JP2002313334A - Negative electrode material for use in nonaqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method therefor - Google Patents

Negative electrode material for use in nonaqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method therefor

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JP2002313334A
JP2002313334A JP2001111519A JP2001111519A JP2002313334A JP 2002313334 A JP2002313334 A JP 2002313334A JP 2001111519 A JP2001111519 A JP 2001111519A JP 2001111519 A JP2001111519 A JP 2001111519A JP 2002313334 A JP2002313334 A JP 2002313334A
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lithium
negative electrode
electrode material
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secondary battery
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Shuji Tsutsumi
修司 堤
Masaki Hasegawa
正樹 長谷川
Shinji Kasamatsu
真治 笠松
Yoshiaki Nitta
芳明 新田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative electrode material for use in a nonaqueous electrolyte secondary battery having large capacity and high reliability, by improving capacity recovering characteristics after being overdischarged by using an alkali metal-added and lithium-containing composite nitride as a negative electrode active material. SOLUTION: This negative electrode material comprises the alkali metal added and lithium-containing nitride composite expressed by Li3-x-y Ay Mx N (where, A is an alkali metal other than lithium, M is a transition metal, and 0.2<x<=0.8, 0.0<y<=0.8), or it is coated on the surface of a center particle comprising a lithium-containing composite nitride expressed by Li3-x Mx N (where, M is a transition metal, 0.2<x<=0.8) to obtain this negative electrode material having enhanced oxidation resistant decomposition characteristics and improved capacity recovering characteristics when overdischarged.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する分野】本発明は、容量の高い非水電解質
二次電池を提供することができる負極材料の耐酸化分解
特性の改善に関する。さらに具体的には、本発明は、過
放電に対する回復特性に優れた非水電解質二次電池に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in resistance to oxidation decomposition of a negative electrode material capable of providing a high capacity nonaqueous electrolyte secondary battery. More specifically, the present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent overdischarge recovery characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、正極にLiCoO2を用い、負極
に炭素材料を用いたリチウムイオン電池がポータブル機
器の電源として広く用いられている。電子機器の小型化
および軽量化に伴って、これらの電池はさらに高いエネ
ルギー密度を有することが望まれており、種々の材料に
ついて盛んに研究が行われている。これまで、非水電解
質二次電池の正極材料としては、LiCoO2の他に、
LiMn24、LiFeO2、LiNiO2、V25、C
25、MnO2、TiS2およびMoS2などの遷移金
属酸化物およびカルコゲン化合物が提案されている。一
方、負極についても種々の材料が検討され、炭素材料が
負極材料として実用化され、一般に広く用いられてい
る。しかし、炭素材料は既にその理論容量(約370m
Ah/g)に近い容量を発揮して使用されており、より
一層の高エネルギー密度化を達成するためにも、容量の
高い新規な負極材料が望まれている。
2. Description of the Related Art In recent years, lithium ion batteries using LiCoO 2 for the positive electrode and a carbon material for the negative electrode have been widely used as power sources for portable equipment. With the miniaturization and weight reduction of electronic devices, these batteries are desired to have a higher energy density, and various materials are being actively studied. Until now, in addition to LiCoO 2 , as a positive electrode material of a non-aqueous electrolyte secondary battery,
LiMn 2 O 4 , LiFeO 2 , LiNiO 2 , V 2 O 5 , C
Transition metal oxides such as r 2 O 5 , MnO 2 , TiS 2 and MoS 2 and chalcogen compounds have been proposed. On the other hand, various materials have been studied for the negative electrode, and a carbon material has been put to practical use as a negative electrode material, and is generally widely used. However, carbon materials have already reached their theoretical capacity (about 370 m
(Ah / g), and a new negative electrode material having a high capacity is desired in order to achieve a higher energy density.

【0003】ここで、特開平9−102311号公報に
は、二次電池のエネルギー密度を高め得る材料として、
式:AxMyN(式中、AはNa、K、Mg、Ca、A
g、Cu、ZnおよびAlよりなる群から選択される少
なくとも1種、Mは遷移金属属元素(M≠A)、0.0
<x、y≦3.0を満たす。)で表される窒化物を負極
活物質保持体に用いることが提案されている。そして、
前記窒化物は、前記式中のAで表される元素を挿入・脱
離することができ、また、さらにはリチウムイオンも挿
入・脱離できることが示されている。しかし、前記材料
には、その合成時にリチウムが含まれていない。リチウ
ムイオン電池の負極活物質としてリチウムを挿入・脱離
させるためには、何らかの方法で前記式中の元素Aを脱
離させてリチウムのサイトを確保するか、そのまま結晶
格子中へ挿入させることが必要になる。
Here, Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-102311 discloses a material capable of increasing the energy density of a secondary battery.
Formula: A x MyN (where A is Na, K, Mg, Ca, A
g, at least one selected from the group consisting of Cu, Zn and Al, M is a transition metal element (M ≠ A), 0.0
<X, y ≦ 3.0 is satisfied. It has been proposed to use the nitride represented by) for the negative electrode active material holder. And
It is shown that the nitride can insert and desorb the element represented by A in the above formula, and can also insert and desorb lithium ions. However, the material does not contain lithium at the time of its synthesis. In order to insert and desorb lithium as a negative electrode active material of a lithium ion battery, the element A in the above formula is desorbed by some method to secure a lithium site or to be directly inserted into a crystal lattice. Will be needed.

【0004】したがって、リチウムイオン電池作製の簡
便性、充放電時の構造安定性および充放電の可逆性は、
特開平7−78609号公報で提案されているような、
リチウムを含有する複合窒化物を用いた場合の方がより
優れていると考えられる。この特開平7−78609号
公報で提案されているリチウム含有複合窒化物は、式:
LiabN(式中、Mは遷移金属、aは活物質中のリチ
ウムの含有量であり充放電によって変化する変数)で表
され、充放電によって挿入・脱離するリチウムをはじめ
から含んだ状態で合成される。その平均作動電極電位
は、リチウム電位基準で0.8V辺りにあり、さらにこ
れを負極として用いた場合の可逆容量は炭素材料に比べ
て極めて大きい。すなわち、電池の高容量化が期待でき
る材料である。
[0004] Therefore, the simplicity of lithium ion battery fabrication, the structural stability during charge and discharge, and the reversibility of charge and discharge are
As proposed in JP-A-7-78609,
It is considered that the case where the composite nitride containing lithium is used is more excellent. The lithium-containing composite nitride proposed in JP-A-7-78609 has a formula:
Li a M b N (where, M is a transition metal, a is a content of lithium in the active material and is a variable that changes by charge and discharge), and includes lithium inserted and desorbed by charge and discharge from the beginning. It is synthesized in the state. The average working electrode potential is around 0.8 V based on the lithium potential, and the reversible capacity when this is used as a negative electrode is much larger than that of a carbon material. That is, it is a material that can be expected to increase the capacity of the battery.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明者らが、正極材
料にあらかじめ電気化学的にリチウムを脱離させたLi
CoO2を用い、式:Li3-xxN(式中、Mは遷移金
属、0.2<x≦0.8)で表されるリチウム含有複合
窒化物を負極材料として用いて作製した電池を評価した
結果、通常の使用条件および環境では問題はないが、過
放電状態になってガスが発生すると電池が膨れ、その後
の回復特性も十分でないという問題が発生した。なお、
ここでは、負極に用いる活物質材料(つまりリチウム含
有複合窒化物)にリチウムが吸蔵される反応を充電、リ
チウムが放出される反応を放電と表す。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present inventors have proposed a method in which lithium has been electrochemically desorbed from a positive electrode material in advance.
It was manufactured using CoO 2 and a lithium-containing composite nitride represented by the formula: Li 3-x M x N (where M is a transition metal, 0.2 <x ≦ 0.8) as a negative electrode material. As a result of evaluating the battery, there was no problem under normal use conditions and environments. However, when the battery was over-discharged and gas was generated, the battery swelled and the recovery characteristics thereafter were not sufficient. In addition,
Here, the reaction in which lithium is occluded in the active material used for the negative electrode (that is, the lithium-containing composite nitride) is referred to as charging, and the reaction in which lithium is released is referred to as discharging.

【0006】過放電状態におけるガス発生のメカニズム
は以下のように推測される。合成直後のリチウム含有複
合窒化物は、炭素材料と違い、リチウムが充填された状
態にある。この状態は、リチウム含有複合窒化物を負極
に用いた電池の充電状態に相当する。そのため、リチウ
ムの脱離した放電状態のリチウム含有複合窒化物は、初
期の充電状態よりも安定性が低く、より反応性に富んだ
状態になっている。これがガスの発生に影響していると
考えられる。ここで、本発明者らが発生ガスの分析を行
ったところ、窒素が主成分であった。したがって、この
ガスは電解液が分解して発生したガスではなく、リチウ
ム含有複合窒化物に起因するガス、すなわちリチウム含
有複合窒化物が分解して発生したガスであると推測され
る。
The mechanism of gas generation in the overdischarge state is presumed as follows. Unlike the carbon material, the lithium-containing composite nitride immediately after the synthesis is in a state of being filled with lithium. This state corresponds to a charged state of a battery using the lithium-containing composite nitride for the negative electrode. Therefore, the lithium-containing composite nitride in a discharged state from which lithium has been desorbed has a lower stability than the initial charged state and is in a more reactive state. This is considered to have affected gas generation. Here, when the present inventors analyzed the generated gas, nitrogen was the main component. Therefore, it is presumed that this gas is not a gas generated by decomposition of the electrolytic solution, but a gas derived from the lithium-containing composite nitride, that is, a gas generated by decomposition of the lithium-containing composite nitride.

【0007】放電時のリチウム含有複合窒化物の電荷
は、前記リチウム含有複合窒化物からリチウムが抜けて
いくにつれて、含まれている遷移金属元素の価数変化に
よって補償される。そうして、前記リチウム含有複合窒
化物の電気的中性が保持されていると考えられる。しか
し、脱離するリチウムの量が増えると、遷移金属の価数
変化だけでは電荷が補償しきれない状態になり、窒素元
素にも負荷がかかることが予想される。例えば、リチウ
ム含有複合窒化物の組成が、式:Li2.6Co0.4Nで表
される場合、リチウムが脱離して式:Li1.0Co0.4
で表される組成になると言われている。
[0007] The electric charge of the lithium-containing composite nitride at the time of discharge is compensated by a change in the valence of the contained transition metal element as lithium is released from the lithium-containing composite nitride. Thus, it is considered that the electrical neutrality of the lithium-containing composite nitride is maintained. However, when the amount of desorbed lithium increases, the charge cannot be compensated for only by the change in the valence of the transition metal, and it is expected that a load is applied to the nitrogen element. For example, when the composition of the lithium-containing composite nitride is represented by the formula: Li 2.6 Co 0.4 N, lithium is desorbed and the formula: Li 1.0 Co 0.4 N
It is said that the composition is represented by

【0008】この化合物の初期状態(Li2.6Co
0.4N)において、形式上Li(リチウム)の酸化数が
+1価、Co(コバルト)の酸化数が+1価、N(窒
素)の酸化数が−3価であるとし、全ての電荷補償をC
oが担うとすると、放電状態(Li1. 0Co0.4N)のコ
バルトの酸化数は+5価となってしまう。この酸化数
は、通常は考えられない高酸化状態を示している。した
がって、このような状態では、窒素も電子を供与して電
荷補償の役割を担っていると考えられるが、さらに前記
窒化物が酸化された過放電状態において、リチウム含有
複合窒化物中の窒素の結合が非常に不安定になり、分解
に至ったものと推測される。そこで、本発明の目的は、
上記問題を解決し、過放電状態を回避して回復特性に優
れた、信頼性の高い電池を実現することにある。
The initial state of this compound (Li 2.6 Co
0.4 N), formally, the oxidation number of Li (lithium) is +1 valence, the oxidation number of Co (cobalt) is +1 valence, and the oxidation number of N (nitrogen) is -3 valence.
When o is responsible, the oxidation number of cobalt in the discharged state (Li 1. 0 Co 0.4 N) becomes a pentavalent. This oxidation number indicates a high oxidation state that is not normally considered. Therefore, in such a state, it is considered that nitrogen also plays a role of charge compensation by donating electrons, but in an overdischarge state in which the nitride is oxidized, the nitrogen in the lithium-containing composite nitride is further reduced. It is presumed that the bond became very unstable, leading to decomposition. Therefore, an object of the present invention is to
An object of the present invention is to solve the above problem and to realize a highly reliable battery having excellent recovery characteristics by avoiding an overdischarge state.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決すべ
く、本発明は、式(1):Li3-x-yyxN(式中、
Aはリチウム以外のアルカリ金属、Mは遷移金属、0.
2<x≦0.8、0.0<y≦0.8)で表されるリチ
ウム含有複合窒化物からなることを特徴とする非水電解
質二次電池用負極材料を提供する。ここで、前記Aは、
NaおよびKよりなる群から選択された少なくとも一種
であるのが有効である。また、前記Mは、Co、Cu、
Ni、Fe、およびMnよりなる群から選択される少な
くとも一種であるのが有効である。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method of formula (1): Li 3-xy A y M x N (where
A is an alkali metal other than lithium; M is a transition metal;
2 <x ≦ 0.8, 0.0 <y ≦ 0.8) Provided is a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a lithium-containing composite nitride represented by the following formula: Here, A is
Effectively, it is at least one selected from the group consisting of Na and K. M is Co, Cu,
It is effective that it is at least one selected from the group consisting of Ni, Fe, and Mn.

【0010】また、本発明は、式(2):Li3-xx
(式中、Mは遷移金属、0.2<x≦0.8)で表され
るリチウム含有複合窒化物からなる中心粒子と、前記中
心粒子の酸化分解を抑制する材料からなり前記中心粒子
を覆う表面層とからなることを特徴とする非水電解質二
次電池用負極材料を提供する。ここで、前記表面層が、
式(1):Li3-x-yyxN(式中、Aはリチウム以
外のアルカリ金属、Mは遷移金属、0.2<x≦0.
8、0.0<y≦0.8)で表されるリチウム含有複合
窒化物からなるのが有効である。また、前記Aは、Na
およびKよりなる群から選択された少なくとも一種であ
るのが有効である。さらに、前記Mは、Co、Cu、N
i、Fe、およびMnよりなる群から選択される少なく
とも一種であるのが有効である。
Further, the present invention provides a compound of the formula (2): Li 3-x M x N
(Wherein, M is a transition metal, 0.2 <x ≦ 0.8) a central particle composed of a lithium-containing composite nitride represented by 0.2 <x ≦ 0.8, and a material that suppresses oxidative decomposition of the central particle. A negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a covering surface layer. Here, the surface layer is
Formula (1): Li 3-xy A y M x N (where A is an alkali metal other than lithium, M is a transition metal, and 0.2 <x ≦ 0.
8, 0.0 <y ≦ 0.8) is effective. A is Na
And at least one member selected from the group consisting of K. Further, M is Co, Cu, N
It is effective that it is at least one selected from the group consisting of i, Fe, and Mn.

【0011】さらに、本発明は、式(2):Li3-xx
N(式中、Mは遷移金属、0.2<x≦0.8)で表さ
れるリチウム含有複合窒化物からなる中心粒子を合成す
る工程、前記中心粒子の酸化分解を抑制する材料からな
る微粉末を前記中心粒子と混合して混合物を得る工程、
および前記混合物に機械的エネルギーを加え、メカノケ
ミカル反応により前記中心粒子の表面に前記材料を融合
させて表面層を形成する工程を有する非水電解質二次電
池用負極材料の製造方法を提供する。
Further, the present invention provides a compound of the formula (2): Li 3-x M x
A step of synthesizing a central particle composed of a lithium-containing composite nitride represented by N (where M is a transition metal, 0.2 <x ≦ 0.8), and comprising a material that suppresses oxidative decomposition of the central particle. Mixing a fine powder with the central particles to obtain a mixture,
And a method for producing a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a step of applying mechanical energy to the mixture and fusing the material to the surface of the central particle by a mechanochemical reaction to form a surface layer.

【0012】さらにまた、本発明は、式(2):Li
3-xxN(式中、Mは遷移金属、0.2<x≦0.8)
で表されるリチウム含有複合窒化物からなる中心粒子を
合成する工程、前記中心粒子とアルカリ金属または前記
アルカリ金属の窒化物を混合して混合物を得る工程、お
よび前記混合物を450℃以上の温度で再焼成して、前
記中心粒子の表面に酸化分解を抑制する材料からなる表
面層を形成する工程を有する非水電解質二次電池用負極
材料の製造方法を提供する。
Further, the present invention provides a compound of the formula (2): Li
3-x M x N (where M is a transition metal, 0.2 <x ≦ 0.8)
A step of synthesizing a central particle composed of a lithium-containing composite nitride represented by, a step of mixing the central particle and an alkali metal or a nitride of the alkali metal to obtain a mixture, and subjecting the mixture to a temperature of 450 ° C. or higher. A method for producing a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising the step of re-firing to form a surface layer made of a material that suppresses oxidative decomposition on the surface of the central particle.

【0013】この場合、前記アルカリ金属がNaおよび
Kよりなる群から選択される少なくとも1種であり、前
記アルカリ金属の窒化物がNa3NおよびK3Nよりなる
群から選択される少なくとも1種であるのが有効であ
る。また、本発明は、上記負極材料を用いた負極、非水
電解質、およびリチウムの吸蔵・放出が可能な正極を具
備する非水電解質二次電池をも提供する。
In this case, the alkali metal is at least one selected from the group consisting of Na and K, and the nitride of the alkali metal is at least one selected from the group consisting of Na 3 N and K 3 N. Is effective. The present invention also provides a nonaqueous electrolyte secondary battery including a negative electrode using the above negative electrode material, a nonaqueous electrolyte, and a positive electrode capable of inserting and extracting lithium.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】A.本発明の負極材料について 上述のように、上記課題を解決するためには、過放電状
態における材料の酸化分解を抑制することが必要であ
る。そこで、本発明者らが鋭意検討を行った結果、式
(1):Li3-x-yyxN(式中、Aはリチウム以外
のアルカリ金属、Mは遷移金属、0.2<x≦0.8、
yは0.0<y≦0.8)で表されるリチウム含有複合
窒化物を負極活物質材料として用いると、過放電状態で
の酸化分解によるガス発生を抑え、電池の回復特性を向
上させることができることを見出して、本発明を完成す
るに至った。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Regarding the Negative Electrode Material of the Present Invention As described above, in order to solve the above problems, it is necessary to suppress the oxidative decomposition of the material in an overdischarged state. Therefore, the present inventors have conducted intensive studies and found that the formula (1): Li 3-xy A y M x N (where A is an alkali metal other than lithium, M is a transition metal, and 0.2 <x ≦ 0.8,
When y is a lithium-containing composite nitride represented by 0.0 <y ≦ 0.8) as a negative electrode active material, gas generation due to oxidative decomposition in an overdischarge state is suppressed, and the recovery characteristics of the battery are improved. The inventors have found that the present invention can be performed, and have completed the present invention.

【0015】また、式(2):Li3-xxN(式中、M
は遷移金属、0.2<x≦0.8)で表されるリチウム
含有複合窒化物を中心粒子とし、前記中心粒子の酸化分
解を抑制する材料、例えば前記式(1):Li3-x-yy
xN(式中、Aはリチウム以外のアルカリ金属、Mは
遷移金属、0.2<x≦0.8、0.0<y≦0.8)
で表されるリチウム含有複合窒化物などでその表面を被
覆して表面層を形成させた非水電解質二次電池用負極材
料も同様の効果を奏することを見出した。
Further, the formula (2): Li 3-x M x N (where M
Is a transition metal, a material containing lithium-containing composite nitride represented by 0.2 <x ≦ 0.8) as a central particle and suppressing oxidative decomposition of the central particle, for example, the above-mentioned formula (1): Li 3-xy A y
M x N (where A is an alkali metal other than lithium, M is a transition metal, 0.2 <x ≦ 0.8, 0.0 <y ≦ 0.8)
It has been found that a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having a surface layer formed by covering the surface with a lithium-containing composite nitride represented by the formula (1) also exhibits the same effect.

【0016】上記式(1)で表されるリチウム含有複合
窒化物は、合成時にリチウムを主体とした組成で合成さ
れ、容量が大きく、充放電可逆性および耐酸化分解特性
に優れることから上記課題を解決することができる。電
池の放電にともなってリチウム含有複合窒化物からリチ
ウムが抜けていくとき、基本的には遷移金属の価数変化
によって電荷が補償されていると考えられる。しかし、
放電末期には遷移金属との混成軌道を成す窒素までもが
電荷補償に関与し、電荷バランスが崩れ、前記複合窒素
化合物の不安定化を引き起こしていると推察される。
The lithium-containing composite nitride represented by the above formula (1) is synthesized with a composition mainly composed of lithium at the time of synthesis, has a large capacity, and is excellent in charge / discharge reversibility and oxidation decomposition resistance. Can be solved. When lithium is released from the lithium-containing composite nitride with the discharge of the battery, it is considered that the charge is basically compensated for by the change in the valence of the transition metal. But,
It is presumed that even in the final stage of discharge, even nitrogen forming a hybrid orbital with the transition metal participates in charge compensation, disrupting the charge balance and causing instability of the composite nitrogen compound.

【0017】前記リチウム含有複合窒化物からなる負極
材料の電位を、通常の充放電サイクルでは使用されない
過放電領域であって、ある電位よりも貴な領域まで実際
に走査したところ、負極材料の一部が分解して窒素ガス
を発生することが分かった。電池が過放電後の容量回復
特性に劣るのは、過放電で負極電位が分解電位の領域に
至り、リチウム含有複合窒化物の一部が分解してガスが
発生して負極材料の量が減少したり、ガスが電解液を負
極材料の周囲から排除したりして、正極と負極の間にガ
スが存在して電極反応を阻害するためだと考えられる。
When the potential of the negative electrode material composed of the lithium-containing composite nitride was actually scanned to an overdischarge region not used in a normal charge / discharge cycle and to a region nobler than a certain potential, the potential of the negative electrode material was reduced. It was found that the part decomposed to generate nitrogen gas. The reason that the battery is inferior in capacity recovery characteristics after overdischarge is that the overdischarge causes the negative electrode potential to reach the decomposition potential region, a part of the lithium-containing composite nitride is decomposed, gas is generated, and the amount of the negative electrode material decreases. This is considered to be due to the fact that the gas removes the electrolyte from the surroundings of the negative electrode material, and the gas is present between the positive electrode and the negative electrode to inhibit the electrode reaction.

【0018】電池放電時の電極電位の挙動についてさら
に詳しく調べたところ、開回路電位と閉回路電位の差、
つまり過電圧が放電末期に急激に大きくなり、過放電時
に閉回路電圧が分解電位領域に至るとガス発生すること
が明らかとなった。過電圧増大の原因は明らかではない
が、電極反応の電荷移動過程の反応場である負極材料表
面において、放電末期に電子伝導性が低下したためと考
えられる。以上のことから、本発明者らは、負極材料表
面における放電末期の電子伝導性を向上させて過電圧の
増大を抑制することに着目し、課題の解決を図った。
When the behavior of the electrode potential during battery discharge was examined in more detail, the difference between the open circuit potential and the closed circuit potential,
In other words, it was clarified that the overvoltage rapidly increased at the end of discharge, and that gas was generated when the closed circuit voltage reached the decomposition potential region during overdischarge. Although the cause of the overvoltage increase is not clear, it is considered that the electron conductivity was lowered at the end of discharge on the surface of the negative electrode material, which is a reaction field in the charge transfer process of the electrode reaction. From the above, the present inventors have focused on improving the electron conductivity at the end of discharge on the surface of the negative electrode material to suppress an increase in overvoltage, and have solved the problem.

【0019】前記式(1)で表されるリチウム含有複合
窒化物において、アルカリ金属Aとして、Na(ナトリ
ウム)およびK(カリウム)よりなる群から選択される
少なくとも一種を添加した場合、特に過放電時の回復特
性が向上することが分かった。この理由は明らかではな
いが、以下のように考えられる。すなわち、Li(リチ
ウム)、Na(ナトリウム)およびK(カリウム)のイ
オン化エネルギーは、それぞれ520kJ/mol、4
96kJ/molおよび419kJ/molである(L
i(リチウム)>Na(ナトリウム)>K(カリウ
ム))。つまり、ナトリウムおよびカリウムは、リチウ
ムよりもイオン化しやすく電子を放出しやすいと言え
る。
In the lithium-containing composite nitride represented by the above formula (1), when at least one selected from the group consisting of Na (sodium) and K (potassium) is added as the alkali metal A, especially overdischarge occurs It was found that the time recovery characteristics were improved. Although the reason is not clear, it is considered as follows. That is, the ionization energies of Li (lithium), Na (sodium) and K (potassium) are 520 kJ / mol and 4 kJ / mol, respectively.
96 kJ / mol and 419 kJ / mol (L
i (lithium)> Na (sodium)> K (potassium)). That is, it can be said that sodium and potassium are more easily ionized and emit electrons than lithium.

【0020】そのため、リチウム含有複合窒化物に添加
したナトリウムおよびカリウムは、リチウムと同様には
充放電で吸蔵・放出されないものの、放電末期に電子の
ドナーとなり、電子伝導性の低下および過電圧の増大を
抑制し、過放電状態で電極電位が分解領域に至るのを防
ぎ、リチウム含有複合窒化物の酸化分解を抑制すると推
測される。また、ナトリウムおよびカリウムは、電子ド
ナーとなって電荷補償に関与し、遷移金属が高酸化状態
になったり、遷移金属と混成軌道を成す窒素から電子が
引き抜かれたりすることを防ぎ、電荷バランスの安定化
にも寄与する。その結果として、リチウム含有複合窒化
物の安定性も向上させるためと推測される。
Therefore, sodium and potassium added to the lithium-containing composite nitride are not occluded / released by charge / discharge like lithium, but serve as electron donors at the end of discharge, causing a decrease in electron conductivity and an increase in overvoltage. It is supposed that this suppresses the electrode potential from reaching the decomposition region in the overdischarge state and suppresses the oxidative decomposition of the lithium-containing composite nitride. In addition, sodium and potassium act as electron donors and participate in charge compensation, preventing the transition metal from becoming a highly oxidized state and preventing electrons from being extracted from nitrogen which forms a hybrid orbit with the transition metal, and thereby balances the charge. It also contributes to stabilization. As a result, it is presumed that the stability of the lithium-containing composite nitride is also improved.

【0021】前記式(1):Li3-x-yyxNにおけ
るリチウム以外のアルカリ金属Aの添加量yは、0.0
<y≦0.8であることが好ましい。上述のように、ア
ルカリ金属元素Aとして、ナトリウムおよびカリウムよ
りなる群から選択される少なくとも一種が添加されてい
れば、酸化分解が抑制されるという効果はあるが、yが
0.8を超えると、アルカリ金属元素が窒化物中に完全
には固容せず、不純物相が生成してしまうからである。
なかでも、0.01<y≦0.6を満たすのがより好ま
しい。ナトリウムおよびカリウムは、それぞれ単独で添
加してもよく、また、両方とも添加してもかまわない。
In the above formula (1), the addition amount y of the alkali metal A other than lithium in Li 3-xy A y M x N is 0.0
It is preferable that <y ≦ 0.8. As described above, if at least one selected from the group consisting of sodium and potassium is added as the alkali metal element A, there is an effect that oxidative decomposition is suppressed, but when y exceeds 0.8, This is because the alkali metal element does not completely solidify in the nitride and an impurity phase is generated.
Above all, it is more preferable to satisfy 0.01 <y ≦ 0.6. Sodium and potassium may be added alone, or both may be added.

【0022】また、本発明の負極材料は、前記式(1)
で示される表面層を有するものであってもよい。このと
き、中心粒子(核)としては、式(2):Li3-xx
(式中、Mは遷移金属、0.2<x≦0.8)で表され
るリチウム含有複合窒化物を用い、その表面に、式
(2)で表されるリチウム含有複合窒化物の酸化分解を
抑制する効果を有する式(1)で表される窒化物からな
る表面層を設けるのが好ましい。
Further, the negative electrode material of the present invention has the formula (1)
It may have a surface layer represented by At this time, the central particle (nucleus) is represented by the following formula (2): Li 3-x M x N
(Wherein M is a transition metal, 0.2 <x ≦ 0.8) lithium-containing composite nitride represented by the formula (2), and oxidation of the lithium-containing composite nitride represented by the formula (2) is performed on the surface thereof. It is preferable to provide a surface layer made of a nitride represented by the formula (1) having an effect of suppressing decomposition.

【0023】なかでも、前記表面層は、式(1):Li
3-x-yyxN(式中、Aはリチウム以外のアルカリ金
属、Mは遷移金属、0.2<x≦0.8、0.0<y≦
0.8)で表されるリチウム含有複合窒化物であり、か
つ、Aがナトリウムおよびカリウムよりなる群から選択
される少なくとも一種であることが好ましい。アルカリ
金属元素が添加されていれば酸化分解抑制の効果はある
が、yが0.8を超えるとアルカリ金属が窒化物中に完
全には固溶せず、不純物相が生成するからである。上述
と同様に、より好ましくは0.01<y≦0.6であ
る。
[0023] In particular, the surface layer has a formula (1): Li
3-xy A y M x N (where A is an alkali metal other than lithium, M is a transition metal, 0.2 <x ≦ 0.8, 0.0 <y ≦
0.8), and A is preferably at least one selected from the group consisting of sodium and potassium. This is because the addition of an alkali metal element has an effect of suppressing oxidative decomposition, but when y exceeds 0.8, the alkali metal does not completely form a solid solution in the nitride and an impurity phase is generated. As described above, more preferably, 0.01 <y ≦ 0.6.

【0024】アルカリ金属元素を添加したリチウム含有
複合窒化物は、現在、リチウムイオン電池の負極材料に
用いられている炭素材料よりも十分に大きな容量を有し
ている。しかし、添加前のリチウム含有複合窒化物に比
べると、容量が若干低下する。したがって、容量の大き
な式(2):Li3-xxN(式中、Mは遷移金属、0.
2<x≦0.8)で表されるリチウム含有複合窒化物を
中心粒子とし、その表面に耐酸化特性に優れる式
(1):Li3-x-yyxN(式中、Aはリチウム以外
のアルカリ金属、Mは遷移金属、0.2<x≦0.8、
0.0<y≦0.8)で表されるリチウム含有複合窒化
物の表面層を形成することで、高容量かつ耐酸化分解特
性に優れるという非常に大きな効果が得られる。
The lithium-containing composite nitride to which an alkali metal element is added has a sufficiently larger capacity than the carbon material currently used for the negative electrode material of the lithium ion battery. However, the capacity is slightly lower than that of the lithium-containing composite nitride before addition. Therefore, a large capacity formula (2): Li 3-x M x N (where M is a transition metal, 0.
2 <x ≦ 0.8) A lithium-containing composite nitride represented by the following formula (1): Li 3-xy A y M x N (where A is An alkali metal other than lithium, M is a transition metal, 0.2 <x ≦ 0.8,
By forming the surface layer of the lithium-containing composite nitride represented by 0.0 <y ≦ 0.8), a very large effect of obtaining a high capacity and excellent resistance to oxidation decomposition can be obtained.

【0025】中心粒子を構成する式(2):Li3-xx
N(式中、Mは遷移金属、0.2<x≦0.8)で表さ
れるリチウム含有複合窒化物は、窒化リチウム(Li3
N)のリチウムの一部を遷移金属Mに置換することによ
り得ることができる。遷移金属Mとしては、銅、鉄、マ
ンガン、コバルトおよびニッケルなどが、特に高容量で
充放電の可逆性に優れたリチウム含有複合窒化物を実現
することができるという点から好ましい。
Formula (2) constituting the central particle: Li 3-x M x
The lithium-containing composite nitride represented by N (where M is a transition metal and 0.2 <x ≦ 0.8) is lithium nitride (Li 3
It can be obtained by substituting a part of lithium in N) with transition metal M. As the transition metal M, copper, iron, manganese, cobalt, nickel and the like are preferable because a lithium-containing composite nitride having a particularly high capacity and excellent reversibility of charge and discharge can be realized.

【0026】リチウム含有複合窒化物は、一種の遷移金
属のみを含有していてもよく、二種以上の遷移金属を含
有していてもよい。さらには、表面層と中心粒子で遷移
金属やその置換量などの組成が異なっていてもかまわな
い。なかでも、遷移金属Mがコバルトである式:Li
3-xCoxNで表わされるリチウム含有複合窒化物が、特
に優れた充放電の可逆性を示す。なお、xが0.2以下
になると、負極内における導電性が不充分となり、xが
0.8を超えると、負極の容量が不充分となる。
The lithium-containing composite nitride may contain only one type of transition metal, or may contain two or more types of transition metals. Further, the composition such as the transition metal and the substitution amount thereof may be different between the surface layer and the central particle. In particular, the formula in which the transition metal M is cobalt: Li
The lithium-containing composite nitride represented by 3-x Co x N exhibits particularly excellent charge / discharge reversibility. When x is 0.2 or less, the conductivity in the negative electrode becomes insufficient, and when x exceeds 0.8, the capacity of the negative electrode becomes insufficient.

【0027】中心粒子の表面を被覆して表面層を設ける
方法は特に限定されないが、リチウム含有複合窒化物を
あらかじめ合成して中心粒子を得た後、所望する表面層
を構成する材料の微粉末と前記中心粒子との混合物に機
械的エネルギーを与え、中心粒子の表面を融合させて合
金化するメカノケミカル反応を利用した方法などがあげ
られる。このようなメカノケミカル反応を利用した具体
的な方法としては、例えばハイブリダイゼーション法、
メカノフュージョン法、シータコンポーザ法、メカノミ
ル法およびボールミル法などがあげられる。
The method of providing the surface layer by coating the surface of the center particle is not particularly limited. However, after the lithium-containing composite nitride is synthesized in advance to obtain the center particle, the fine powder of the material constituting the desired surface layer is obtained. And a method using a mechanochemical reaction in which mechanical energy is applied to a mixture of the center particles and the center particles to fuse the surfaces of the center particles to form an alloy. Specific methods utilizing such a mechanochemical reaction include, for example, a hybridization method,
Examples include the mechanofusion method, theta composer method, mechanomill method, and ball mill method.

【0028】また、中心粒子であるリチウム含有複合窒
化物をあらかじめ合成した後、前記中心粒子とアルカリ
金属元素A(好ましくはNaおよびKよりなる群から選
択される少なくとも一種)またはその窒化物(好ましく
はNa3NまたはK3N)とを混合し、得られる混合物を
450℃以上で再焼成する方法もあげられる。再焼成温
度が450℃未満の場合にはアルカリ金属元素の固溶反
応が十分に進行しない。
After the lithium-containing composite nitride as the center particle is synthesized in advance, the center particle and the alkali metal element A (preferably at least one selected from the group consisting of Na and K) or a nitride thereof (preferably Is mixed with Na 3 N or K 3 N), and the resulting mixture is refired at 450 ° C. or higher. When the refiring temperature is lower than 450 ° C., the solid solution reaction of the alkali metal element does not sufficiently proceed.

【0029】なお、表面層と中心粒子の境界は明確であ
ってもかまわないが、表面層から中心粒子にかけて連続
的に組成が変化(傾斜)していることがより好ましい。
上述のような被覆方法を用いれば、連続的な組成の変
化、つまり連続的に結晶格子のサイズが変化するような
負極材料を合成することができる。このような連続的に
変化する組成を持たせることにより、リチウムイオンの
伝導経路の不連続性がなく、リチウムイオンの固相内に
おける拡散が妨げられることが少なくなる。そして、結
果的に分極が小さくなり、耐酸化特性および電池の充放
電特性の向上が期待できる。
Although the boundary between the surface layer and the central particle may be clear, it is more preferable that the composition continuously changes (inclines) from the surface layer to the central particle.
By using the above-described coating method, it is possible to synthesize a negative electrode material in which the composition continuously changes, that is, the size of the crystal lattice changes continuously. By having such a composition that changes continuously, there is no discontinuity in the conduction path of lithium ions, and the diffusion of lithium ions in the solid phase is less hindered. As a result, polarization is reduced, and improvement in oxidation resistance and charge / discharge characteristics of the battery can be expected.

【0030】以上の方法で本発明の負極材料に表面層を
形成する際には、高純度の窒素ガスまたはアルゴンガス
などの、水分および酸素を極力含まない雰囲気下で前記
表面層を形成するのが好ましい。リチウム含有複合窒化
物は水分との反応性が高く、水分で劣化するためであ
る。また、得られる負極材料の酸化を防ぐためである。
特に、再焼成による表面層形成においては、高純度の窒
素ガス中で行うことがより好ましい。
When the surface layer is formed on the negative electrode material of the present invention by the above method, the surface layer is formed under an atmosphere containing as little moisture and oxygen as possible, such as high-purity nitrogen gas or argon gas. Is preferred. This is because the lithium-containing composite nitride has high reactivity with moisture and is deteriorated by moisture. Also, it is for preventing oxidation of the obtained negative electrode material.
Particularly, in the formation of the surface layer by refiring, it is more preferable to perform the formation in a high-purity nitrogen gas.

【0031】本発明の負極材料における表面層の厚みは
0.01μm以上であるのが好ましい。さらには、0.
1μm以上であるのが特に好ましい。0.01μm未満
の場合には、リチウム含有複合窒化物の酸化分解抑制効
果が低下するからである。もっとも、表面層が上記式
(1)で表されるようなアルカリ金属元素を添加したリ
チウム含有複合窒化物で形成されている場合は、厚みの
上限は特に規定されるものでない。安定性をより向上さ
せたい場合には表面層を厚くし、容量をより向上させた
い場合には表面層を必要最小限にすれば良い。すなわ
ち、目的とする電池特性に応じて任意の厚みにすること
ができる。
The thickness of the surface layer in the negative electrode material of the present invention is preferably 0.01 μm or more. Furthermore, 0.
It is particularly preferred that the thickness be 1 μm or more. If the thickness is less than 0.01 μm, the effect of suppressing the oxidative decomposition of the lithium-containing composite nitride is reduced. However, when the surface layer is formed of a lithium-containing composite nitride to which an alkali metal element represented by the above formula (1) is added, the upper limit of the thickness is not particularly limited. In order to further improve the stability, the thickness of the surface layer may be increased, and in order to further increase the capacity, the surface layer may be minimized. That is, the thickness can be arbitrarily set according to the intended battery characteristics.

【0032】一方、表面層で中心粒子の表面を被覆する
割合としては、十分な酸化分解抑制効果を発揮するとい
う観点から、全表面積の20%以上であればよい。さら
には80%以上であるのが好ましく、また、全面にわた
って表面層を設けることが特に好ましい。なお、表面層
の厚みおよび被覆割合は、X線光電子分光法(ESC
A)、電子式プローブによる精密分析(EPMA)およ
び走査型電子顕微鏡(SEM)などにより確認すること
ができる。
On the other hand, the ratio of the surface layer covering the surface of the central particle may be 20% or more of the total surface area from the viewpoint of exhibiting a sufficient effect of suppressing oxidative decomposition. Further, it is preferably at least 80%, and it is particularly preferable to provide a surface layer over the entire surface. The thickness and the covering ratio of the surface layer were determined by X-ray photoelectron spectroscopy (ESC
A), it can be confirmed by precision analysis using an electronic probe (EPMA) and scanning electron microscope (SEM).

【0033】以上のようにして得られる、式(1)で表
される酸化分解しにくい窒化物からなる負極材料、また
は前記窒化物からなる表面層とリチウム含有複合窒化物
からなる中心粒子を有する負極材料を用いて負極を作製
し、非水電解質二次電池を組み立てることができる。以
下に、非水電解質二次電池の構成要素について説明す
る。
A negative electrode material comprising a nitride which is hardly oxidized and decomposed by the formula (1) and has a surface layer comprising the nitride and central particles comprising a lithium-containing composite nitride obtained as described above. A negative electrode is manufactured using the negative electrode material, and a nonaqueous electrolyte secondary battery can be assembled. Hereinafter, components of the non-aqueous electrolyte secondary battery will be described.

【0034】B.その他の電池構成要素について 負極合剤は、上記負極材料(活物質)および導電剤の他
に、結着剤を含んでいてもよい。結着剤としては、従来
から非水電解質二次電池の負極合剤に用いられているも
のを用いればよい。例えば、ポリフッ化ビニリデン、ス
チレン−ブタジエンゴムまたはポリビニリデンジフルオ
ライドなどを用いることができる。負極合剤を得るに
は、活物質、導電剤および結着剤を混合すればよい。そ
の際、溶剤を添加して混練すれば、均一に混合されたペ
ースト状の合剤を得ることができる。得られたペースト
を金属箔などの集電体に塗布し、これを圧延加工し、所
望の形態に加工して電極を得ることができる。
B. Regarding Other Battery Components The negative electrode mixture may include a binder in addition to the negative electrode material (active material) and the conductive agent. As the binder, those conventionally used for a negative electrode mixture of a nonaqueous electrolyte secondary battery may be used. For example, polyvinylidene fluoride, styrene-butadiene rubber, polyvinylidene difluoride, or the like can be used. In order to obtain a negative electrode mixture, an active material, a conductive agent, and a binder may be mixed. At that time, if a solvent is added and kneaded, a uniformly mixed paste mixture can be obtained. The obtained paste is applied to a current collector such as a metal foil, and this is rolled and processed into a desired form to obtain an electrode.

【0035】このとき用いる溶剤としては、高度に脱水
されたものを用いることが望ましい。負極に含まれるリ
チウム含有複合窒化物は水分との反応性が高く、水分で
劣化するためである。例えば、脱水トルエンなどを用い
るのが好ましい。得られた負極は、特に限定されない
が、例えばコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウムな
どのリチウム含有複合窒化物などの、リチウムの吸蔵・
放出が可能な材料からなる正極と組み合わせて通常の製
造方法で非水電解質二次電池を構成することができる。
As the solvent used at this time, it is desirable to use a highly dehydrated one. This is because the lithium-containing composite nitride contained in the negative electrode has high reactivity with moisture and is deteriorated by moisture. For example, it is preferable to use dehydrated toluene or the like. The obtained negative electrode is not particularly limited, for example, lithium occlusion and storage of lithium-containing composite nitrides such as lithium cobaltate and lithium nickelate.
A non-aqueous electrolyte secondary battery can be formed by a normal manufacturing method in combination with a positive electrode made of a material that can be released.

【0036】本発明に用いられる負極用導電剤として
は、電子伝導性材料であれば特に制限はない。例えば、
天然黒鉛(鱗片状黒鉛など)、人造黒鉛、膨張黒鉛など
のグラファイト、アセチレンブラック、ケッチェンブラ
ック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ラン
プブラック、サーマルブラックのカーボンブラック、炭
素繊維、金属繊維などの導電性繊維、銅、ニッケルの金
属粉末およびポリフェニレン誘導体などの有機導電性材
料などがあげられ、これらをそれぞれ単独で、または任
意に混合して用いることができる。これらの導電剤のな
かで、人造黒鉛、アセチレンブラック、炭素繊維が特に
好ましい。
The negative electrode conductive agent used in the present invention is not particularly limited as long as it is an electron conductive material. For example,
Conductive fibers such as natural graphite (flaky graphite, etc.), graphite such as artificial graphite and expanded graphite, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, carbon black of thermal black, carbon fiber and metal fiber , Copper and nickel metal powders, and organic conductive materials such as polyphenylene derivatives. These can be used alone or in any combination. Among these conductive agents, artificial graphite, acetylene black and carbon fiber are particularly preferred.

【0037】導電剤の添加量は、特に限定されないが、
負極材料に対して1〜50重量%が好ましく、特に1〜
30重量%が好ましい。また本発明の負極材料はそれ自
身電子伝導性を有するため、導電剤を添加しなくても電
池として機能させることも可能である。
The amount of the conductive agent is not particularly limited.
The content is preferably 1 to 50% by weight based on the negative electrode material, and
30% by weight is preferred. Further, since the negative electrode material of the present invention itself has electronic conductivity, it is possible to function as a battery without adding a conductive agent.

【0038】本発明に用いられる負極用結着剤として
は、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂のいずれであって
もよい。本発明において好ましい結着剤としては、例え
ば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオ
ロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PV
DF)、スチレンブタジエンゴム、テトラフルオロエチ
レン−ヘキサフルオロエチレン共重合体、テトラフルオ
ロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FE
P)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル
ビニルエーテル共重合体(PFA)、フッ化ビニリデン
−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデ
ン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン−
テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE樹脂)、ポ
リクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、フッ化
ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロ
ピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−
クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、
フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラ
フルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフ
ルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン
共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体およびその
(Na+)イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸共重
合体およびその(Na+)イオン架橋体、エチレン−ア
クリル酸メチル共重合体およびその(Na+)イオン架
橋体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体およびそ
の(Na+)イオン架橋体などをあげることができ、こ
れらをそれぞれ単独で、または混合して用いることがで
きる。
The binder for the negative electrode used in the present invention may be either a thermoplastic resin or a thermosetting resin. Preferred binders in the present invention include, for example, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PV
DF), styrene butadiene rubber, tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FE
P), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene-
Tetrafluoroethylene copolymer (ETFE resin), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene copolymer, propylene-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-
Chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE),
Vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluoromethylvinyl ether-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-acrylic acid copolymer and its (Na + ) ion crosslinked product, ethylene- Methacrylic acid copolymer and its (Na + ) ion crosslinked product, ethylene-methyl acrylate copolymer and its (Na + ) ion crosslinked product, ethylene-methyl methacrylate copolymer and its (Na + ) ion crosslinked product And the like, and these can be used alone or in combination.

【0039】またこれらの中でより好ましいのは、スチ
レンブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン、エチレン
−アクリル酸共重合体およびその(Na+)イオン架橋
体、エチレン−メタクリル酸共重合体およびその(Na
+)イオン架橋体、エチレン−アクリル酸メチル共重合
体およびその(Na+)イオン架橋体、エチレン−メタ
クリル酸メチル共重合体およびその(Na+)イオン架
橋体である。
Of these, styrene butadiene rubber, polyvinylidene fluoride, ethylene-acrylic acid copolymer and its (Na + ) ion cross-linked product, ethylene-methacrylic acid copolymer and its (Na
+ ) Ion crosslinked product, ethylene-methyl acrylate copolymer and its (Na + ) ion crosslinked product, ethylene-methyl methacrylate copolymer and its (Na + ) ion crosslinked product.

【0040】本発明に用いられる負極用集電体として
は、構成された電池において化学変化を起こさない電子
伝導体であれば特に制限はない。負極用集電体を構成す
る材料としては、例えばステンレス鋼、ニッケル、銅、
チタン、炭素および導電性樹脂の他、銅またはステンレ
ス鋼の表面をカーボン、ニッケルまたはチタンで処理し
たものなどが用いられる。特に、銅または銅合金が好ま
しい。
The current collector for the negative electrode used in the present invention is not particularly limited as long as it is an electron conductor which does not cause a chemical change in the battery constituted. As a material constituting the current collector for the negative electrode, for example, stainless steel, nickel, copper,
In addition to titanium, carbon, and a conductive resin, those obtained by treating the surface of copper or stainless steel with carbon, nickel, or titanium are used. In particular, copper or a copper alloy is preferable.

【0041】これらの材料の表面を酸化して用いること
もできる。また、表面処理により集電体表面に凹凸を付
けてもよい。形状は、フォイルの他、フィルム、シー
ト、ネット、パンチングされたもの、ラス体、多孔質
体、発泡体、繊維群の成形体などが用いられる。厚み
は、特に限定されないが、1〜500μmのものが用い
られる。
The surface of these materials can be oxidized and used. Further, the surface of the current collector may be made uneven by surface treatment. As the shape, in addition to a foil, a film, a sheet, a net, a punched material, a lath body, a porous body, a foamed body, a molded body of a fiber group, and the like are used. The thickness is not particularly limited, but a thickness of 1 to 500 μm is used.

【0042】本発明に用いられる正極材料には、リチウ
ム含有遷移金属酸化物を用いることができる。例えば、
LixCoO2 、LixNiO2、LixMnO2 、Lix
CoyNi1-y2、LixCoy1-yz、LixNi1-y
yz、LixMn24 、LixMn2-yy4(MはN
a、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、
Zn、Al、Cr、Pb、SbおよびBのうち少なくと
も一種、x=0〜1.2、y=0〜0.9、z=2.0
〜2.3)などがあげられる。
As the positive electrode material used in the present invention, a lithium-containing transition metal oxide can be used. For example,
Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x MnO 2 , Li x
Co y Ni 1-y O 2 , Li x Co y M 1-y O z, Li x Ni 1-y
M y O z, Li x Mn 2 O 4, Li x Mn 2-y M y O 4 (M is N
a, Mg, Sc, Y, Mn, Fe, Co, Ni, Cu,
At least one of Zn, Al, Cr, Pb, Sb and B, x = 0 to 1.2, y = 0 to 0.9, z = 2.0
To 2.3).

【0043】ここで、上記xの値は、充放電開始前の値
であり、充放電により増減する。ただし、遷移金属カル
コゲン化物、バナジウム酸化物およびそのリチウム化合
物、ニオブ酸化物およびそのリチウム化合物、有機導電
性物質を用いた共役系ポリマー、シェブレル相化合物な
どの他の正極材料を用いることも可能である。また、複
数の異なった正極材料を混合して用いることも可能であ
る。正極活物質粒子の平均粒径は、特に限定はされない
が、1〜30μmであることが好ましい。
Here, the value of x is a value before the start of charging / discharging, and increases / decreases due to charging / discharging. However, it is also possible to use other positive electrode materials such as transition metal chalcogenides, vanadium oxides and lithium compounds thereof, niobium oxides and lithium compounds thereof, conjugated polymers using organic conductive substances, and chevrel phase compounds. . It is also possible to use a mixture of a plurality of different positive electrode materials. The average particle size of the positive electrode active material particles is not particularly limited, but is preferably 1 to 30 μm.

【0044】本発明で使用される正極用導電剤は、用い
る正極材料の充放電電位において、化学変化を起こさな
い電子伝導性材料であれば何でもよい。例えば、天然黒
鉛(鱗片状黒鉛など)、人造黒鉛などのグラファイト、
アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネル
ブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サー
マルブラックのカーボンブラック、炭素繊維、金属繊維
などの導電性繊維、フッ化カーボン、アルミニウムなど
の金属粉末、酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性
ウィスカー、酸化チタンなどの導電性金属酸化物および
ポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料などがあげ
られ、それぞれ単独で、またはこれらを混合して用いる
ことができる。
The conductive agent for the positive electrode used in the present invention may be any electronic conductive material which does not cause a chemical change at the charge / discharge potential of the positive electrode material used. For example, graphite such as natural graphite (flaky graphite, etc.), artificial graphite, etc.
Acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, carbon black of thermal black, conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber, metal powders such as carbon fluoride and aluminum, zinc oxide, potassium titanate, etc. Conductive whiskers, conductive metal oxides such as titanium oxide, and organic conductive materials such as polyphenylene derivatives. These can be used alone or in combination.

【0045】これらの導電剤のなかで、人造黒鉛、アセ
チレンブラックが特に好ましい。導電剤の添加量は、特
に限定されないが、正極材料に対して1〜50重量%が
好ましく、特に1〜30重量%が好ましい。カーボンや
グラファイトでは、2〜15重量%が特に好ましい。
Among these conductive agents, artificial graphite and acetylene black are particularly preferred. The addition amount of the conductive agent is not particularly limited, but is preferably 1 to 50% by weight, and particularly preferably 1 to 30% by weight based on the positive electrode material. For carbon and graphite, 2 to 15% by weight is particularly preferred.

【0046】本発明に用いられる正極用結着剤として
は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれであってもよ
い。本発明に於いて好ましい結着剤は、例えば、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン
(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ス
チレンブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン−ヘキ
サフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン
−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テト
ラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエー
テル共重合体(PFA)、フッ化ビニリデン−ヘキサフ
ルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロ
トリフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフル
オロエチレン共重合体(ETFE樹脂)、ポリクロロト
リフルオロエチレン(PCTFE)、フッ化ビニリデン
−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン−テ
トラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリ
フルオロエチレン共重合体(ECTFE)、フッ化ビニ
リデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエ
チレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチ
ルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体、
エチレン−アクリル酸共重合体およびその(Na+)イ
オン架橋体、エチレン−メタクリル酸共重合体およびそ
の(Na+)イオン架橋体、エチレン−アクリル酸メチ
ル共重合体およびその(Na+)イオン架橋体、エチレ
ン−メタクリル酸メチル共重合体およびその(Na+
イオン架橋体などをあげることができ、これらをそれぞ
れ単独で、または混合として用いることができる。また
これらの材料の中でより好ましい材料はポリフッ化ビニ
リデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(P
TFE)である。
The binder for the positive electrode used in the present invention may be either a thermoplastic resin or a thermosetting resin. In the present invention, preferred binders include, for example, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene butadiene rubber, tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene -Hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymer (PFA), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene -Tetrafluoroethylene copolymer (ETFE resin), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene copolymer, propylene-tetrafluoroethylene Polymer, ethylene - chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), vinylidene fluoride - hexafluoropropylene - tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride - perfluoromethyl vinyl ether - tetrafluoroethylene copolymer,
Ethylene-acrylic acid copolymer and its (Na + ) ion crosslinked product, ethylene-methacrylic acid copolymer and its (Na + ) ion crosslinked product, ethylene-methyl acrylate copolymer and its (Na + ) ion crosslinked , Ethylene-methyl methacrylate copolymer and (Na + )
An ionic crosslinked body can be used, and these can be used alone or as a mixture. Among these materials, more preferred materials are polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (P
TFE).

【0047】本発明に用いられる正極用集電体として
は、用いる正極材料の充放電電位において化学変化を起
こさない電子伝導体であれば特に制限はない。正極集電
体を構成する材料としては、例えばステンレス鋼、アル
ミニウム、チタン、炭素、導電性樹脂などの他に、アル
ミニウムまたはステンレス鋼の表面をカーボンまたはチ
タンで処理したものが用いられる。特に、アルミニウム
またはアルミニウム合金が好ましい。これらの材料の表
面を酸化して用いることもできる。また、表面処理によ
り集電体表面に凹凸を付けることが望ましい。形状は、
フォイルの他、フィルム、シート、ネット、パンチされ
たもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群、不織布体
の成形体などが用いられる。厚みは、特に限定されない
が、1〜500μmのものが用いられる。
The current collector for the positive electrode used in the present invention is not particularly limited as long as it does not cause a chemical change in the charge / discharge potential of the positive electrode material used. As a material constituting the positive electrode current collector, for example, in addition to stainless steel, aluminum, titanium, carbon, and a conductive resin, a material obtained by treating the surface of aluminum or stainless steel with carbon or titanium is used. In particular, aluminum or an aluminum alloy is preferable. The surface of these materials can be oxidized and used. In addition, it is desirable to make the current collector surface uneven by surface treatment. The shape is
In addition to the foil, a film, a sheet, a net, a punched material, a lath body, a porous body, a foam, a group of fibers, a molded article of a nonwoven fabric, and the like are used. The thickness is not particularly limited, but a thickness of 1 to 500 μm is used.

【0048】電極合剤には、導電剤および結着剤の他、
フィラー、分散剤、イオン伝導体、圧力増強剤およびそ
の他の各種添加剤を用いることができる。フィラーとし
ては、構成された電池において、化学変化を起こさない
繊維状材料であれば特に制限はない。通常、ポリプロピ
レン、ポリエチレンなどのオレフィン系ポリマー、ガラ
ス、炭素などの繊維が用いられる。フィラーの添加量は
特に限定されないが、電極合剤に対して0〜30重量%
が好ましい。本発明における負極板と正極板の構成は、
少なくとも正極合剤面の対向面に負極合剤面が存在して
いることが好ましい。
The electrode mixture includes a conductive agent and a binder,
Fillers, dispersants, ionic conductors, pressure enhancers and other various additives can be used. The filler is not particularly limited as long as it is a fibrous material that does not cause a chemical change in the configured battery. Usually, fibers such as olefin-based polymers such as polypropylene and polyethylene, glass, and carbon are used. The addition amount of the filler is not particularly limited, but is 0 to 30% by weight based on the electrode mixture.
Is preferred. The configuration of the negative electrode plate and the positive electrode plate in the present invention,
It is preferable that the negative electrode mixture surface exists at least on the surface opposite to the positive electrode mixture surface.

【0049】本発明に用いられる非水電解質は、溶媒
と、その溶媒に溶解するリチウム塩(溶質)とから構成
されている。非水溶媒としては、例えば、エチレンカー
ボネ−ト(EC)、プロピレンカ−ボネ−ト(PC)、
ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート
(VC)などの環状カーボネート、ジメチルカーボネー
ト(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチ
ルメチルカーボネート(EMC)、ジプロピルカーボネ
ート(DPC)などの鎖状カーボネート、ギ酸メチル、
酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル
などの脂肪族カルボン酸エステル、γ−ブチロラクトン
などのγ−ラクトン、1,2−ジメトキシエタン(DM
E)、1,2−ジエトキシエタン(DEE)、エトキシ
メトキシエタン(EME)などの鎖状エーテル、テトラ
ヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどの環
状エーテル、ジメチルスルホキシド、1,3−ジオキソ
ラン、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムア
ミド、ジオキソラン、アセトニトリル、プロピルニトリ
ル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエ
ステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、ス
ルホラン、メチルスルホラン、1,3−ジメチル−2−
イミダゾリジノン、3−メチル−2−オキサゾリジノ
ン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラ
ン誘導体、エチルエーテル、1,3−プロパンサルト
ン、アニソール、ジメチルスルホキシド、N−メチルピ
ロリドンなどの非プロトン性有機溶媒をあげることがで
き、これらをそれぞれ単独で、または混合して用いるこ
とができる。なかでも環状カーボネートと鎖状カーボネ
ートとの混合溶媒、または環状カーボネートと鎖状カー
ボネートおよび脂肪族カルボン酸エステルとの混合溶媒
が好ましい。
The non-aqueous electrolyte used in the present invention is composed of a solvent and a lithium salt (solute) dissolved in the solvent. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC),
Cyclic carbonates such as butylene carbonate (BC) and vinylene carbonate (VC), chain carbonates such as dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC) and dipropyl carbonate (DPC), methyl formate;
Aliphatic carboxylic acid esters such as methyl acetate, methyl propionate and ethyl propionate, γ-lactones such as γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane (DM
E), chain ethers such as 1,2-diethoxyethane (DEE) and ethoxymethoxyethane (EME), cyclic ethers such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolan, formamide, acetamide, Dimethylformamide, dioxolan, acetonitrile, propylnitrile, nitromethane, ethyl monoglyme, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-
Non-protic organic solvents such as imidazolidinone, 3-methyl-2-oxazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, ethyl ether, 1,3-propanesultone, anisole, dimethylsulfoxide, N-methylpyrrolidone and the like. These can be used alone or in combination. Among them, a mixed solvent of a cyclic carbonate and a chain carbonate, or a mixed solvent of a cyclic carbonate, a chain carbonate and an aliphatic carboxylic acid ester is preferable.

【0050】これらの溶媒に溶解するリチウム塩として
は、例えばLiClO4、LiBF4、LiPF6、Li
AlCl4、LiSbF6、LiSCN、LiCl、Li
CF3SO3、LiCF3CO2、Li(CF3SO22
LiAsF6、LiN(CF3SO22、LiB10
10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiCl、Li
Br、LiI、クロロボランリチウム、四フェニルホウ
酸リチウム、イミドなどをあげることができ、これらを
それぞれ単独で、または組み合わせて電解液などに溶解
させて用いることができる。特にLiPF6を含ませる
ことがより好ましい。本発明における特に好ましいの
は、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネート
を少なくとも含み、リチウム塩としてLiPF6を含む
電解液である。
Examples of lithium salts dissolved in these solvents include LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiPF
AlCl 4 , LiSbF 6 , LiSCN, LiCl, Li
CF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 ,
LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiB 10 C
l 10 , lithium lower aliphatic carboxylate, LiCl, Li
Examples thereof include Br, LiI, lithium chloroborane, lithium tetraphenylborate, and imide, and these can be used alone or in combination as dissolved in an electrolytic solution or the like. In particular, it is more preferable to include LiPF 6 . Particularly preferred in the present invention is an electrolyte containing at least ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate, and containing LiPF 6 as a lithium salt.

【0051】これら電池内に添加する電解液の量は特に
限定されないが、正極材料および負極材料の量ならびに
電池のサイズによって適宜選択することができる。リチ
ウム塩の非水溶媒に対する溶解量は、特に限定されない
が、0.2〜2mol/lが好ましい。特に、0.5〜
1.5mol/lとすることがより好ましい。
The amount of the electrolyte added to the battery is not particularly limited, but can be appropriately selected depending on the amounts of the positive electrode material and the negative electrode material and the size of the battery. The amount of lithium salt dissolved in the nonaqueous solvent is not particularly limited, but is preferably 0.2 to 2 mol / l. In particular, 0.5 to
More preferably, it is 1.5 mol / l.

【0052】さらに、放電容量および充放電特性を改良
する目的で、他の化合物を電解質に添加することも有効
である。例えば、トリエチルフォスファイト、トリエタ
ノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、n−
グライム、ピリジン、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロ
ベンゼン誘導体、クラウンエーテル、第四級アンモニウ
ム塩、エチレングリコールジアルキルエーテルなどをあ
げることができる。
It is also effective to add another compound to the electrolyte for the purpose of improving the discharge capacity and the charge / discharge characteristics. For example, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, n-
Examples include glyme, pyridine, hexaphosphoric triamide, nitrobenzene derivatives, crown ethers, quaternary ammonium salts, and ethylene glycol dialkyl ethers.

【0053】本発明に用いられるセパレータとしては、
大きなイオン透過度を持ち、所定の機械的強度を持ち、
絶縁性の微多孔性薄膜が用いられる。また、一定温度以
上で孔を閉塞し、抵抗をあげる機能を持つことが好まし
い。耐有機溶剤性および疎水性の観点から、ポリプロピ
レンおよびポリエチレンなどの一種もしくは二種以上の
オレフィン系ポリマーまたはガラス繊維などからつくら
れたシート、不織布および織布が用いられる。
As the separator used in the present invention,
Has a large ion permeability, has a predetermined mechanical strength,
An insulating microporous thin film is used. Further, it is preferable to have a function of closing a hole at a certain temperature or higher to increase resistance. From the viewpoints of resistance to organic solvents and hydrophobicity, sheets, nonwoven fabrics and woven fabrics made of one or more olefin polymers such as polypropylene and polyethylene, or glass fibers are used.

【0054】セパレータの孔径は、電極シートより脱離
した正負極材料、結着剤、導電剤が透過しない範囲であ
ることが望ましく、例えば、0.01〜1μmであるの
が望ましい。セパレータの厚みは、一般的には、10〜
300μmが用いられる。また、空孔率は、電子やイオ
ンの透過性と素材や膜圧に応じて決定されるが、一般的
には30〜80%であることが望ましい。
The pore diameter of the separator is desirably in a range in which the positive and negative electrode materials, the binder, and the conductive agent detached from the electrode sheet do not pass, and for example, desirably 0.01 to 1 μm. The thickness of the separator is generally 10 to
300 μm is used. The porosity is determined according to the electron and ion permeability, the material, and the film pressure, but is generally preferably 30 to 80%.

【0055】また、ポリマー材料に、溶媒とその溶媒に
溶解するリチウム塩とから構成される有機電解液を吸収
保持させたものを正極合剤、負極合剤に含ませ、さらに
有機電解液を吸収保持するポリマーからなる多孔性のセ
パレータを正極、負極と一体化した電池を構成すること
も可能である。
A mixture of a polymer material and an organic electrolyte composed of a solvent and a lithium salt dissolved in the solvent is absorbed and held in the positive electrode mixture and the negative electrode mixture. It is also possible to configure a battery in which a porous separator made of a retained polymer is integrated with a positive electrode and a negative electrode.

【0056】電池の形状はコイン型、ボタン型、シート
型、積層型、円筒型、偏平型、角型、電気自動車等に用
いる大型のものなどいずれにも適用できる。また、本発
明の非水電解質二次電池は、携帯情報端末、携帯電子機
器、家庭用小型電力貯蔵装置、自動二輪車、電気自動
車、ハイブリッド電気自動車等に用いることができる
が、特にこれらに限定されるわけではない。以下に、実
施例を用いて本発明をより具体的に説明するが、本発明
はこれらのみに限定されるものではない。
The shape of the battery can be any of a coin type, a button type, a sheet type, a laminated type, a cylindrical type, a flat type, a square type, and a large type used for electric vehicles. In addition, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be used for portable information terminals, portable electronic devices, home small power storage devices, motorcycles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, and the like, but is not particularly limited thereto. Not necessarily. Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

【0057】[0057]

【実施例】《実施例1〜5および比較例1〜2》アルカ
リ金属の添加量を様々に変えたリチウム含有複合窒化物
の過放電回復特性を比較した。まず、本発明に係るリチ
ウム含有複合窒化物は以下のように合成した。ここでは
遷移金属としてコバルト(Co)を用いた例を説明する
が、本発明で示した他の遷移金属でも同様に合成するこ
とができた。
Examples << Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 >> The overdischarge recovery characteristics of lithium-containing composite nitrides with various amounts of alkali metal added were compared. First, the lithium-containing composite nitride according to the present invention was synthesized as follows. Here, an example in which cobalt (Co) is used as a transition metal will be described. However, other transition metals shown in the present invention could be similarly synthesized.

【0058】出発物質としては窒化リチウム(Li
3N)の粉末とコバルト(Co)粉末と窒化ナトリウム
(Na3N)を用いた。そして、これらをLi(リチウ
ム)とNa(ナトリウム)とCo(コバルト)の比が、
それぞれ2.60:0.00:0.40(比較例1)、
2.595:0.005:0.4(実施例1)、2.5
9:0.01:0.4(実施例2)、2.5:0.1:
0.4(実施例3)、2.0:0.6:0.4(実施例
4)、1.8:0.8:0.4(実施例5)または1.
6:1.0:0.4(比較例2)となるように、Li3
N粉末、Na3N粉末およびCo粉末を十分に混合し、
7種類の混合物を得た。
As a starting material, lithium nitride (Li
3 N) powder, cobalt (Co) powder, and sodium nitride (Na 3 N). Then, the ratio of Li (lithium), Na (sodium) and Co (cobalt) is
2.60: 0.00: 0.40 respectively (Comparative Example 1),
2.595: 0.005: 0.4 (Example 1), 2.5
9: 0.01: 0.4 (Example 2), 2.5: 0.1:
0.4 (Example 3), 2.0: 0.6: 0.4 (Example 4), 1.8: 0.8: 0.4 (Example 5) or 1.
6: 1.0: As will be 0.4 (Comparative Example 2), Li 3
N powder, Na 3 N powder and Co powder are mixed well,
Seven mixtures were obtained.

【0059】これらをそれぞれ坩堝に入れ、高純度(9
9.9%以上)の窒素雰囲気中700℃で8時間焼成し
て、Li2.60Co0.4N(比較例1)、Li2.595Na
0.005Co0.4N(実施例1)、Li2.59Na0.01Co
0.4N(実施例2)、Li2.5Na0.1Co0.4N(実施例
3)、Li2.0Na0.6Co0.4N(実施例4)、Li1.8
Na0.8Co0.4N(実施例5)およびLi1.6Na1.0
0.4N(比較例2)で表されるリチウム含有複合窒化
物粉末(負極材料)を得た。
Each of these was put into a crucible, and a high purity (9
(9.9% or more) in a nitrogen atmosphere at 700 ° C. for 8 hours to obtain Li 2.60 Co 0.4 N (Comparative Example 1), Li 2.595 Na
0.005 Co 0.4 N (Example 1), Li 2.59 Na 0.01 Co
0.4 N (Example 2), Li 2.5 Na 0.1 Co 0.4 N (Example 3), Li 2.0 Na 0.6 Co 0.4 N (Example 4), Li 1.8
Na 0.8 Co 0.4 N (Example 5) and Li 1.6 Na 1.0 C
A lithium-containing composite nitride powder (negative electrode material) represented by o 0.4 N (Comparative Example 2) was obtained.

【0060】なお、合成の過程は、低湿度(露点−20
℃以下)の高純度窒素雰囲気(酸素濃度100ppm以
下)中で行った。得られたリチウム含有複合窒化物の粉
末X線回折測定を行った結果、Li1.6Na1.0Co0.4
N(比較例2)についてのみ不純物相に基づくと考えら
れるピークが観測され、均一に固溶していなかった。し
かし、その他については窒化リチウム(Li3N)と同
じ六方晶のパターンが観測され、不純物ピークもないこ
とが確認された。遷移金属置換量がx=0.4以外、あ
るいは遷移金属種がCo単独以外の場合の合成も検討し
たが、Naの置換量yがy>0.8の組成ではいずれも
不純物相が生成した。
The synthesis process is carried out at low humidity (dew point -20
C. or less) in a high-purity nitrogen atmosphere (oxygen concentration 100 ppm or less). As a result of a powder X-ray diffraction measurement of the obtained lithium-containing composite nitride, Li 1.6 Na 1.0 Co 0.4
Only for N (Comparative Example 2), a peak considered to be based on the impurity phase was observed, and it was not uniformly dissolved. However, for the others, the same hexagonal pattern as lithium nitride (Li 3 N) was observed, and it was confirmed that there was no impurity peak. The synthesis in the case where the transition metal substitution amount was other than x = 0.4 or the transition metal species was other than Co alone was also studied. .

【0061】つぎに、上記負極材料を用いて図1に示す
コイン形の試験電池を作製し、過放電時の回復特性等の
電気化学特性を評価した。上述のようにして合成したリ
チウム含有複合窒化物粉末、導電剤としての人造黒鉛
(KS−6)、および結着剤であるスチレンブタジエン
ゴムとを所定の割合で混合し、これらを脱水トルエンに
分散させてスラリー状の負極合剤を得た。負極合剤は、
負極集電体である銅箔(厚さ14μm)にドクターブレ
ードを用いて塗布し、80℃で十分に減圧乾燥した。つ
ぎに、塗布後の集電体を、ローラーの間に通して圧延し
た。このようにして得られた負極シートから、直径15
mmの円盤状の負極を打ち抜いた。
Next, a coin-shaped test battery shown in FIG. 1 was prepared using the above-mentioned negative electrode material, and its electrochemical characteristics such as recovery characteristics upon overdischarge were evaluated. The lithium-containing composite nitride powder synthesized as described above, artificial graphite (KS-6) as a conductive agent, and styrene butadiene rubber as a binder are mixed at a predetermined ratio, and these are dispersed in dehydrated toluene. Thus, a slurry-like negative electrode mixture was obtained. The negative electrode mixture is
It was applied to a copper foil (thickness: 14 μm) as a negative electrode current collector using a doctor blade, and was sufficiently dried at 80 ° C. under reduced pressure. Next, the coated current collector was rolled through rollers. From the negative electrode sheet thus obtained, a diameter of 15
mm disk-shaped negative electrode was punched out.

【0062】一方、LiCoO2粉末、導電剤である炭
素粉末、および結着剤であるポリフッ化ビニリデン樹脂
を、重量比90:7:3で混合し、得られた混合物を脱
水n−メチル−2−ピロリジノンに分散させてスラリー
状の正極合剤を得た。ついで、正極合剤を正極集電体で
あるアルミニウム箔(厚さ20μm)にドクターブレー
ドを用いて塗布し、乾燥させ、2本のローラーの間を通
して圧延した。このようにして得られた正極シートか
ら、直径14mmの円盤状の正極を打ち抜いた。あらか
じめこの正極板を用いて対極がリチウム金属のコイン電
池を組んで充電した後に電池を分解し、電気化学的にリ
チウムを脱離させた正極を作製した。
On the other hand, LiCoO 2 powder, carbon powder as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride resin as a binder were mixed at a weight ratio of 90: 7: 3, and the resulting mixture was dehydrated into n-methyl-2. -Dispersed in pyrrolidinone to obtain a slurry-like positive electrode mixture. Next, the positive electrode mixture was applied to an aluminum foil (thickness: 20 μm) serving as a positive electrode current collector using a doctor blade, dried, and rolled between two rollers. From the positive electrode sheet thus obtained, a disk-shaped positive electrode having a diameter of 14 mm was punched. Using this positive electrode plate in advance, a coin battery with a counter electrode of lithium metal was assembled and charged, and then the battery was disassembled to produce a positive electrode from which lithium was electrochemically desorbed.

【0063】これらの試験セルについて、電流密度0.
65mA/cm2で2.3〜4.0Vの電圧範囲で充放
電を10サイクル行った後、放電を0Vまで行い、1日
放置した。その後、再び4.0V間で充電して2.3V
まで放電したときの放電容量の、10サイクル目の2.
3Vまでの放電容量に対する割合を容量回復率とした。
その結果を表1に示す。
For these test cells, a current density of 0.
After 10 cycles of charge / discharge at 65 mA / cm 2 in a voltage range of 2.3 to 4.0 V, the discharge was performed to 0 V, and the system was left for one day. After that, charge again between 4.0V and 2.3V
Of the 10th cycle of the discharge capacity when discharging to 2.
The ratio to the discharge capacity up to 3 V was defined as the capacity recovery rate.
Table 1 shows the results.

【0064】[0064]

【表1】 [Table 1]

【0065】本発明の負極材料を用いた場合、アルカリ
金属を添加していない比較例1に対して、過放電後のガ
ス発生による電池の膨れが少なく、容量回復率が優れて
いることがわかる。過放電時の負極電位について、モデ
ルセルを作製して確認したところ、比較例1ではリチウ
ム基準で2.4Vに達していたが、本発明の実施例1〜
5はすべて2.0Vよりも低い電位までしか至っておら
ず、アルカリ金属の添加効果が見られた。なお、アルカ
リ金属元素としてカリウム、またはナトリウムおよびカ
リウムの両方を添加した場合についても検討したが、実
施例1と同様に過放電後の容量回復率が向上した。
When the negative electrode material of the present invention was used, it was found that the battery did not swell due to gas generation after overdischarge and the capacity recovery rate was superior to Comparative Example 1 in which no alkali metal was added. . The negative electrode potential during overdischarge was confirmed by producing a model cell, and in Comparative Example 1, the voltage reached 2.4 V on the lithium basis.
5 all reached a potential lower than 2.0 V, and the effect of adding an alkali metal was observed. Although the case where potassium or both sodium and potassium were added as an alkali metal element was also examined, the capacity recovery rate after overdischarge was improved as in Example 1.

【0066】《実施例6〜10および比較例3》アルカ
リ金属の添加量を変えたリチウム含有複合窒化物で中心
粒子の表面を被覆した場合と被覆しない場合における過
放電回復特性を比較した。実施例1〜5と同様にして合
成した式(1)で表される5種類のアルカリ金属置換リ
チウム含有複合窒化物からなる表面層を、中心粒子であ
るリチウム含有複合窒化物Li2.6Co0.4Nの表面に、
圧縮磨砕式微粉砕機を用いた手法であるメカノフュージ
ョン法を用いて形成した。ここで、本実施例で用いた圧
縮磨砕式微粉砕機の構造を部分的かつ概略的に表す図を
図2に示す。また、粉砕器内において各粒子間に作用す
る圧縮および磨砕の状態を模式的に表す図を図3に示
す。
<< Examples 6 to 10 and Comparative Example 3 >> The overdischarge recovery characteristics when the surface of the center particle was coated with a lithium-containing composite nitride in which the added amount of the alkali metal was changed and when the surface was not coated were compared. The surface layer composed of the five kinds of alkali metal-substituted lithium-containing composite nitrides represented by the formula (1) synthesized in the same manner as in Examples 1 to 5 was coated with the lithium-containing composite nitride Li 2.6 Co 0.4 N as the central particle. On the surface of
It was formed using a mechanofusion method, which is a method using a compression grinding type fine pulverizer. Here, FIG. 2 is a diagram partially and schematically showing the structure of the compression attrition type pulverizer used in the present embodiment. FIG. 3 is a diagram schematically showing a state of compression and grinding acting between the respective particles in the pulverizer.

【0067】この装置による被覆機構を簡単に説明する
と、円筒形のケース1が固定軸3を中心として高速回転
し、これにより発生する遠心力によって中心粒子となる
リチウム含有複合窒化物粒子(母粒子)と表面層となる
アルカリ金属置換リチウム含有複合窒化物粒子(子粒
子)の混合物がケース1の内壁に押しつけられる。同時
に、前記ケース1に押しつけられた混合物に、固定軸3
に固定された作用片2の加圧力が作用する。こうして母
粒子表面に子粒子が圧延されつつ被覆される。また、か
き取り片6によるケース内壁からの混合物のかき取りと
撹拌および混合とにより、効率よく母粒子表面への子粒
子の被覆処理が行われる。この被覆処理を施した粒子、
すなわち表面層5を有する中心粒子4の断面を模式的に
表す図を図4に示す。また、図4のX部分の拡大図を図
5に示す。
The coating mechanism of this device will be briefly described. The cylindrical case 1 rotates at a high speed around the fixed shaft 3 and the lithium-containing composite nitride particles (base particles) which become the central particles due to the centrifugal force generated thereby. ) And a mixture of the alkali metal-substituted lithium-containing composite nitride particles (child particles) to be the surface layer are pressed against the inner wall of the case 1. At the same time, the mixture pressed against the case 1
The pressing force of the operation piece 2 fixed to the plate acts. Thus, the child particles are coated on the surface of the base particles while being rolled. In addition, by scraping the mixture from the inner wall of the case with the scraping pieces 6 and stirring and mixing, the surface of the base particles is efficiently coated with the child particles. Particles subjected to this coating treatment,
That is, FIG. 4 schematically shows a cross section of the central particle 4 having the surface layer 5. FIG. 5 is an enlarged view of a portion X in FIG.

【0068】こうした被覆処理法により、中心粒子であ
るリチウム含有複合窒化物の表面に、アルカリ金属置換
リチウム含有複合窒化物を被覆した試料を作製した。処
理条件は適宜に設定することが可能であるが、ここでは
中心粒子のリチウム含有複合窒化物Li2.6Co0.4Nを
180g、上記組成の種々のアルカリ金属置換したリチ
ウム含有複合窒化物を20g投入し、回転速度を180
0rpm、処理時間を10分間とした。また、ケース1
の内壁と固定軸に固定された作用片2とが最も接近する
距離は3mmに設定した。
A sample in which the surface of the lithium-containing composite nitride, which is the central particle, was coated with the alkali metal-substituted lithium-containing composite nitride was produced by such a coating treatment method. The processing conditions can be set as appropriate, but here, 180 g of the lithium-containing composite nitride Li 2.6 Co 0.4 N of the central particle and 20 g of the lithium-containing composite nitride of the above-mentioned composition and various alkali metal-substituted are charged. , Rotation speed 180
0 rpm and the processing time were 10 minutes. Case 1
The closest distance between the inner wall of the target and the working piece 2 fixed to the fixed shaft was set to 3 mm.

【0069】Li2.595Na0.005Co0.4Nで表される
リチウム含有複合窒化物からなる表面層を有する負極材
料(実施例6)、Li2.59Na0.01Co0.4Nで表され
るリチウム含有複合窒化物からなる表面層を有する負極
材料(実施例7)、Li2.5Na0.1Co0.4Nで表され
るリチウム含有複合窒化物からなる表面層を有する負極
材料(実施例8)、Li2.0Na0.6Co0.4Nで表され
るリチウム含有複合窒化物からなる表面層を有する負極
材料(実施例9)、およびLi1.8Na0.8Co 0.4Nで
表されるリチウム含有複合窒化物からなる表面層を有す
る負極材料(実施例10)をそれぞれ得た。また、Li
1.6Na1.0Co0.4Nで表されるリチウム含有複合窒化
物からなる表面層を有する負極材料(比較例3)も得
た。
Li2.595Na0.005Co0.4Represented by N
Anode material having a surface layer made of lithium-containing composite nitride
(Example 6), Li2.59Na0.01Co0.4Represented by N
Having surface layer made of lithium-containing composite nitride
Material (Example 7), Li2.5Na0.1Co0.4Represented by N
Negative electrode having surface layer made of lithium-containing composite nitride
Material (Example 8), Li2.0Na0.6Co0.4Represented by N
Negative electrode having surface layer made of lithium-containing composite nitride
Material (Example 9), and Li1.8Na0.8Co 0.4In N
Having a surface layer composed of a lithium-containing composite nitride represented
Negative electrode materials (Example 10) were obtained. Also, Li
1.6Na1.0Co0.4Lithium-containing composite nitride represented by N
Negative electrode material (Comparative Example 3) having a surface layer made of
Was.

【0070】なお、被覆面積と表面層の厚みについて
は、X線光電子分光法(ESCA)、電子式プローブに
よる精密分析(EPMA)および走査型電子顕微鏡(S
EM)などにより測定したが、いずれの場合においても
全表面積の約80%であり、厚みは約0.3μmであっ
た。つぎに、図1に示すコイン形の試験電池を作製し
て、過放電時の回復特性などの電気化学特性を実施例1
と同様にして評価した。その結果を表2に示す。なお、
表面層を有しない比較例1の結果も併せて示した。
The coating area and the thickness of the surface layer were determined by X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA), precision analysis using an electronic probe (EPMA), and scanning electron microscope (S
EM), it was about 80% of the total surface area and the thickness was about 0.3 μm in each case. Next, a coin-shaped test battery shown in FIG. 1 was prepared, and the electrochemical characteristics such as the recovery characteristics at the time of overdischarge were measured in Example 1.
The evaluation was performed in the same manner as described above. Table 2 shows the results. In addition,
The results of Comparative Example 1 having no surface layer are also shown.

【0071】[0071]

【表2】 [Table 2]

【0072】このように、アルカリ金属を添加したリチ
ウム含有複合窒化物を表面に被覆した負極材料も、従来
のリチウム含有複合窒化物よりも優れた容量回復特性を
示すことが分かった。
As described above, it was found that the negative electrode material having the surface coated with the lithium-containing composite nitride to which the alkali metal was added also exhibited better capacity recovery characteristics than the conventional lithium-containing composite nitride.

【0073】《実施例11〜15》つぎに、表面層の組
成をLi2.5Na0.1Co0.4N、中心粒子の組成をLi
2.6Co0.4Nとして、表面層の被覆割合を変化させて回
復特性を比較した。表面層の被覆方法は実施例6と同様
にし、電極および評価電池の作製方法は実施例1と同様
にした。ただし、被覆割合は、メカノフュージョン法で
被覆を行う際の条件を変えることによって調整した。被
覆割合は、全表面積の15%(実施例11)、20%
(実施例12)、50%(実施例13)、80%(実施
例14)、および100%(実施例15)とした。表3
にその評価結果を示す。なお、表面層を有しない比較例
1の結果も併せて示した。
Examples 11 to 15 Next, the composition of the surface layer was Li 2.5 Na 0.1 Co 0.4 N, and the composition of the central particles was Li.
The recovery characteristics were compared by changing the coating ratio of the surface layer as 2.6 Co 0.4 N. The method for coating the surface layer was the same as in Example 6, and the method for producing the electrodes and the evaluation battery was the same as in Example 1. However, the coating ratio was adjusted by changing the conditions for coating by the mechanofusion method. The coating ratio was 15% of the total surface area (Example 11), 20%
(Example 12), 50% (Example 13), 80% (Example 14), and 100% (Example 15). Table 3
Figure 11 shows the evaluation results. The results of Comparative Example 1 having no surface layer are also shown.

【0074】[0074]

【表3】 [Table 3]

【0075】被覆面積が15%の実施例11の電池で
は、被覆しない比較例1の電池と比べて若干の特性向上
が見られるが、不十分である。これに対して、被覆面積
の比率が20%以上のものでは、大幅な特性改善が見ら
れ、特に80%以上で特性が優れていた。
In the battery of Example 11 having a covering area of 15%, although the characteristics were slightly improved as compared with the battery of Comparative Example 1 not covered, the battery was insufficient. On the other hand, when the coating area ratio was 20% or more, the characteristics were significantly improved, and particularly when the coating area ratio was 80% or more, the characteristics were excellent.

【0076】《実施例16〜19》つぎに、表面層の組
成をLi2.5Na0.1Co0.4N、中心粒子の組成をLi
2.6Co0.4Nとして、表面層の被覆厚みを変化させて回
復特性を比較した。表面層の被覆方法は実施例6と同様
にし、電極および評価電池の作製方法は実施例1と同様
にした。ただし、被覆厚みは、メカノフュージョン法で
被覆を行う際の条件を変えることによって調整し、X線
光電子分光法(ESCA)および走査型電子顕微鏡(S
EM)などにより測定した。被覆厚みは、0.005μ
m(実施例16)、0.01μm(実施例17)、0.
1μm(実施例18)、および1μm(実施例19)と
した。表4にその評価結果を示す。なお、表面層を有し
ない比較例1の結果も併せて示した。
Examples 16 to 19 Next, the composition of the surface layer was Li 2.5 Na 0.1 Co 0.4 N, and the composition of the central particles was Li.
The recovery characteristics were compared by changing the coating thickness of the surface layer as 2.6 Co 0.4 N. The method for coating the surface layer was the same as in Example 6, and the method for producing the electrodes and the evaluation battery was the same as in Example 1. However, the coating thickness is adjusted by changing the conditions when coating is performed by the mechanofusion method, and the X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA) and the scanning electron microscope (S
EM). The coating thickness is 0.005μ
m (Example 16), 0.01 μm (Example 17), 0.
1 μm (Example 18) and 1 μm (Example 19). Table 4 shows the evaluation results. The results of Comparative Example 1 having no surface layer are also shown.

【0077】[0077]

【表4】 [Table 4]

【0078】被覆厚みが0.005μmの実施例16の
電池では、被覆しない比較例1の電池と比べて若干の特
性向上が見られるが、不十分である。これに対して、被
覆厚みが0.01μm以上のものでは、大幅な特性改善
が見られた。厚みがこれ以上になった場合は、実施例1
と同様の結果になる。
In the case of the battery of Example 16 having a coating thickness of 0.005 μm, although the characteristics were slightly improved as compared with the battery of Comparative Example 1 in which the coating was not made, it was insufficient. On the other hand, when the coating thickness was 0.01 μm or more, a significant improvement in characteristics was observed. If the thickness is more than this,
The result is similar to.

【0079】《実施例20〜24》つぎに、中心粒子と
なる組成がLi2.6Co0.4Nのリチウム含有複合窒化物
に、窒化カリウム(K3N)を混合して再焼成する方法
で負極活物質を合成した。これを用いて実施例1と同様
に電極および評価電池を作製し、評価した。K3Nの添
加量は、様々に検討した条件の中から、XPSなどによ
る測定で、表面から0.1μmまでK(カリウム)が固
溶し、かつ表面層の組成がほぼLi2.50.1Co0.4
となるように調整した。再焼成の温度は、350℃(実
施例20)、450℃(実施例21)、500℃(実施
例22)、700℃(実施例23)、および800℃
(実施例24)とした。表5にその結果を示す。なお、
併せて比較例1の結果も示した。
Examples 20 to 24 Next, a negative electrode active material was prepared by mixing potassium nitride (K 3 N) with a lithium-containing composite nitride having a composition serving as central particles of Li 2.6 Co 0.4 N and refiring. The material was synthesized. Using this, an electrode and an evaluation battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. The amount of K 3 N added was determined by XPS or the like from various conditions studied, where K (potassium) was solid-dissolved from the surface to 0.1 μm and the composition of the surface layer was almost Li 2.5 K 0.1 Co. 0.4 N
It was adjusted to be. The temperatures of the refiring were 350 ° C. (Example 20), 450 ° C. (Example 21), 500 ° C. (Example 22), 700 ° C. (Example 23), and 800 ° C.
(Example 24) Table 5 shows the results. In addition,
The results of Comparative Example 1 are also shown.

【0080】[0080]

【表5】 [Table 5]

【0081】350℃では、K(カリウム)の固容が十
分でなく、目的の活物質は合成できなかったが、450
℃以上の温度で合成した本発明の活物質は、過放電時の
容量回復特性が優れていることが分かった。以上、実施
例6〜24についても、添加するアルカリ金属種とその
比率、あるいは表面層と中心粒子の遷移金属種と組成を
様々に変えて同様の試験を行ったが、いずれも本発明の
負極材料を用いれば過放電後の回復特性が向上する結果
が得られた。
At 350 ° C., the solid content of K (potassium) was not sufficient, and the desired active material could not be synthesized.
It has been found that the active material of the present invention synthesized at a temperature of not less than ° C. has excellent capacity recovery characteristics during overdischarge. As described above, for Examples 6 to 24, similar tests were performed by changing the alkali metal species to be added and the ratio thereof, or the transition metal species and the composition of the surface layer and the central particle in various ways. When the material was used, the result that the recovery characteristic after overdischarge was improved was obtained.

【0082】[0082]

【発明の効果】本発明によれば、アルカリ金属を添加し
たリチウム含有複合窒化物を負極活物質に用いることに
より、電池の過放電後の容量回復特性を改善し、高容量
で信頼性の高い非水電解質二次電池用負極材料を提供す
ることができる。
According to the present invention, by using a lithium-containing composite nitride to which an alkali metal is added as a negative electrode active material, the capacity recovery characteristics after overdischarge of a battery are improved, and high capacity and high reliability are obtained. A negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery can be provided.

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

【図1】非水電解質二次電池用負極の評価に用いた試験
電池の縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a test battery used for evaluating a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

【図2】本発明の実施例における被覆処理に用いた圧縮
磨砕式微粉砕機の機構を模式的に示す縦断面図である。
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view schematically showing a mechanism of a compression attrition type pulverizer used for a coating treatment in an embodiment of the present invention.

【図3】図2の圧縮磨砕式微粉砕機による圧縮および磨
砕の状態を模式的に示す図である。
FIG. 3 is a view schematically showing a state of compression and grinding by a compression grinding type fine grinding machine of FIG. 2;

【図4】アルカリ金属を添加したリチウム含有複合窒化
物等の被覆処理を施した粒子の断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of particles coated with a lithium-containing composite nitride or the like to which an alkali metal has been added.

【図5】図4におけるX部分の拡大図である。FIG. 5 is an enlarged view of a portion X in FIG. 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧縮磨砕式微粉砕機のケース 2 作用片 3 固定軸 4 母粒子 5 子粒子 6 かき取り片 11 試験極 12、15 集電体 13 ケース 14 リチウム箔 16 電解液 17 セパレータ 18 ガスケット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Case of compression grinding type fine crusher 2 Working piece 3 Fixed shaft 4 Base particle 5 Child particle 6 Scraping piece 11 Test electrode 12, 15 Current collector 13 Case 14 Lithium foil 16 Electrolyte 17 Separator 18 Gasket

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笠松 真治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 新田 芳明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5H029 AJ05 AK02 AK03 AK05 AK16 AK18 AL01 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ03 CJ02 CJ08 CJ22 DJ16 DJ17 HJ02 HJ13 HJ14 5H050 AA04 AA07 BA17 CA02 CA08 CA09 CA11 CA20 CA29 CB01 FA17 FA18 FA19 GA02 GA10 GA22 HA02 HA12 HA13 HA14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shinji Kasamatsu 1006 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Yoshiaki Nitta 1006 Odakadoma Kadoma City, Osaka Pref. F-term (reference) 5H029 AJ05 AK02 AK03 AK05 AK16 AK18 AL01 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ03 CJ02 CJ08 CJ22 DJ16 DJ17 HJ02 HJ13 HJ14 5H050 AA04 AA07 BA17 CA02 CA08 CA09 CA11 CA20 CA29 CB01 FA17 FA18 FA17

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 式(1):Li3-x-yyxN(式中、
Aはリチウム以外のアルカリ金属、Mは遷移金属、0.
2<x≦0.8、0.0<y≦0.8)で表されるリチ
ウム含有複合窒化物からなることを特徴とする非水電解
質二次電池用負極材料。
1. Formula (1): Li 3-xy A y M x N (wherein
A is an alkali metal other than lithium; M is a transition metal;
2. A negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a lithium-containing composite nitride represented by the following formula: 2 <x ≦ 0.8, 0.0 <y ≦ 0.8).
【請求項2】 前記Aが、NaおよびKよりなる群から
選択された少なくとも一種であることを特徴とする請求
項1記載の水電解質二次電池用負極材料。
2. The negative electrode material for a water electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the A is at least one selected from the group consisting of Na and K.
【請求項3】 前記Mが、Co、Cu、Ni、Fe、お
よびMnよりなる群から選択される少なくとも一種であ
ることを特徴とする請求項1または2記載の非水電解質
二次電池用負極材料。
3. The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein said M is at least one selected from the group consisting of Co, Cu, Ni, Fe, and Mn. material.
【請求項4】 式(2):Li3-xxN(式中、Mは遷
移金属、0.2<x≦0.8)で表されるリチウム含有
複合窒化物からなる中心粒子と、前記中心粒子の酸化分
解を抑制する材料からなり前記中心粒子を覆う表面層と
からなることを特徴とする非水電解質二次電池用負極材
料。
4. A central particle comprising a lithium-containing composite nitride represented by the formula (2): Li 3-x M x N (where M is a transition metal, 0.2 <x ≦ 0.8) A negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a material that suppresses oxidative decomposition of the central particles and a surface layer that covers the central particles.
【請求項5】 前記表面層が、式(1):Li3-x-yy
xN(式中、Aはリチウム以外のアルカリ金属、Mは
遷移金属、0.2<x≦0.8、0.0<y≦0.8)
で表されるリチウム含有複合窒化物からなることを特徴
とする請求項4記載の非水電解質二次電池用負極材料。
5. The method according to claim 1, wherein the surface layer has a formula (1): Li 3-xy A y.
M x N (where A is an alkali metal other than lithium, M is a transition metal, 0.2 <x ≦ 0.8, 0.0 <y ≦ 0.8)
The negative electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, comprising a lithium-containing composite nitride represented by the following formula:
【請求項6】 前記Aが、NaおよびKよりなる群から
選択された少なくとも一種であることを特徴とする請求
項4または5記載の非水電解質二次電池用負極材料。
6. The negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, wherein A is at least one selected from the group consisting of Na and K.
【請求項7】 前記Mが、Co、Cu、Ni、Fe、お
よびMnよりなる群から選択される少なくとも一種であ
ることを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の非
水電解質二次電池用負極材料。
7. The non-aqueous electrolyte according to claim 4, wherein said M is at least one selected from the group consisting of Co, Cu, Ni, Fe, and Mn. Anode material for secondary battery.
【請求項8】 式(2):Li3-xxN(式中、Mは遷
移金属、0.2<x≦0.8)で表されるリチウム含有
複合窒化物からなる中心粒子を合成する工程、前記中心
粒子の酸化分解を抑制する材料からなる微粉末を前記中
心粒子と混合して混合物を得る工程、および前記混合物
に機械的エネルギーを加え、メカノケミカル反応により
前記中心粒子の表面に前記材料を融合させて表面層を形
成する工程を有する非水電解質二次電池用負極材料の製
造法。
8. A central particle comprising a lithium-containing composite nitride represented by the formula (2): Li 3-x M x N (where M is a transition metal, 0.2 <x ≦ 0.8) A step of synthesizing, a step of mixing a fine powder made of a material that suppresses oxidative decomposition of the center particles with the center particles to obtain a mixture, and applying mechanical energy to the mixture, and applying a mechanochemical reaction to the surface of the center particles. A method for producing a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a step of forming a surface layer by fusing the above materials with each other.
【請求項9】 式(2):Li3-xxN(式中、Mは遷
移金属、0.2<x≦0.8)で表されるリチウム含有
複合窒化物からなる中心粒子を合成する工程、前記中心
粒子とアルカリ金属または前記アルカリ金属の窒化物を
混合して混合物を得る工程、および前記混合物を450
℃以上の温度で再焼成して、前記中心粒子の表面に酸化
分解を抑制する材料からなる表面層を形成する工程を有
する非水電解質二次電池用負極材料の製造方法。
9. A central particle comprising a lithium-containing composite nitride represented by the formula (2): Li 3-x M x N (where M is a transition metal, 0.2 <x ≦ 0.8) Synthesizing, mixing the central particle with an alkali metal or a nitride of the alkali metal to obtain a mixture, and mixing the mixture with 450
A method for producing a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a step of forming a surface layer made of a material that suppresses oxidative decomposition on the surface of the central particles by refiring at a temperature of not less than ° C.
【請求項10】 前記アルカリ金属がNaおよびKより
なる群から選択される少なくとも1種であり、前記アル
カリ金属の窒化物がNa3NおよびK3Nよりなる群から
選択される少なくとも1種である請求項9記載の非水電
解質用負極材料の製造方法。
10. The alkali metal is at least one selected from the group consisting of Na and K, and the nitride of the alkali metal is at least one selected from the group consisting of Na 3 N and K 3 N. The method for producing a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte according to claim 9.
【請求項11】 少なくとも請求項1〜7のいずれかに
記載の負極材料を用いた負極、非水電解質、およびリチ
ウムの吸蔵・放出が可能な正極を具備する非水電解質二
次電池。
11. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising at least a negative electrode using the negative electrode material according to claim 1, a non-aqueous electrolyte, and a positive electrode capable of inserting and extracting lithium.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2011040348A1 (en) * 2009-09-30 2011-04-07 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Negative electrode active material, negative electrode, and power storage device

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