JP2002358961A - 非水電解質二次電池 - Google Patents

非水電解質二次電池

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コバルト酸リチウムとほぼ同等の4V領域に
プラトーな電位を有し、かつ放電容量が大きい正極活物
質材料を提供して、サイクル特性、高温特性などの電池
特性に優れた非水電解質二次電池が得られるようにす
る。 【解決手段】 本発明の非水電解質二次電池は、一般式
がLiXMnaCobc 2(但し、0.9≦X≦1.
1、0.45≦a≦0.55、0.45≦b≦0.5
5、0<c≦0.05、0.9<a+b+c≦1.1で
あり、かつMはAl,Mg,Sn,Ti,Zrから選ば
れる少なくとも1種である)で表される層状結晶構造を
有するリチウム含有複合酸化物からなる正極活物質を含
有する正極と、リチウムイオンを挿入・脱離可能な負極
活物質を含有する負極と、これらの正極と負極を隔離す
るセパレータと、非水電解質とを備えるようにしてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はリチウムイオンを挿
入・脱離可能な正極活物質を含有する正極と、リチウム
イオンを挿入・脱離可能な負極活物質を含有する負極
と、これらの正極と負極を隔離するセパレータと、非水
電解質とを備えた非水電解質二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、小型ビデオカメラ、携帯電話、ノ
ートパソコン等の携帯用電子・通信機器等に用いられる
電池として、リチウムイオンを挿入・脱離できる合金も
しくは炭素材料などを負極活物質とし、コバルト酸リチ
ウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNi
2)、マンガン酸リチウム(LiMn24)等のリチ
ウム含有複合酸化物を正極材料とするリチウムイオン電
池で代表される非水電解質二次電池が、小型軽量でかつ
高容量で充放電可能な電池として実用化されるようにな
った。
【0003】上述した非水電解質二次電池の正極材料に
用いられるリチウム含有複合酸化物のうち、ニッケル酸
リチウム(LiNiO2)にあっては、高容量であると
いう特徴を有する反面、安全性が低くかつ放電作動電圧
が低いという欠点を有することからコバルト酸リチウム
(LiCoO2)に劣るといった問題が存在した。ま
た、マンガン酸リチウム(LiMn24)にあっては、
資源が豊富で安価で安全性に優れるという特徴を有する
反面、低エネルギー密度で高温でマンガン自体が溶解す
るという欠点を有することからコバルト酸リチウム(L
iCoO2)に劣るといった問題が存在した。このた
め、現在においては、リチウム含有複合酸化物としてコ
バルト酸リチウム(LiCoO2)を用いることが主流
となっている。
【0004】ところで、最近において、オリビン型Li
MPO4(M=Fe,Co等)や5V級LiNi0.5Mn
1.54等の新規な正極活物質材料が研究されるようにな
り、次世代の非水電解質二次電池用の正極活物質として
注目されるようになった。ところが、これらの正極活物
質は放電作動電圧が4〜5Vと高いため、現在の非水電
解質二次電池に使用されている有機電解液の耐電位(分
解電位)を超えることとなる。このため、充放電に伴う
サイクル劣化が大きくなるので、有機電解液などの他の
電池構成材料を最適化する必要が生じて、実用化するま
でには多大な時間を要するという問題が生じた。
【0005】一方、これらに対して、3V級の層状構造
を有するリチウム−マンガン複合酸化物が提案されてい
るが、この層状構造を有するリチウム−マンガン複合酸
化物は放電容量が大きい反面、放電作動電圧が4V領域
と3V領域で2段化する傾向があり、かつサイクル劣化
も大きいという問題がある。また、主として3V領域で
の放電となることから、現在において実用化されている
4V領域を使用するコバルト酸リチウムを正極活物質と
して用いる非水電解質二次電池の用途に直接置き換える
ことは困難であるという問題を生じた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような背景にあっ
て、層状構造を有するリチウム−ニッケル−マンガン複
合酸化物(LiNi0.5Mn0.52)が提案されるよう
になった。この層状構造を有するリチウム−ニッケル−
マンガン複合酸化物(LiNi0.5Mn0.52)は4V
領域にプラトーを有するとともに、単位質量当たりの放
電容量も140〜150mAh/gと比較的高くて、新
規な正極活物質材料としては優れた特性を有しているこ
とことから、新規な非水電解質二次電池用の正極活物質
材料の1つとして有望視されるようになった。しかしな
がら、このような正極活物質材料(LiNi0.5Mn0.5
2)にあっては、初期の充放電効率が80〜90%と
低く、かつニッケル酸リチウムのように放電作動電圧が
やや低くて、コバルト酸リチウムに比べてサイクル特性
が悪いなどの点で、ニッケル主体のリチウム含有複合酸
化物の特性を多大に受け継いでいて、より多くの特性改
善が必要になるという問題が生じた。
【0007】一方、3V級の層状構造を有するリチウム
−マンガン複合酸化物(LiMnO 2)でLiMnO2
一部をAl,Fe,Co,Ni,Mg,Cr等で置換し
て、LiXMnY1-Y2(ただし、0<X≦1.1,
0.5≦Y≦1.0)とすることで、高温特性を改善し
たリチウム二次電池が特開2001−23617号公報
にて提案されるようになった。この特開2001−23
617号公報にて提案されたリチウム二次電池にあって
は、正極活物質材料として用いるLiXMnY1- Y2
放電電圧が低いために、4V領域を使用するコバルト酸
リチウムを正極活物質として用いるリチウム二次電池の
用途に直接置き換えることは困難であるという問題を生
じた。
【0008】そこで、本発明は上述した問題を解決する
ためになされたものであって、コバルト酸リチウムとほ
ぼ同等の4V領域にプラトーな電位を有し、かつ放電容
量が大きい正極活物質材料を提供して、サイクル特性、
高温特性などの電池特性に優れた非水電解質二次電池が
得られるようにすることを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記目的を達成するため、本発明の非水電解質二次電池
は、一般式がLiXMnaCobc2(但し、0.9≦
X≦1.1、0.45≦a≦0.55、0.45≦b≦
0.55、0<c≦0.05、0.9<a+b+c≦
1.1であり、かつMはAl,Mg,Sn,Ti,Zr
から選ばれる少なくとも1種である)で表される層状結
晶構造を有するリチウム含有複合酸化物からなる正極活
物質を含有する正極と、リチウムイオンを挿入・脱離可
能な負極活物質を含有する負極と、これらの正極と負極
を隔離するセパレータと、非水電解質とを備えるように
している。
【0010】一般式がLiXMnaCobc2で表わさ
れる正極活物質のa値およびb値が0.45〜0.55
の範囲(0.45≦a≦0.55、0.45≦b≦0.
55)にあるときは、層状結晶構造もα−NaFeO2
型結晶構造(単斜晶構造)であって、LiCoO2やL
2MnO3のピークは認められず、単一相であることか
ら平坦な放電曲線が得られるようになる。一方、a値お
よびb値が0.45〜0.55の範囲を超えると、Li
CoO2やLi2MnO3のピークが生じて2相以上の結
晶構造となって、放電曲線も放電末期から2段化する傾
向が生じる。また、a値およびb値が0.45〜0.5
5の範囲にあるときは放電容量、放電作動電圧、初期充
放電効率が向上する実験結果が得られた。
【0011】このため、一般式がLiXMnaCobc
2で表わされる正極活物質のa値およびb値がそれぞれ
0.45≦a≦0.55、0.45≦b≦0.55とな
るように合成する必要がある。この場合、このような層
状結晶構造を有する化合物はスピネル型マンガン酸リチ
ウムのようにリチウムイオンが挿入脱離できるサイトは
数多く存在しない。このため、リチウムイオンは層間に
挿入脱離するため、LiXMnaCobc2で表わされ
る正極活物質のxの値は多くても1.1程度が限度あ
る。また、正極活物質の合成段階での状態では電池作製
時のリチウム源が正極活物質のみであることから考える
とxの値は少なくとも0.9以上は必要である。このこ
とから、xの値は0.9≦x≦1.1となるように合成
するのが望ましいということができる。
【0012】そして、リチウム−マンガン−コバルト
(Li−Mn−Co)複合酸化物に異種元素(M=A
l,Mg,Sn,Ti,Zr)を添加し、この複合酸化
物の一部を異種元素(M=Al,Mg,Sn,Ti,Z
r)で置換して、LiXMnaCo bc2(M=Al,
Mg,Sn,Ti,Zr)とすることにより、高温保存
後の容量維持率が向上することが分かった。これは、L
i−Mn−Co系の複合酸化物の一部をAl,Mg,S
n,Ti,Zrなどの異種元素(M)で置換することに
より、層状構造の結晶性を安定化させたためと考えられ
る。
【0013】この場合、Al,Mg,Sn,Ti,Zr
等の異種元素の組成比(置換量)が0.05(c=0.
05)を越えるようになると結晶構造が2相以上になる
傾向を示し、異種元素の置換量が多くなりすぎると結晶
形態を維持することが困難になって、高温保存時の容量
維持率および初期充放電効率が低下するようになる。こ
のことから、Al,Mg,Sn,Ti,Zr等の異種元
素の組成比(置換量)は0.05以下(0<c≦0.0
5)にする必要がある。なお、異種元素としてNi,C
a,Fe等の他の元素についても検討したが、これらの
他の元素においては高温保存時の容量維持率を向上させ
る効果は認められなかった。
【0014】これらのことから、一般式LiXMnaCo
bc2で表わされる正極活物質は、0.90≦x≦
1.10、0.45≦a≦0.55、0.45≦b≦
0.55、0<c≦0.05となるように合成し、かつ
異種元素(M)としてはAl,Mg,Sn,Ti,Zr
のいずれかから選択する必要があるということができ
る。
【0015】さらに、一般式がLixMnaCobc2
で表される正極活物質のa+b+c値が0.90〜1.
10の範囲内にあれば層状結晶構造を維持することが可
能であることが分かった。一方、a+b+c値が0.9
0〜1.10の範囲を超えるようになると、X線回折ピ
ークにおいてLiCoO2やLi2MnO3のピークが現
れ、2相以上の結晶構造の混合物になることが分かっ
た。このことから、一般式がLixMnaCobc2
表される正極活物質のa+b+c値が0.90<a+b
+c≦1.10となるように調製する必要がある。な
お、a,bの組成比については、0.9<a/b<1.
1の範囲になるような組成比にすると放電容量が向上す
るため、0.9<a/b<1.1の範囲に収まるような
組成比になるように合成するのが望ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】ついで、本発明の実施の形態を以
下に説明するが、本発明はこの実施の形態に何ら限定さ
れるものでなく、本発明の目的を変更しない範囲で適宜
実施が可能である。 1.正極活物質の作製 (1)実施例1〜5 水酸化リチウム、酸化マンガン、酸化コバルトをそれぞ
れ苛性ソーダに溶解させた後、これらを水酸化物換算で
所定のモル比となるように混合して混合溶液とした。つ
いで、この混合溶液に酸化チタンを水酸化コバルトと水
酸化マンガンのモル比に対して0.01モル%となるよ
うに添加して混合した後、500℃程度の低温で仮焼成
した。この後、大気中で800〜1000℃の温度で焼
成して、実施例1〜5の正極活物質(LiMnaCob
0.012)を得た。ここで、上述した混合溶液におい
て、水酸化リチウムと酸化マンガンと酸化コバルトとの
モル比が水酸化物換算で1:0.45(a=0.4
5):0.55(b=0.55)となるように調製した
正極活物質(LiMn0.45Co0.55Ti0.012)を実
施例1の正極活物質α1とした。
【0017】同様に、1:0.475(a=0.47
5):0.525(b=0.525)となるように調製
した正極活物質(LiMn0.475Co0.525Ti
0.012)を実施例2の正極活物質α2とし、1:0.
50(a=0.50):0.50(b=0.50)とな
るように調製した正極活物質(LiMn0.50Co0.50
0.01 2)を実施例3の正極活物質α3とし、1:
0.525(a=0.525):0.475(b=0.
475)となるように調製した正極活物質(LiMn
0.525Co0.475Ti0.012)を実施例4の正極活物質
α4とし、1:0.55(a=0.55):0.45
(b=0.45)となるように調製した正極活物質(L
iMn0.55Co0.45Ti0.012)を実施例5の正極活
物質α5とした。なお、これらの各正極活物質α1〜α
5のX線回折パターンを求めると、LiCoO2やLi2
MnO3のピークは認められず、α−NaFeO2型結晶
構造(単相の層状結晶構造)であることが分かった。
【0018】(2)実施例6〜10 上述した実施例1〜5と同様な混合液に酸化アルミニウ
ムを水酸化コバルトと水酸化マンガンのモル比に対して
0.01モル%となるように添加して混合した後、上述
した実施例1〜5と同様に焼成して、実施例6〜10の
正極活物質(LiMnaCobAl0.012)を得た。こ
こで、水酸化リチウムと酸化マンガンと酸化コバルトと
のモル比が水酸化物換算で1:0.45(a=0.4
5):0.55(b=0.55)となるように調製した
正極活物質(LiMn0.45Co0.55Al0.012)を実
施例6の正極活物質β1とした。
【0019】同様に、1:0.475(a=0.47
5):0.525(b=0.525)となるように調製
した正極活物質(LiMn0.475Co0.525Al
0.012)を実施例7の正極活物質β2とし、1:0.
50(a=0.50):0.50(b=0.50)とな
るように調製した正極活物質(LiMn0.50Co0.50
0.01 2)を実施例8の正極活物質β3とし、1:
0.525(a=0.525):0.475(b=0.
475)となるように調製した正極活物質(LiMn
0.525Co0.475Al0.012)を実施例9の正極活物質
β4とし、1:0.55(a=0.55):0.45
(b=0.45)となるように調製した正極活物質(L
iMn0.55Co0.45Al0.012)を実施例10の正極
活物質β5とした。なお、これらの各正極活物質β1〜
β5のX線回折パターンを求めると、LiCoO2やL
2MnO3のピークは認められず、α−NaFeO2
結晶構造(単相の層状結晶構造)であることが分かっ
た。
【0020】(3)実施例11〜15 上述した実施例1〜5と同様な混合液に酸化マグネシウ
ムを水酸化コバルトと水酸化マンガンのモル比に対して
0.01モル%となるように添加して混合した後、上述
した実施例1〜5と同様に焼成して、実施例11〜15
の正極活物質(LiMnaCobMg0.012)を得た。
ここで、水酸化リチウムと酸化マンガンと酸化コバルト
とのモル比が水酸化物換算で1:0.45(a=0.4
5):0.55(b=0.55)となるように調製した
正極活物質(LiMn0.45Co0. 55Mg0.012)を実
施例11の正極活物質γ1とした。
【0021】同様に、1:0.475(a=0.47
5):0.525(b=0.525)となるように調製
した正極活物質(LiMn0.475Co0.525Mg
0.012)を実施例12の正極活物質γ2とし、1:
0.50(a=0.50):0.50(b=0.50)
となるように調製した正極活物質(LiMn0.50Co
0.50Mg0.012)を実施例13の正極活物質γ3と
し、1:0.525(a=0.525):0.475
(b=0.475)となるように調製した正極活物質
(LiMn0. 525Co0.475Mg0.012)を実施例14
の正極活物質γ4とし、1:0.55(a=0.5
5):0.45(b=0.45)となるように調製した
正極活物質(LiMn0.55Co0.45Mg0.012)を実
施例15の正極活物質γ5とした。なお、これらの各正
極活物質γ1〜γ5のX線回折パターンを求めると、L
iCoO2やLi2MnO3のピークは認められず、α−
NaFeO2型結晶構造(単相の層状結晶構造)である
ことが分かった。
【0022】(4)比較例1〜7 水酸化リチウム、酸化マンガン、酸化コバルトをそれぞ
れ苛性ソーダに溶解させた後、これらを水酸化物換算で
所定のモル比となるように調製して混合した。ついで、
500℃程度の低温で仮焼成した後、大気中で800〜
1000℃の温度で焼成して、比較例1〜7の正極活物
質(LiMnaCob2)を得た。ここで、水酸化リチ
ウムと酸化マンガンと酸化コバルトとのモル比が水酸化
物換算で1:0.40(a=0.40):0.60(b
=0.60)となるように調製した正極活物質(LiM
0.40Co0.602)を比較例1の正極活物質χ1とし
た。
【0023】同様に、1:0.45(a=0.45):
0.55(b=0.55)となるように調製した正極活
物質(LiMn0.45Co0.552)を比較例2の正極活
物質χ2とし、1:0.475(a=0.475):
0.525(b=0.525)となるように調製した正
極活物質(LiMn0.475Co0.5252)を比較例3の
正極活物質χ3とし、1:0.50(a=0.50):
0.50(b=0.50)となるように調製した正極活
物質(LiMn0.50Co0.502)を比較例4の正極活
物質χ4とした。
【0024】さらに、1:0.525(a=0.52
5):0.475(b=0.475)となるように調製
した正極活物質(LiMn0.525Co0.4752)を比較
例5の正極活物質χ5とし、1:0.55(a=0.5
5):0.45(b=0.45)となるように調製した
正極活物質(LiMn0.55Co0.452)を比較例6の
正極活物質χ6とし、1:0.60(a=0.60):
0.40(b=0.40)となるように調製した正極活
物質(LiMn0.60Co0.402)を比較例7の正極活
物質χ7とした。なお、これらの各正極活物質χ1〜χ
7のX線回折パターンを求めると、LiCoO2やLi2
MnO3等のピークが認められ、3相の結晶構造の混合
物であることが分かった。
【0025】(5)比較例8〜9 上述した実施例1〜5と同様な混合液に酸化チタンを水
酸化コバルトと水酸化マンガンのモル比に対して0.0
1モル%となるように添加して混合した後、上述した実
施例1〜5と同様に焼成して、比較例8〜9の正極活物
質(LiMnaCobTi0.012)を得た。ここで、水
酸化リチウムと酸化マンガンと酸化コバルトとのモル比
が水酸化物換算で1:0.40(a=0.40):0.
60(b=0.60)となるように調製した正極活物質
(LiMn0.40Co0.60Ti0.012)を比較例8の正
極活物質χ8とし、1:0.60(a=0.60):
0.40(b=0.40)となるように調製した正極活
物質(LiMn0.60Co0.40Ti0.012)を比較例9
の正極活物質χ9とした。なお、これらの各正極活物質
χ8,χ9のX線回折パターンを求めると、LiCoO
2やLi2MnO3等のピークが認められ、3相の結晶構
造の混合物であることが分かった。
【0026】(6)比較例10〜11 上述した実施例1〜5と同様な混合液に酸化アルミニウ
ムを水酸化コバルトと水酸化マンガンのモル比に対して
0.01モル%となるように添加して混合した後、上述
した実施例1〜5と同様に焼成して、比較例10〜11
の正極活物質(LiMnaCobAl0.012)を得た。
ここで、水酸化リチウムと酸化マンガンと酸化コバルト
とのモル比が水酸化物換算で1:0.40(a=0.4
0):0.60(b=0.60)となるように調製した
正極活物質(LiMn0.40Co0. 60Al0.012)を比
較例10の正極活物質χ10とし、1:0.60(a=
0.60):0.40(b=0.40)となるように調
製した正極活物質(LiMn0.60Co0.40Al
0.012)を比較例11の正極活物質χ11とした。な
お、これらの各正極活物質χ10,χ11のX線回折パ
ターンを求めると、LiCoO2やLi2MnO3等のピ
ークが認められ、3相の結晶構造の混合物であることが
分かった。
【0027】(7)比較例12〜13 上述した実施例1〜5と同様な混合液に酸化マグネシウ
ムを水酸化コバルトと水酸化マンガンのモル比に対して
0.01モル%となるように添加して混合した後、上述
した実施例1〜5と同様に焼成して、比較例12〜13
の正極活物質(LiMnaCobMg0.012)を得た。
ここで、水酸化リチウムと酸化マンガンと酸化コバルト
とのモル比が水酸化物換算で1:0.40(a=0.4
0):0.60(b=0.60)となるように調製した
正極活物質(LiMn0.40Co0. 60Mg0.012)を比
較例12の正極活物質χ12とし、1:0.60(a=
0.60):0.40(b=0.40)となるように調
製した正極活物質(LiMn0.60Co0.40Mg
0.012)を比較例13の正極活物質χ13とした。な
お、これらの各正極活物質χ12,χ13のX線回折パ
ターンを求めると、LiCoO2やLi2MnO3等のピ
ークが認められ、3相の結晶構造の混合物であることが
分かった。
【0028】2.正極の作製 ついで、上述のようにして作製した各正極活物質α1〜
α5、β1〜β5、γ1〜γ5およびχ1〜χ13をそ
れぞれ用いて、これらの各正極活物質α1〜α5、β1
〜β5、γ1〜γ5およびχ1〜χ13に炭素導電剤と
フッ素樹脂系結着剤を一定の割合(例えば、質量比で9
2:5:3)で混合して正極合剤とした。ついで、この
正極合剤をアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に
塗着し、乾燥した後、所定の厚みに圧延して正極a1〜
a5、b1〜b5、c1〜c5およびx1〜x13をそ
れぞれ作製した。
【0029】3.単極試験 上述のように作製した各正極a1〜a5、b1〜b5、
c1〜c5およびx1〜x13をそれぞれ用い、これら
の対極および参照極としてリチウム金属板をそれぞれ用
いて、これらをそれぞれ開放型の電槽に収容し、この電
槽内にエチレンカーボネートとジエチルカーボネートを
3:7の容積比で混合した混合溶媒にLiPF6を溶解
させた電解液を注入して、開放型の簡易セルを作製し
た。ついで、このように作製した簡易セルを室温で、対
極に対して4.3Vになるまで充電を行い、その後、対
極に対して3.1Vになるまで放電させて、放電時間か
ら放電容量を求めた。
【0030】また、放電時の放電時間に対する放電電圧
を測定して放電カーブを求めるとともに、放電作動電圧
を求めた。試験後、各正極a1〜a5、b1〜b5、c
1〜c5およびx1〜x13の活物質1g当たりの放電
容量(mAh/g)を算出すると、下記の表1に示すよ
うな結果となった。さらに、下記の(1)式に基づいて
初期充放電効率を求めると、下記の表1に示すような結
果となった。 初期充放電効率(%)=(放電容量/充電容量)×100・・・(1) なお、下記の表1において、a,b,cおよびMは、正
極活物質を一般式Li XMnaCobc2で表した場合
のa値、b値、c値および異種元素Mを表している。
【0031】
【表1】
【0032】上記表1の結果から以下のことが明らかに
なった。即ち、一般式LiXMnaCobc2で表わさ
れる正極活物質のa値およびb値が0.45〜0.55
の範囲にあるときは、放電容量、放電作動電圧、初期充
放電効率が大きく、また、層状結晶構造もα−NaFe
2型結晶構造(単斜晶構造)であって、LiCo2やL
2MnO3のピークは認められず、単一相であることか
ら平坦な放電曲線が得られた。一方、a値およびb値が
0.45〜0.55の範囲を超えると、放電容量、放電
作動電圧、初期充放電効率が小さくなり、また、LiC
oO2やLi2MnO3のピークが生じて3相の結晶構造
の化合物であることから、放電曲線も放電末期から2段
化する傾向があり、斜方晶へ結晶形態が変化したものと
考えられる。このため、放電容量、放電作動電圧、初期
充放電効率が小さくなったと考えられる。
【0033】したがって、a値およびb値はそれぞれ
0.45≦a≦0.55、0.45≦b≦0.55とな
るように合成する必要がある。この場合、このような層
状結晶構造を有する化合物はスピネル型マンガン酸リチ
ウムのようにリチウムイオンが挿入脱離できるサイトは
数多く存在せず、層間に挿入脱離することとなる。この
ため、LiXMnaCobc2で表わされる正極活物質
のxの値は多くても1.1程度が限度ある。また、正極
活物質の合成段階での状態では電池作製時のリチウム源
が正極活物質のみであることから考えるとxの値は少な
くとも0.9以上は必要である。このことから、xの値
は0.9≦x≦1.1となるように合成するのが望まし
いということができる。
【0034】ここで、実施例3の正極活物質α3(Li
Mn0.50Co0.50Ti0.012)を用いた正極、代表的
な正極活物質であるリチウム含有マンガン−ニッケル複
合酸化物(LiMn0.50Ni0.502)を用いた正極、
スピネル型マンガン酸リチウム(LiMn24)を用い
た正極およびコバルト酸リチウム(LiCoO2)を用
いた正極の放電曲線(単位活物質容量(mAh/g)に
対する放電電圧(リチウム対極に対する電位)の関係)
を求めると図1に示すような結果となった。図1の結果
から明らかなように、実施例3の正極活物質α3(Li
Mn0.50Co0. 50Ti0.012)を用いた正極は、放電
作動電圧が高く、スピネル型マンガン酸リチウム(Li
Mn24)を用いた正極とコバルト酸リチウム(LiC
oO2)を用いた正極に匹敵する高い放電作動電圧を示
し、4V領域にプラトー電位(平坦な電位)を持つこと
が分かる。
【0035】一方、リチウム含有マンガン−ニッケル複
合酸化物(LiMn0.50Ni0.50 2)を用いた正極に
おいては、4V領域にプラトー電位を持つが、放電作動
電圧はNi系特有で低く、初期充放電効率も85%程度
と低いことが分かった。これに対して、実施例3の正極
活物質α3(LiMn0.50Co0.50Ti0.012)を用
いた正極の初期充放電効率も96.2%で、スピネル型
マンガン酸リチウム(LiMn24)を用いた正極とコ
バルト酸リチウム(LiCoO2)を用いた正極と同程
度の値を示した。このことからも、Li−Mn−Ni系
の正極活物質に比べてLi−Mn−Co系の正極活物質
の方が電位、容量の点でメリットが大きいことが分か
る。
【0036】以上の結果を総合的に勘案すると、一般式
LiXMnaCobc2で表わされる正極活物質のx値
は0.9≦x≦1.1となるように合成し、また、a値
およびb値においては、それぞれ0.45≦a≦0.5
5、0.45≦b≦0.55となるように合成する必要
がある。さらに、a,bの組成比については、容量低下
が極めて少ない正極活物質α2〜α4、β2〜β4、γ
2〜γ4およびχ3〜χ5までの組成が望ましく、0.
9<a/b<1.1の範囲に収まるような組成比になる
ように合成するのが望ましいということができる。
【0037】4.異種元素(M)の検討 (1)実施例16〜20の正極 水酸化リチウム、酸化マンガン、酸化コバルトをそれぞ
れ苛性ソーダに溶解させた後、水酸化リチウムと酸化マ
ンガンと酸化コバルトとのモル比が水酸化物換算で1:
0.49(a=0.49):0.49(b=0.49)
となるように混合して混合溶液とした。ついで、この混
合溶液に異種元素(M)を含有する酸化物を水酸化コバ
ルトと水酸化マンガンのモル比に対して0.02モル%
となるように添加して混合した後、500℃程度の低温
で仮焼成した。この後、大気中で800〜1000℃の
温度で焼成して、実施例16〜20の正極活物質(Li
Mn0.49Co0.490.022)δ1〜δ5を得た。
【0038】ついで、これらの正極活物質δ1〜δ5に
炭素導電剤とフッ素樹脂系結着剤を一定の割合(例え
ば、質量比で92:5:3)で混合して正極合剤とし
た。ついで、この正極合剤をアルミニウム箔からなる正
極集電体の両面に塗着し、乾燥した後、所定の厚みに圧
延して実施例16〜20の正極d1〜d5を作製した。
なお、異種元素(M)としてアルミニウム(Al)を用
いたものを実施例16の正極活物質δ1(LiMn0.49
Co0.49Al0.022)とし、マグネシウム(Mg)を
用いたものを実施例17の正極活物質δ2(LiMn
0.49Co0.49Mg0.022)とし、スズ(Sn)を用い
たものを実施例18の正極活物質δ3(LiMn0.49
0.49Sn0.022)とし、チタン(Ti)を用いたも
のを実施例19の正極活物質δ4(LiMn0.49Co
0.49Ti0.022)とし、ジルコニウム(Zr)を用い
たものを実施例20の正極活物質δ5(LiMn0.49
0.49Zr 0.022)とした。
【0039】(2)非水電解質二次電池の作製 まず、リチウムイオンを挿入・脱離し得る負極活物質と
スチレン系結着剤とを一定の割合(例えば、質量比で9
8:2)で混合しこれに水を添加、混合して負極合剤と
した後、この負極合剤を銅箔からなる負極集電体の両面
に塗着し、圧延して負極を作製した。なお、負極活物質
としては、リチウムイオンを挿入・脱離し得るカーボン
系材料、例えば、グラファイト、カーボンブラック、コ
ークス、ガラス状炭素、炭素繊維、またはこれらの焼成
体等が好適である。また、酸化錫、酸化チタン等のリチ
ウムイオンを挿入・脱離し得る酸化物を用いてもよい。
【0040】ついで、上述のようにして作製した各正極
d1〜d5および前述のようにして作製した比較例4の
正極x4(LiMn0.50Co0.502を正極活物質とし
て用いたもの)にそれぞれリードを取り付けるととも
に、上述のようにして作製した負極にリードを取り付
け、これらの各正極および負極をポリプロピレン製のセ
パレータを介して渦巻状に巻回して各渦巻状電極体とし
た。これらの各渦巻状電極体をそれぞれの電池外装缶に
挿入した後、各リードを正極端子あるいは負極端子に接
続した。この外装缶内にエチレンカーボネートとジエチ
ルカーボネートを3:7の容積比で混合した混合溶媒に
LiPF6を溶解させた電解液をそれぞれ注入した後、
封口して容量が550mAhの非水電解質二次電池D1
〜D5,X4をそれぞれ作製した。なお、電池の形状は
薄型であっても、角形であっても、円筒型であってもど
のような形状でも良いし、そのサイズについても特に制
限はない。
【0041】ここで、正極d1〜d5を用いて作製した
非水電解質二次電池を電池D1〜D5とし、正極x4を
用いて作製した非水電解質二次電池を電池X4とした。
なお、電解液としては、上述した例に限られるものでは
なく、Li塩(電解質塩)としては、例えば、LiCl
4,LiBF4,LiN(SO2CF3),LiN(SO
2252,LiPF6-X(Cn2n+1X(但し、1≦
X≦6,n=1,2)等が望ましく、これらの1種ある
いは2種以上を混合して用いることができる。電解質塩
の濃度は特に限定されないが、電解液1リットル当たり
0.2〜1.5モル(0.2〜1.5mol/l)が望
ましい。
【0042】また、溶媒としては、プロピレンカーボネ
ート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、
ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチル
メチルカーボネート、γ−ブチロラクトン等が望まし
く、これらの1種あるいは2種以上を混合して用いるこ
とができる。これらの内では、カーボネート系の溶媒が
好ましく、環状カーボネートと非環状カーボネートとを
混合して用いるのが好ましい。そして、環状カーボネー
トとしてはプロピレンカーボネートあるいはエチレンカ
ーボネートが好ましく、非環状カーボネートとしてはジ
メチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメ
チルカーボネートが好ましい。
【0043】5.試験 (1)容量維持率の測定 上述のようにして作製した各電池D1〜D5およびX4
を、室温(約25℃)の雰囲気で500mA(1It)
の充電電流で4.2Vまで充電し、4.2V到達後から
充電電流が25mA以下となるまで4.2V定電圧充電
した後、10分間休止し、500mA(1It)の放電
電流で放電終止電圧が2.75Vになるまで放電させる
4.2V−500mA定電流−定電圧充電および500
mA定電流放電を1サイクルとするサイクル試験を繰り
返して行い、各サイクル後の放電容量を求めて各サイク
ル後の容量維持率(容量維持率(%)=(各サイクル後
の放電容量/1サイクル後の放電容量)×100%)を
求めると図2に示すような結果となった。また、500
サイクル後の容量維持率を求めると下記の表2に示すよ
うな結果となった。
【0044】
【表2】
【0045】図2および表2の結果から明らかなよう
に、Li−Mn−Co系の正極活物質に異種元素(M=
Al,Mg,Sn,Ti,Zr)を添加し、これらの一
部を異種元素(M=Al,Mg,Sn,Ti,Zr)で
置換して、正極活物質LiMn 0.49Co0.49Al0.02
2、正極活物質LiMn0.49Co0.49Mg0.022、正極
活物質LiMn0.49Co0.49Sn0.022、正極活物質
LiMn0.49Co0.49Ti0.022、正極活物質LiM
0.49Co0.49Zr0.022とすることにより、容量維
持率が向上することが分かる。これは、Li−Mn−C
o系の正極活物質の一部をAl,Mg,Sn,Ti,Z
rなどの異種元素(M)で置換することにより、層状構
造の結晶性を安定化させるためと考えられる。
【0046】なお、異種元素としてNi,Ca,Fe等
の他の元素についても検討したが、容量維持率を向上さ
せる効果は認められなかった。これは置換後の結晶形態
や結晶サイズに問題があったためと考えられる。これら
のことから、一般式LiXMnaCobc2で表わされ
る正極活物質のx値は0.9≦x≦1.1となるように
合成し、また、a値およびb値においては、それぞれ
0.45≦a≦0.55、0.45≦b≦0.55とな
るように合成し、かつ異種元素(M)としてはAl,M
g,Sn,Ti,Zrのいずれかから選択する必要があ
るということができる。
【0047】(2)充電後の高温保存特性 また、上述のようにして作製した各電池D1〜D5およ
びX4を、室温の雰囲気で500mA(1It)の充電
電流で4.2Vまで充電し、4.2V到達後から充電電
流が25mA以下となるまで4.2V定電圧充電した
後、60℃の雰囲気で20日間保存した。保存後の各電
池D1〜D5およびX4を500mA(1It)の放電
電流で放電終止電圧が2.7Vになるまで放電させた時
の放電時間から保存後放電容量を求め、保存前の放電容
量に対する比を求めて容量維持率(%)を算出すると下
記の表3に示すような結果となった。また、これを再
度、充放電させてその放電時間から回復放電容量を求
め、保存前の放電容量に対する比を求めて容量回復率
(%)を算出すると下記の表3に示すような結果となっ
た。さらに、保存後の各電池D1〜D5およびX4の厚
みの増加率(保存前の各電池の厚みに対する保存後の厚
みの増加率)から電池膨れ率(最大値)を算出すると下
記の表3に示すような結果となった。
【0048】(3)放電後の高温保存特性 また、上述のようにして作製した各電池D1〜D5およ
びX4を、室温の雰囲気で500mA(1It)の充電
電流で4.2Vまで充電し、4.2V到達後から充電電
流が25mA以下となるまで4.2V定電圧充電し、5
00mA(1It)の放電電流で電池電圧が2.75V
になるまで放電させた後、60℃の雰囲気で20日間保
存した。保存後の各電池D1〜D5およびX4を再度、
充放電させてその放電時間から回復放電容量を求め、保
存前の放電容量に対する比を求めて容量回復率(%)を
算出すると下記の表3に示すような結果となった。ま
た、保存後の各電池D1〜D5およびX4の厚みの増加
率(保存前の各電池の厚みに対する保存後の厚みの増加
率)から電池膨れ率(最大値)を算出すると下記の表3
に示すような結果となった。なお、表3において、維持
率は容量維持率を示し、回復率は容量回復率を示してい
る。
【0049】
【表3】
【0050】上記表3の結果から明らかなように、4.
2V充電終止保存後においては、電池D1〜D5は電池
X4よりも容量維持率および容量回復率が大幅に改善さ
れるているとともに膨れ率も低下してガス発生抑制効果
が向上していることが分かる。また、2.75V放電終
止保存後においても、電池D1〜D5は電池X4よりも
容量回復率が大幅に改善され、膨れ率も低下してガス発
生抑制効果が向上していることが分かる。この詳細な理
由は現在のところ不明であるが、異種元素の置換による
結晶構造の安定化の他に、正極表面に被膜が形成されて
電解液との反応性が抑制されたためと考えられる。
【0051】6.異種元素(M)の置換量の検討 ついで、異種元素の添加量について検討した。 (1)実施例21〜24および比較例14の正極活物質 ここで、水酸化リチウム、酸化マンガン、酸化コバルト
をそれぞれ苛性ソーダに溶解させ後、水酸化リチウムと
酸化マンガンと酸化コバルトとが所定のモル比となるよ
うに調製して混合して混合溶液とした。この混合溶液に
酸化チタンを水酸化コバルトと水酸化マンガンに対して
所定のモル比となるように添加して混合した後、500
℃程度の低温で仮焼成した。この後、大気中で800〜
1000℃の温度で焼成して、実施例21〜24の正極
活物質を得た。ここで、正極活物質(LixMnaCob
Tic2)がx:a:b:c=1:0.495:0.4
95:0.01(a+b+c=1.00)となるように
調製したものを実施例21の正極活物質(LiMn
0.495Co0.495Ti0.012)ε1とした。
【0052】同様に、x:a:b:c=1:0.49
0:0.490:0.02(a+b+c=1.00)と
なるように調製したものを実施例22の正極活物質(L
iMn 0.490Co0.490Ti0.022)ε2とし、x:
a:b:c=1:0.485:0.485:0.03
(a+b+c=1.00)となるように調製したものを
実施例23の正極活物質(LiMn0.485Co0.485Ti
0.032)ε3とし、x:a:b:c=1:0.47
5:0.475:0.05(a+b+c=1.00)と
なるように調製したものを実施例24の正極活物質(L
iMn0.475Co0.475Ti0.052)ε4とした。ま
た、x:a:b:c=1:0.450:0.450:
0.10(a+b+c=1.00)となるように調製し
たものを比較例14の正極活物質(LiMn0.450Co
0.450Ti0.102)χ14とした。
【0053】(2)実施例25〜28および比較例15
の正極活物質 また、水酸化リチウム、酸化マンガン、酸化コバルトを
それぞれ苛性ソーダに溶解させ後、水酸化リチウムと酸
化マンガンと酸化コバルトとが所定のモル比となるよう
に調製して混合して混合溶液とした。この混合溶液に酸
化アルミニウムを水酸化コバルトと水酸化マンガンに対
して所定のモル比となるように添加して混合した後、5
00℃程度の低温で仮焼成した。この後、大気中で80
0〜1000℃の温度で焼成して、実施例25〜28の
正極活物質を得た。ここで、正極活物質(LixMna
bAlc2)がx:a:b:c=1:0.495:
0.495:0.01(a+b+c=1.00)となる
ように調製したものを実施例25の正極活物質(LiM
0.495Co0.495Al0.012)ζ1とした。
【0054】同様に、x:a:b:c=1:0.49
0:0.490:0.02(a+b+c=1.00)と
なるように調製したものを実施例26の正極活物質(L
iMn 0.490Co0.490Al0.022)ζ2とし、x:
a:b:c=1:0.485:0.485:0.03
(a+b+c=1.00)となるように調製したものを
実施例27の正極活物質(LiMn0.490Co0.490Al
0.032)ζ3とし、x:a:b:c=1:0.47
5:0.475:0.05(a+b+c=1.00)と
なるように調製したものを実施例28の正極活物質(L
iMn0.475Co0.475Al0.052)ζ4とした。ま
た、x:a:b:c=1:0.450:0.450:
0.10(a+b+c=1.00)となるように調製し
たものを比較例15の正極活物質(LiMn0.450Co
0.450Al0.102)χ15とした。
【0055】(3)実施例29〜32および比較例16
の正極活物質 また、水酸化リチウム、酸化マンガン、酸化コバルトを
それぞれ苛性ソーダに溶解させ後、水酸化リチウムと酸
化マンガンと酸化コバルトとが所定のモル比となるよう
に調製して混合して混合溶液とした。この混合溶液に酸
化マグネシウムを水酸化コバルトと水酸化マンガンに対
して所定のモル比となるように添加して混合した後、5
00℃程度の低温で仮焼成した。この後、大気中で80
0〜1000℃の温度で焼成して、実施例25〜28の
正極活物質を得た。ここで、正極活物質(LixMna
bMgc2)がx:a:b:c=1:0.495:
0.495:0.01(a+b+c=1.00)となる
ように調製したものを実施例29の正極活物質(LiM
0.495Co0.495Mg0.012)η1とした。
【0056】同様に、x:a:b:c=1:0.49
0:0.490:0.02(a+b+c=1.00)と
なるように調製したものを実施例30の正極活物質(L
iMn 0.490Co0.490Mg0.022)η2とし、x:
a:b:c=1:0.485:0.485:0.03
(a+b+c=1.00)となるように調製したものを
実施例31の正極活物質(LiMn0.490Co0.490Mg
0.032)η3とし、x:a:b:c=1:0.47
5:0.475:0.05(a+b+c=1.00)と
なるように調製したものを実施例32の正極活物質(L
iMn0.475Co0.475Mg0.052)η4とした。ま
た、x:a:b:c=1:0.450:0.450:
0.10(a+b+c=1.00)となるように調製し
たものを比較例16の正極活物質(LiMn0.450Co
0.450Mg0.102)χ16とした。
【0057】なお、実施例の各正極活物質ε1〜ε4、
ζ1〜ζ4、η1〜η4のX線回折パターンを求める
と、LiCoO2やLi2MnO3のピークは認められ
ず、α−NaFeO2型結晶構造(単相の層状結晶構
造)であることが分かった。また、正極活物質x14〜
x16のX線回折パターンを求めると、LiCoO2
Li2MnO3等のピークが認められ、3相の結晶構造の
混合物であることが分かった。
【0058】ついで、これらの各正極活物質ε1〜ε
4、ζ1〜ζ4、η1〜η4、χ14〜χ16を用いて
上述と同様に各正極e1〜e4、f1〜f4、g1〜g
4を作製し、上述した負極を用いて上述と同様に非水電
解質二次電池E1〜E4、F1〜F4、G1〜G4、X
14〜X16をそれぞれ作製した。このように作製した
各電池E1〜E4、F1〜F4、G1〜G4、X14〜
X16を、室温(約25℃)の雰囲気で500mA(1
It)の充電電流で4.2Vまで充電し、4.2V到達
後から充電電流が25mA以下となるまで4.2V定電
圧充電した後、10分間休止し、500mA(1It)
の放電電流で放電終止電圧が2.75Vになるまで放電
させた後、上述した(1)式に基づいて初期充放電効率
を求めると、下記の表4に示すような結果となった。
【0059】また、上述のようにして作製した各電池E
1〜E4、F1〜F4、G1〜G4、X14〜X16
を、室温(約25℃)の雰囲気で500mA(1It)
の充電電流で4.2Vまで充電し、4.2V到達後から
充電電流が25mA以下となるまで4.2V定電圧充電
した後、10分間休止し、500mA(1It)の放電
電流で放電終止電圧が2.75Vになるまで放電させる
4.2V−500mA定電流−定電圧充電および500
mA定電流放電を1サイクルとするサイクル試験を繰り
返して行い、500サイクル後の容量維持率(500サ
イクル後の放電容量/1サイクル後の放電容量×100
%)を求めると下記の表4に示すような結果となった。
なお、下記の表4には比較例4の正極活物質をx4を用
いた電池Xについても示している。
【0060】
【表4】
【0061】上記表4の結果から明らかなように、T
i,Al,Mg等の異種元素の置換量が0.10モル%
である比較例14〜16の正極活物質x14〜x16を
用いた電池X14〜X16の容量維持率および初期充放
電効率が低下していることが分かる。これは、Ti,A
l,Mg等の異種元素の置換量が0.05モル%を越え
た当たりから結晶構造が2相以上になる傾向を示してい
ることから、Ti,Al,Mg等の異種元素の置換量が
多くなりすぎると結晶形態を維持することが困難になる
ためと考えられる。このことから、Ti,Al,Mg等
の異種元素の置換量は0.05モル%(c=0.05)
以下にする必要がある。
【0062】7.(a+b+c)値と結晶形態の関係に
ついて ついで、一般式がLixMnaCobTic2で表される
正極活物質の(a+b+c)値と結晶形態の関係につい
て検討した。まず、下記の表5に示すような組成(x=
1.0,a/b=1,a≧0.45,b≦0.55,
0.0<c≦0.05)となるように水酸化リチウム、
酸化マンガン、酸化コバルトおよび酸化チタンを配合し
て、上述と同様に焼成して、実施例33〜37の正極活
物質θ1〜θ5および比較例17の正極活物質χ17を
得た。
【0063】また、下記の表5に示すような組成(x=
1.0,a≧0.45,b≦0.55,a>b,0.0
<c≦0.05)となるように水酸化リチウム、酸化マ
ンガン、酸化コバルトおよび酸化チタンを配合して、上
述と同様に焼成して、実施例38〜42の正極活物質ι
1〜ι5および比較例18の正極活物質χ18を得た。
さらに、下記の表5に示すような組成(x=1.0,a
≧0.45,b≦0.55,b>a,0.0<c≦0.
05)となるように水酸化リチウム、酸化マンガン、酸
化コバルトおよび酸化チタンを配合して、上述と同様に
焼成して、実施例43〜47の正極活物質κ1〜κ5お
よび比較例19の正極活物質χ19を得た。
【0064】
【表5】
【0065】上記表5の結果から明らかなように、一般
式がLixMnaCobTic2で表される正極活物質の
(a+b+c)値が0.90〜1.10の範囲内にあれ
ば層状結晶構造を維持することが可能であることが分か
る。一方、(a+b+c)値が0.90〜1.10の範
囲外になると、X線回折ピークにおいてLiCo2やL
2MnO3のピークが現れ、2相以上のの結晶構造の混
合物になることが分かった。このことから、一般式がL
xMnaCobTic2で表される正極活物質の(a+
b+c)値が0.90<a+b+c≦1.10となるよ
うに調製する必要がある。
【0066】上述したように、本発明においては、一般
式がLiXMnaCobc2(但し、0.9≦X≦1.
1、0.45≦a≦0.55、0.45≦b≦0.5
5、0<c≦0.05、0.9<a+b+c≦1.1で
あり、かつMはAl,Mg,Sn,Ti,Zrから選ば
れる少なくとも1種である)で表される層状結晶構造を
有するリチウム含有複合酸化物からなる正極活物質を含
有する正極を備えているので、コバルト酸リチウムとほ
ぼ同等の4V領域にプラトーな電位を有し、かつ放電容
量が大きく、サイクル特性、高温特性などの電池特性に
優れた非水電解質二次電池が得られるようになる。
【0067】なお、上述した実施の形態においては、リ
チウム源としては水酸化リチウムを用いる例について説
明したが、水酸化リチウムの他に炭酸リチウム、硝酸リ
チウム、硫酸リチウムなどのリチウム化合物を用いるよ
うにしてもよい。また、マンガン源としては酸化マンガ
ンを用いる例について説明したが、酸化マンガンの他に
水酸化マンガン、硫酸マンガン、炭酸マンガン、オキシ
水酸化マンガンなどのマンガン化合物を用いるようにし
てもよい。さらに、コバルト源としては酸化コバルトを
用いる例について説明したが、酸化コバルトの他に炭酸
リチウム、炭酸コバルト、水酸化コバルト、硫酸コバル
トなどのコバルト化合物を用いるようにしてもよい。
【0068】また、上述した実施の形態においては、水
酸化リチウムと酸化マンガンと酸化コバルトとを水酸化
物の状態で混合し、これに異種元素を添加した後、焼成
する例について説明したが、リチウム源とマンガン源と
コバルト源と異種元素とを固相状態で焼成するようにし
てもよい。また、Ti,Al,Mg,Su,Zr等の異
種元素を添加するに際して、上述した実施の形態におい
ては、Ti,Al,Mg,Su,Zr等の酸化物を添加
する例について説明したが、Ti,Al,Mg,Su,
Zr等の酸化物である必要はなく、Ti,Al,Mg,
Su,Zr等の硫化物、あるいはTi,Al,Mg,S
u,Zr等の水酸化物を添加するようにしてもよい。
【0069】さらに、上述した実施の形態においては、
有機電解液を用いた非水電解質二次電池に適用する例に
ついて説明したが、有機電解液に限らず、高分子固体電
解質を用いた非水電解質二次電池にも適用できることは
明らかである。この場合、高分子固体電解質としては、
ポリカーボネート系固体高分子、ポリアクリロニトリル
系固体高分子、およびこれらの二種以上からなる共重合
体もしくは架橋した高分子、ポリフッ化ビニリデン(P
VdF)のようなフッ素系固体高分子から選択される高
分子とリチウム塩と電解液を組み合わせてゲル状にした
固体電解質が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 放電曲線(単位活物質容量(mAh/g)に
対する放電電圧(リチウム対極に対する電位)の関係)
を示す図である。
【図2】 充放電サイクルに対する容量維持率の関係を
示す図である。
【符号の説明】
D1…実施例16の正極活物質を用いた電池、D2…実
施例17の正極活物質を用いた電池、D3…実施例18
の正極活物質を用いた電池、D4…実施例19の正極活
物質を用いた電池、D5…実施例20の正極活物質を用
いた電池、X4…比較例4の正極活物質を用いた電池
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 生川 訓 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 5H029 AJ03 AJ05 AK03 AL02 AL06 AM03 AM05 AM07 BJ14 DJ17 HJ02 5H050 AA05 AA07 AA08 BA17 CA08 CA09 CB02 CB07 DA02 FA05 FA19 HA02

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウムイオンを挿入・脱離可能な正極
    活物質を含有する正極と、リチウムイオンを挿入・脱離
    可能な負極活物質を含有する負極と、これらの正極と負
    極を隔離するセパレータと、非水電解質とを備えた非水
    電解質二次電池であって、 前記正極活物質は一般式がLiXMnaCobc2(但
    し、0.9≦X≦1.1、0.45≦a≦0.55、
    0.45≦b≦0.55、0<c≦0.05、0.9<
    a+b+c≦1.1であり、かつMはAl,Mg,S
    n,Ti,Zrから選ばれる少なくとも1種である)で
    表される層状結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物
    であることを特徴とする非水電解質二次電池。
  2. 【請求項2】 リチウムイオンを挿入・脱離可能な正極
    活物質を含有する正極と、リチウムイオンを挿入・脱離
    可能な負極活物質を含有する負極と、これらの正極と負
    極を隔離するセパレータと、非水電解質とを備えた非水
    電解質二次電池であって、 前記正極活物質は一般式がLiXMnaCobc2(但
    し、0.9≦X≦1.1、0.45≦a≦0.55、
    0.45≦b≦0.55、0<c≦0.05、0.9<
    a+b+c≦1.1、0.9<a/b<1.1であり、
    かつMはAl,Mg,Sn,Ti,Zrから選ばれる少
    なくとも1種である)で表される層状結晶構造を有する
    リチウム含有複合酸化物であることを特徴とする非水電
    解質二次電池。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010225348A (ja) * 2009-03-23 2010-10-07 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質二次電池及びその製造方法

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010031399A1 (en) * 2000-02-14 2001-10-18 Hyun-Sook Jung Positive active material for rechargeable lithium battery and method of preparing same
CN100429811C (zh) * 2003-04-28 2008-10-29 深圳市振华新材料股份有限公司 锂离子电池正极材料的制备方法
CN100364153C (zh) * 2005-05-24 2008-01-23 中国科学院成都有机化学有限公司 一种尖晶石LiMn2O4表面包覆Li4Ti5O12电极材料及其制备方法
JP5019892B2 (ja) * 2007-01-23 2012-09-05 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
JP5397436B2 (ja) * 2010-11-18 2014-01-22 日産自動車株式会社 二次電池
CN103857626B (zh) * 2011-08-31 2016-07-27 3M创新有限公司 用于锂离子电化学电池的高容量正极及其制备方法
CN109599531B (zh) 2013-03-12 2020-08-11 苹果公司 使用高级阴极材料的高电压、高体积能量密度锂离子电池
US10297821B2 (en) 2015-09-30 2019-05-21 Apple Inc. Cathode-active materials, their precursors, and methods of forming
US10164256B2 (en) 2016-03-14 2018-12-25 Apple Inc. Cathode active materials for lithium-ion batteries
US10297823B2 (en) 2016-09-20 2019-05-21 Apple Inc. Cathode active materials having improved particle morphologies
CN109715562B (zh) 2016-09-21 2022-03-11 苹果公司 用于锂离子电池的表面稳定阴极材料及其合成方法
US11695108B2 (en) 2018-08-02 2023-07-04 Apple Inc. Oxide mixture and complex oxide coatings for cathode materials
US11749799B2 (en) 2018-08-17 2023-09-05 Apple Inc. Coatings for cathode active materials
US11757096B2 (en) 2019-08-21 2023-09-12 Apple Inc. Aluminum-doped lithium cobalt manganese oxide batteries

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2751135A1 (fr) * 1996-07-12 1998-01-16 Accumulateurs Fixes Electrode de generateur electrochimique rechargeable au lithium
JP2000294241A (ja) * 1999-04-09 2000-10-20 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 非水電解液二次電池正極材料及びそれを用いた非水電解液二次電池
JP4318002B2 (ja) 1999-04-09 2009-08-19 Agcセイミケミカル株式会社 非水電解液二次電池用正極活物質の製造方法
JP4318270B2 (ja) 1999-07-06 2009-08-19 Agcセイミケミカル株式会社 リチウム二次電池の製造方法
JP2001319652A (ja) * 2000-05-11 2001-11-16 Sony Corp 正極活物質及び非水電解質電池、並びにそれらの製造方法
US6756154B2 (en) * 2000-11-29 2004-06-29 Toda Kogyo Corporation Cathode active material for non-aqueous electrolyte secondary cell and process for producing the same
CN1248342C (zh) * 2000-12-28 2006-03-29 索尼公司 正极活性材料和非水电解质二次电池
JP3631166B2 (ja) * 2001-05-31 2005-03-23 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
GB0117235D0 (en) * 2001-07-14 2001-09-05 Univ St Andrews Improvements in or relating to electrochemical cells
JP3844733B2 (ja) * 2002-12-26 2006-11-15 松下電器産業株式会社 非水電解質二次電池
JP4274801B2 (ja) * 2003-01-09 2009-06-10 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池用正極活物質の製造法
JP4271448B2 (ja) * 2003-01-16 2009-06-03 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池用正極活物質

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010225348A (ja) * 2009-03-23 2010-10-07 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質二次電池及びその製造方法

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