-ray diffraction result of the layered lithium manganese composite oxide produced in Example 4.

【図5】比較例1で製造した層状リチウムマンガン複合
酸化物のX線回折結果
FIG. 5 is an X-ray diffraction result of the layered lithium manganese composite oxide produced in Comparative Example 1.

【図6】実施例5で製造した層状リチウムマンガン複合
酸化物のX線回折結果
FIG. 6 is an X-ray diffraction result of the layered lithium manganese composite oxide produced in Example 5.

【図7】実施例6で製造した層状リチウムマンガン複合
酸化物のX線回折結果
FIG. 7 is an X-ray diffraction result of the layered lithium manganese composite oxide produced in Example 6.

【図8】実施例7で製造した層状リチウムマンガン複合
酸化物のX線回折結果
FIG. 8 is an X-ray diffraction result of the layered lithium manganese composite oxide produced in Example 7.

【図9】実施例8で製造した層状リチウムマンガン複合
酸化物のX線回折結果
FIG. 9 is an X-ray diffraction result of the layered lithium manganese composite oxide produced in Example 8.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島 耕司 神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地 三菱化学株式会社内 (72)発明者 宮澤 勉 神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地 三菱化学株式会社内 Fターム(参考) 4G048 AA04 AA05 AB01 AB05 AC06 AD06 AE05 5H029 AJ03 AK03 AK07 AK08 AK16 AL06 AL12 AM03 AM04 AM05 AM07 AM12 AM14 AM16 EJ04 EJ12 HJ13 HJ14 5H050 AA02 BA17 CA09 CB07 CB08 EA09 EA10 EA23 EA24 GA02 GA10 HA13 HA14  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Koji Shima 1000 Kamoshita-cho, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Mitsubishi Chemical Co., Ltd. F term (reference) 4G048 AA04 AA05 AB01 AB05 AC06 AD06 AE05 5H029 AJ03 AK03 AK07 AK08 AK16 AL06 AL12 AM03 AM04 AM05 AM07 AM12 AM14 AM16 EJ04 EJ12 HJ13 HJ14 5H050 AA02 BA17 CA09 CB07 EA09 GA10 EA09 HA10 EA09

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記測定条件での粉末X線回折で15.
4±1.0°に観測される回折ピークaの強度Aと1
8.3±1.0°に観測される回折ピークbの強度Bと
のピーク強度比(A/B)が 【数1】0.05≦A/B であり、かつ回折ピークbの半値幅が0.20°以上2
°以下であることを特徴とするリチウムマンガン複合酸
化物。 【表1】[測定条件] X線源:CuKα1線(CuKα1=1.5406Å) 発散スリット:0.25° 散乱スリット:0.25° 受光スリット:0.15mm ステップ幅:0.020°
1. X-ray powder diffraction under the following measurement conditions:
Intensity A of diffraction peak a observed at 4 ± 1.0 ° and 1
The peak intensity ratio (A / B) of the diffraction peak b observed at 8.3 ± 1.0 ° to the intensity B (A / B) is 0.05 ≦ A / B, and the half width of the diffraction peak b is Is 0.20 ° or more 2
° or less, a lithium manganese composite oxide. [Table 1] [Measurement conditions] X-ray source: CuKα 1 ray (CuKα 1 = 1.5406 °) Divergence slit: 0.25 ° Scattering slit: 0.25 ° Light receiving slit: 0.15 mm Step width: 0.020 °
【請求項2】 前記ピーク強度比A/Bの値が20以下
である請求項1記載のリチウムマンガン複合酸化物。
2. The lithium manganese composite oxide according to claim 1, wherein the value of the peak intensity ratio A / B is 20 or less.
【請求項3】 リチウムマンガン複合酸化物のMnサイ
トの一部が他の金属元素で置換されており、かつLiサ
イトの一部が他の金属元素で置換されていることを特徴
とする請求項1又は2に記載のリチウムマンガン複合酸
化物。
3. The lithium manganese composite oxide, wherein a part of the Mn site is replaced by another metal element, and a part of the Li site is replaced by another metal element. 3. The lithium manganese composite oxide according to 1 or 2.
【請求項4】 リチウムマンガン複合酸化物のMnサイ
トの一部が、Al、Ti、V、Cr、Fe、Li、C
o、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Nb、M
o、Pd、Si、Sn、Ta、W、Ru、As、Te、
Re及びGeからなる群から選ばれる少なくとも一種の
金属元素で置換されている請求項1乃至3のいずれか1
つに記載のリチウムマンガン複合酸化物。
4. A method according to claim 1, wherein part of the Mn site of the lithium manganese composite oxide is Al, Ti, V, Cr, Fe, Li, C
o, Ni, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, Nb, M
o, Pd, Si, Sn, Ta, W, Ru, As, Te,
4. The method according to claim 1, wherein said metal is substituted with at least one metal element selected from the group consisting of Re and Ge.
4. The lithium manganese composite oxide according to any one of the above.
【請求項5】 リチウムマンガン複合酸化物のLiサイ
トの一部が、K、Na、Ba、Mg、Ca、Zn、C
u、Ga、Mn、Pb、La、Ce、Nd、Y、Cs、
Rb、Tl、Au、Sr、Eu、Ag、Ac、Bi、H
g及びPuからなる群から選ばれる少なくとも一種の金
属元素で置換されている請求項3に記載のリチウムマン
ガン複合酸化物。
5. A method according to claim 1, wherein part of the Li site of the lithium manganese composite oxide is K, Na, Ba, Mg, Ca, Zn, or C.
u, Ga, Mn, Pb, La, Ce, Nd, Y, Cs,
Rb, Tl, Au, Sr, Eu, Ag, Ac, Bi, H
The lithium manganese composite oxide according to claim 3, wherein the lithium manganese composite oxide is substituted with at least one metal element selected from the group consisting of g and Pu.
【請求項6】 リチウムマンガン複合酸化物のMnサイ
トの一部が、Mnのイオン半径(Mn3+のイオン半径)
よりリチウムマンガン複合酸化物中に含有された状態で
の価数におけるイオン半径が小さい金属元素(M1)で
置換されており、かつLiサイトの一部が、Liのイオ
ン半径(Li+のイオン半径)よりリチウムマンガン複
合酸化物中に含有された状態での価数におけるイオン半
径が大きい金属元素(M2)で置換されていることを特
徴とする請求項3に記載のリチウムマンガン複合酸化
物。
6. A part of the Mn site of the lithium manganese composite oxide has an ionic radius of Mn (an ionic radius of Mn 3+ ).
The metal element (M1) having a smaller ionic radius in the valence when contained in the lithium-manganese composite oxide is more substituted, and a part of the Li site has an ionic radius of Li (an ionic radius of Li + ). 4. The lithium-manganese composite oxide according to claim 3, wherein the lithium-manganese composite oxide is substituted with a metal element (M2) having a larger ionic radius in valence when contained in the lithium-manganese composite oxide.
【請求項7】 金属元素(M1)が、Al、Ti、V、
Cr、Fe、Co、Ni、Ga、Nb、Mo、Pd、S
i、Ta、W、Ru、As、Te、Re及びGeからな
る群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とす
る請求項6に記載のリチウムマンガン複合酸化物。
7. The method according to claim 1, wherein the metal element (M1) is Al, Ti, V,
Cr, Fe, Co, Ni, Ga, Nb, Mo, Pd, S
The lithium manganese composite oxide according to claim 6, wherein the lithium manganese composite oxide is at least one selected from the group consisting of i, Ta, W, Ru, As, Te, Re, and Ge.
【請求項8】 金属元素(M2)が、K、Na、Ba、
Ca、Cu、Pb、La、Ce、Nd、Y、Cs、R
b、Tl、Au、Sr、Eu、Ag、Ac、Bi、Hg
及びPuからなる群から選ばれる少なくとも一種である
ことを特徴とする請求項6に記載のリチウムマンガン複
合酸化物。
8. The method according to claim 8, wherein the metal element (M2) is K, Na, Ba,
Ca, Cu, Pb, La, Ce, Nd, Y, Cs, R
b, Tl, Au, Sr, Eu, Ag, Ac, Bi, Hg
The lithium manganese composite oxide according to claim 6, wherein the lithium manganese composite oxide is at least one selected from the group consisting of Li and Pu.
【請求項9】 リチウム源とマンガン源との混合物を焼
成することによって層状構造を有するリチウムマンガン
複合酸化物を得るリチウムマンガン複合酸化物の製造方
法において、前記リチウム源と前記マンガン源とを均一
に混合させた後、600〜1200℃で焼成することを
特徴とする請求項1乃至8のいずれか1つに記載のリチ
ウムマンガン複合酸化物の製造方法。
9. A method for producing a lithium manganese composite oxide having a layered structure by firing a mixture of a lithium source and a manganese source, wherein the lithium source and the manganese source are uniformly mixed. The method for producing a lithium manganese composite oxide according to any one of claims 1 to 8, wherein the mixture is calcined at 600 to 1200 ° C.
【請求項10】 650〜880℃で焼成することを特
徴とする請求項9に記載のリチウムマンガン複合酸化物
の製造方法。
10. The method for producing a lithium manganese composite oxide according to claim 9, wherein the firing is performed at 650 to 880 ° C.
【請求項11】 リチウム源及びマンガン源と共に、リ
チウムとマンガン以外の元素源とを均一に混合させる請
求項9又は10に記載のリチウムマンガン複合酸化物の
製造方法。
11. The method for producing a lithium-manganese composite oxide according to claim 9, wherein lithium and an element source other than manganese are uniformly mixed together with the lithium source and the manganese source.
【請求項12】 均一混合を湿式で行う請求項9乃至1
1のいずれか1つに記載のリチウムマンガン複合酸化物
の製造方法。
12. The method according to claim 9, wherein the uniform mixing is performed by a wet method.
2. The method for producing a lithium manganese composite oxide according to any one of 1.
【請求項13】 水溶性のリチウム源を使用する請求項
9乃至12のいずれか1つに記載のリチウムマンガン複
合酸化物の製造方法。
13. The method for producing a lithium manganese composite oxide according to claim 9, wherein a water-soluble lithium source is used.
【請求項14】 混合の後、噴霧乾燥を行ってから焼成
することを特徴とする請求項9乃至13のいずれか1つ
に記載のリチウムマンガン複合酸化物の製造方法。
14. The method for producing a lithium manganese composite oxide according to claim 9, wherein after mixing, spray drying is performed and then firing is performed.
【請求項15】 焼成工程の一部を不活性ガス雰囲気下
で行う請求項9乃至14のいずれか1つに記載のリチウ
ムマンガン複合酸化物の製造方法。
15. The method for producing a lithium manganese composite oxide according to claim 9, wherein a part of the firing step is performed in an inert gas atmosphere.
【請求項16】 酸素含有雰囲気下で焼成後、不活性ガ
ス雰囲気下で焼成する請求項9乃至15のいずれか1つ
に記載のリチウムマンガン複合酸化物の製造方法。
16. The method for producing a lithium manganese composite oxide according to claim 9, wherein after firing in an oxygen-containing atmosphere, firing is performed in an inert gas atmosphere.
【請求項17】 焼成を不活性ガス雰囲気下で行う請求
項9乃至14のいずれか1つに記載のリチウムマンガン
複合酸化物の製造方法。
17. The method for producing a lithium manganese composite oxide according to claim 9, wherein the firing is performed in an inert gas atmosphere.
【請求項18】 請求項1乃至8のいずれか1つに記載
のリチウムマンガン複合酸化物を含有するリチウム二次
電池用正極材料。
18. A positive electrode material for a lithium secondary battery, comprising the lithium manganese composite oxide according to claim 1. Description:
【請求項19】 請求項18に記載のリチウム二次電池
用正極材料とバインダーとを含有することを特徴とする
リチウム二次電池用正極。
19. A positive electrode for a lithium secondary battery, comprising the positive electrode material for a lithium secondary battery according to claim 18 and a binder.
【請求項20】 請求項19に記載の正極と、負極と、
電解質層とを有することを特徴とするリチウム二次電
池。
20. A positive electrode according to claim 19, a negative electrode,
A lithium secondary battery having an electrolyte layer.
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