JP2003017061A - Lithium secondary battery - Google Patents

Lithium secondary battery

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JP2003017061A
JP2003017061A JP2002173960A JP2002173960A JP2003017061A JP 2003017061 A JP2003017061 A JP 2003017061A JP 2002173960 A JP2002173960 A JP 2002173960A JP 2002173960 A JP2002173960 A JP 2002173960A JP 2003017061 A JP2003017061 A JP 2003017061A
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lithium
licoo
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和伸 松本
Akira Kawakami
章 川上
Shoji Yamanaka
昭司 山中
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress drop in capacity attendant in charging/discharging cycles of a lithium secondary battery using a LiCoO2 base positive active material. SOLUTION: In the lithium secondary battery using a lithium metal, a lithium alloy, or a lithium compound in a negative electrode, as a positive active material, Liy (Coy Mnx )O2 (wherein, M is at least one selected from Mn, Ti, Pb, Sn, Fe, Ni, In, and Bi; x+y=1) having a lattice constant c0 in the direction of c axis larger than a lattice constant c0 in the direction of c axis of LiCoO2 is used. The Liy (Coy Mx )O2 is preferable to be synthetisized by baking a mixture LiCoO2 and an oxide of M containing no lithium, and the use of LiCoO2 synthesized at 700 deg.C or lower is preferable.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、リチウム二次電池
に係わり、さらに詳しくは、充放電サイクルに伴う容量
劣化が少ないリチウム二次電池に関する。 【0002】 【従来の技術】リチウム二次電池の正極活物質として
は、これまで、二硫化チタン、五酸化バナジウム、マン
ガン酸化物、リチウムマンガン酸化物、リチウムコバル
ト酸化物などが提案されてきたが、最近は、LiX Co
2 などのリチウムコバルト酸化物が約4Vという高電
圧を有することから、特に注目されている(たとえば、
米国特許第4302518号明細書)。 【0003】しかし、LiX CoO2 のx値が約0.7
以下の領域では、LiX CoO2 が有機電解液を酸化す
る反応が徐々に進むと考えられ、充放電サイクルに伴い
容量が劣化する。 【0004】これを詳しく説明すると、上記LiX Co
2 を正極活物質として用いたリチウム二次電池は、ま
ずLi1 CoO2 を合成し、それを正極活物質として用
いて電池を組み立て、電池組立後、充電してLi1 Co
2 からLiを電気化学的に引き抜くことによって、L
X CoO2 (x<1)としている。 【0005】しかし、LiX CoO2 は、不安定な4価
のコバルトを含み酸化力が強いため、前記のように有機
電解液を酸化し、その結果、充放電サイクルに伴い容量
が劣化するのである。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うに、LiX CoO2 を正極活物質として用いたリチウ
ム二次電池が、xの小さな値まで充放電に利用すると充
放電サイクルに伴い容量が劣化するという問題点を解決
し、充放電サイクルに伴う容量の劣化が少ないリチウム
二次電池を提供することを目的とする。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明は、LiCoO2
と、MnO2 などのリチウムを含まないマンガン酸化物
またはTiO2 、PbO2 、SnO2 などのリチウムを
含まない4価金属の酸化物との混合物を焼成することに
よって得られるLiCoO2 のc軸方向の格子定数c0
よりも大きい格子定数c0 を有する化合物をリチウム二
次電池の正極活物質として用いることによって、上記課
題を解決できることを見出したものである。また、本発
明は、Fe、Ni、In、Biなどについても、Mnに
代えて用いることにより、Mnの場合と同様に、リチウ
ム二次電池の正極活物質として有用な化合物が得られ、
それによって、前記課題を解決できることを見出したも
のである。 【0008】すなわち、本発明は、リチウム金属、リチ
ウム合金またはリチウム化合物を負極に用いるリチウム
二次電池において、正極活物質として、LiCoO2
c軸方向の格子定数c0 よりも大きいc軸方向の格子定
数c0 を有するLiy (Co y Mnx )O2 (ただし、
MはMn、Ti、Pb、Sn、Fe、Ni、Inおよび
Biより選択される少なくとも1種の金属であり、x+
y=1)を用いたことを特徴とするリチウム二次電池に
関する。 【0009】 【発明の実施の形態】上記のリチウムを含まないマンガ
ン酸化物としては、MnO2 のほか、たとえばMnOO
Hなどが挙げられる。また、マンガン以外のTi、P
b、Sn、Fe、Ni、In、Biなどについてもリチ
ウムを含まない酸化物があり、そのようなリチウムを含
まない酸化物としては、たとえば、TiO2 、Pb
2 、SnO 2 などが挙げられる。 【0010】以下、上記Mn、Ti、Pb、Sn、F
e、Ni、In、Biなどのリチウムを含まない酸化物
のうち、リチウムを含まないマンガン酸化物を例に挙げ
て説明すると、LiCoO2 とリチウムを含まないマン
ガン酸化物との混合物を焼成して得られる化合物は、L
y (Coy Mnx )O2 (x+y=1)の化学式で表
される。このLiy (Coy Mnx )O2 で表される化
合物の特徴を、たとえば、Mnを20mol%添加した
場合を例にあげて説明すると、Mnを20mol%添加
した場合、上記化合物はLi0.8 (Co0.8 Mn0.2
2 になる。 【0011】これまで知られているLiMO2 (MはC
o、Mn、Ni、Fe、Vや2種以上の金属)ではLi
が1であるが、本発明で用いるLiy (Coy Mnx
2ではMnの添加量だけLiが1より小さくなる。ま
た、このLiy (Coy Mn x )O2 では、後に図4に
基づいて説明するように、c軸方向の格子定数c0 がL
iCoO2 のc軸方向の格子定数c0 より大きい。そし
て、上記のMnの添加量だけがLiが1 より小さくなる
ことは、Mn以外のTi、Pb、Sn、Fe、Ni、I
n、Biの場合も同様であり、それらの添加量だけLi
が1より小さくなり、また、それらのリチウムを含む複
合酸化物のc軸方向の格子定数c0 もLiCoO2 のc
軸方向の格子定数c0 より大きくなる。 【0012】そして、上記のようにLiが1より小さく
なることから、結晶構造にLiの空位が既に合成時から
存在しているものと推測され、それがLi+ イオンの拡
散をスムーズにするものと推測される。また、Liの空
位があり、かつ後述するようにMnが4価であることか
ら、合成時の試料に放電反応によりLiを挿入すること
ができるという特性があり、特性面において従来のLi
MO2 と異なるようになるものと考えられる。 【0013】上記のようにLiが1より小さくなったの
は、4価が安定なMnが固溶したためであり、このMn
の固溶が前述したような不安定なCo4+による有機電解
液の酸化を抑制して、充放電サイクルによる容量劣化の
小さい正極活物質になるものと考えられる。また、c軸
方向の格子定数c0 がLiCoO2 のc軸方向の格子定
数c0 より大きいことも上記のような特性向上に寄与し
ているものと考えられる。 【0014】上記Liy (Coy Mnx )O2 は、その
合成にあたって、LiCoO2 とMnO2 などのリチウ
ムを含まないマンガン酸化物との混合物を加熱して焼成
するが、1100℃付近で合成したLiCoO2 を用い
ると、単一相のLiy (Co y Mnx )O2 が得られ
ず、LiCoO2 、Co3 4 、Li2 MnO3 などに
相分離してしまう。 【0015】しかし、比較的低温の700℃で合成した
LiCoO2 を用いると、単一相のLiy (Coy Mn
x )O2 が得られる。 【0016】また、ESCA(X線光電子分光法)によ
りCoとMnの価数を調べたところ、Mnは4価、Co
は3価であった。従来のLiMnO2 では、Mはすべて
3価であり、4価のものは混入しない。 【0017】低温で合成したLiCoO2 (375〜5
00℃で合成)は、従来の層状構造を有するLiCoO
2 (900〜1100℃で合成)とX線回折像が若干異
なっており、結晶構造が異なっているものと考えられ
る。 【0018】そのため、上記のように、低温合成品のL
iCoO2 と従来の高温合成品のLiCoO2 とでは、
MnO2 との混合物を焼成したときに生成物に差が生じ
るものと考えられる。そして、その差が生じる境となる
LiCoO2 の合成温度は、Liy (Coy Mnx )O
2 を合成する際の条件によっても変化するものと考えら
れるが、低温の下限と考えられる375℃付近に近づく
ほど層状構造が乱れた構造になっている。また、LiC
oO2 の層状構造の乱れの変化は連続的で700℃では
上記の低温型に近いと考えられる。 【0019】つぎに、Liy (Coy Mnx )O2 の結
晶構造について述べる。 【0020】図2は、700℃で合成したLiCoO2
とMnO2 をCo/Mn=9/1、8/2、7/3、6
/4(モル比)の割合で混合し、得られた混合物をそれ
ぞれ900℃で焼成して合成した試料のX線回折パター
ンである。 【0021】図3は、1100℃で合成したLiCoO
2 とMnO2 を同様にCo/Mn=9/1、8/2、7
/3、6/4(モル比)の割合で混合し、得られた混合
物をそれぞれ900℃で焼成して合成した試料のX線回
折パターンである。 【0022】図2、図3ともに、MnO2 量の増加によ
り格子定数(a0 、c0 )が変化し、ピーク位置が変化
する。 【0023】しかし、後者では、図3に示すように、い
ずれも、たとえば2θ=31°付近にCo3 4 のピー
ク(×印で示す)が観察され、単一相ではなかった。 【0024】これに対し、前者では、図2に示すよう
に、Co/Mn=8/2(モル比)とCo/Mn=9/
1(モル比)では2θ=31℃付近のピークがなく、単
一の化合物となっていた。図2のCo/Mn=8/2
(モル比)とCo/Mn=9/1(モル比)のパターン
および図2には図示していないがLiCoO2 のパター
ンより格子定数a0 、c0 を求めた結果を図4に示す。 【0025】図4に示すように、Mnの添加により(図
4では、横軸のy値の減少により)格子定数a0 が若干
減少し、格子定数c0 は増加している。これよりMnが
Coに固溶しており、混合物ではないことがわかる。こ
のように、4価が安定なMnの固溶によって前述したよ
うな不安定なCo4+による有機電解液の酸化を抑制し、
充放電サイクルによる容量劣化の少ない正極活物質とな
るものと考えられる。 【0026】上記のように、LiCoO2 としては、7
00℃以下、特に375℃〜700℃で合成したもので
あれば、単一相のLiy (Coy Mnx )O2 が得られ
る。 【0027】LiCoO2 とMnO2 などのリチウムを
含まないマンガン酸化物との混合物の焼成は、通常、7
00〜1100℃で1〜48時間行われる。 【0028】Liy (Coy Mnx )O2 におけるxと
yはx+y=1であるが、xが0.05〜0.20のも
のにおいて特に特性のよいものが得られる。 【0029】Liy (Coy Mnx )O2 の原料となる
LiCoO2 は、たとえばCo3 4 とLiOH・H2
Oとの混合物を加熱処理することによって得られる。上
記Co3 4 は炭酸コバルト(CoCO3 )の酸素中で
の加熱処理によって得られるものであるが、このCo3
4 に代えてCoCO3 や2CoCO3 ・Co(OH)
2 などを用いてもよいし、またLiOH・H2 Oに代え
てLi2 CO3 などの他のリチウム塩を用いてもよい。 【0030】正極は、上記Liy (Coy Mnx )O2
に、必要に応じて、たとえば黒鉛、アセチレンブラック
などの電子伝導助剤や、たとえばポリテトラフルオロエ
チレンなどの結着剤を加え、混合して正極合剤を調製
し、得られた正極合剤をたとえば加圧成形することによ
って得られる。 【0031】負極には、リチウム金属、リチウム−アル
ミニウム合金などのリチウム合金、リチウム−炭素材料
(黒鉛など)などのリチウム化合物が用いられる。 【0032】電解液には、たとえば、LiClO4 、L
iPF6 、LiBF4 、LiCF3SO3 、LiC4
9 SO3 などの電解質の1種または2種以上を、1,2
−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、プロ
ピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチ
ロラクトン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラ
ンなどの単独または2種以上の混合溶媒に溶解した有機
電解液が用いられる。 【0033】負極にリチウム−炭素材料を用いる場合に
おいて、電池組立時には炭素材料だけを用い、電池内に
おける電気化学的反応を利用してリチウム−炭素材料と
する場合には、正極活物質にリチウム(Li)源となる
物質を混入しておくことが好ましい。たとえば、Liy
(Coy Mnx )O2 に、Li2 MoO3 、Li2 Ni
2 や、Liを入れたNb2 5 などのLiを含み、L
y (Coy Mnx )O2 より低い電位でLiが引き抜
かれて炭素材料中へLiが挿入されるものを混合してお
く方法が挙げられる。 【0034】さらに、正極活物質と有機電解液の反応を
防ぐため、Liy (Coy Mnx )O2 粒子の表面をL
4 SiO4 ・Li3 PO4 などの固体電解質などでコ
ートしてもよい。また、過電圧を高めるため、PbO2
やIn2 3 、Bi2 3 などの酸化物を混合してもよ
い。 【0035】上記では、Liy (Coy x )O2 のう
ち、MがMnの場合について説明したが、このMがMn
の場合について説明したことは、MがMn以外のTi、
Pb、Sn、Fe、Ni、In、Biなどの場合にも適
用することができる。例えば、上記Liy (Co
y x )O2 でMがMn以外のものを合成する場合も、
LiCoO2 とリチウムを含まないMの酸化物との混合
物を焼成することによって、合成することが適してい
る。 【0036】 【実施例】つぎに実施例をあげて本発明をより具体的に
説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限定
されるものではない。 【0037】実施例1 まず、以下に示すようにして、従来より低い温度でLi
CoO2 を合成した。 【0038】炭酸コバルト(CoCO3 )を375℃で
20時間酸素中で加熱し、Co3 4 を得た。このCo
3 4 とLiOH・H2 OをLi/Co=1/1(モル
比)で混合し、得られた混合物を700℃で20時間酸
素中で加熱して、LiCoO 2 を合成した。 【0039】このようにして合成されたLiCoO2
MnO2 をCo/Mn=9/1(モル比)で混合し、得
られた混合物を900℃で24時間焼成して、Li0.9
(Co0.9 Mn0.1 )O2 を合成した。 【0040】上記のようにして合成されたLi0.9 (C
0.9 Mn0.1 )O2 を正極活物質として用い、これに
電子伝導助剤としてアセチレンブラックおよび結着剤と
してポリテトラフルオロエチレンを80:15:5(重
量比)の割合で混合して正極合剤を調製した。 【0041】この正極合剤40mgを金型内に充填し、
1t/cm2 で直径10mmの円板状に加圧成形したの
ち、200℃で熱処理して正極とした。この正極を用
い、図1に示すボタン形のリチウム二次電池を作製し
た。 【0042】図1において、1は上記の正極であり、2
は直径14mmの円板状のリチウムからなる負極であ
る。3は微孔性ポリプロピレンフィルムからなるセパレ
ータで、4はポリプロピレン不織布からなる電解液吸収
体である。 【0043】5はステンレス鋼製の正極缶であり、6は
ステンレス鋼製網からなる正極集電体で、7はステンレ
ス鋼製で表面にニッケルメッキを施した負極缶である。
8はステンレス鋼製網からなる負極集電体で、上記負極
缶7の内面にスポット溶接されていて、前記の負極2
は、このステンレス鋼製網からなる負極集電体8に圧着
されている。 【0044】9はポリプロピレン製の環状ガスケットで
あり、この電池にはプロピレンカーボネートと1,2−
ジメトキシエタンとの容量比1:1の混合溶媒にLiC
3SO3 を0.6mol/l溶解した電解液が注入さ
れている。 【0045】比較例1 Co3 4 とLiOH・H2 OをLi/Co=1/1
(モル比)で混合し、得られた混合物を900℃で24
時間焼成して、LiCoO2 を合成した。 【0046】上記のようにして合成されたLiCoO2
を正極活物質として用い、それ以外は実施例1と同様に
して、ボタン形のリチウム二次電池を作製した。つま
り、この比較例1の電池は、正極活物質としてMnを含
まないLiCoO2 (ただし、この合成は従来の一般的
合成方法にしたがって900℃で合成した)を用いた以
外は実施例1の電池と同様の構成のものである。 【0047】上記実施例1の電池および比較例1の電池
を充放電電流0.785mA(1mA/cm2 )で4.
3〜3.0Vの電圧間で充放電した。表1に両電池の充
放電サイクル数と充放電容量との関係を示す。 【0048】 【表1】【0049】表1に示すように、充放電が10サイクル
目までは比較例1の電池の方が実施例1の電池より充放
電容量が大きかったが、20サイクル目になると実施例
1の電池の方が比較例1の電池より充放電容量が大きく
なり、さらに充放電サイクル数が多くなった40サイク
ル目や80サイクル目では、その差が大きくなり、実施
例1の電池が充放電サイクルに伴う容量劣化が少ないこ
とが明らかにされていた。 【0050】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
充放電サイクルに伴う容量の劣化が少ないリチウム二次
電池を提供することができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] [0001] The present invention relates to a lithium secondary battery.
And more specifically, the capacity associated with charge / discharge cycles.
The present invention relates to a lithium secondary battery with little deterioration. [0002] 2. Description of the Related Art As a positive electrode active material of a lithium secondary battery
Has been used for titanium disulfide, vanadium pentoxide,
Gun oxide, lithium manganese oxide, lithium cobalt
Oxides have been proposed, but recently, LiXCo
OTwoSuch as lithium cobalt oxide is about 4V
Because they have pressure (e.g.,
U.S. Pat. No. 4,302,518). However, LiXCoOTwoX value of about 0.7
In the following areas, LiXCoOTwoOxidizes organic electrolyte
It is thought that the reaction proceeds gradually with the charge-discharge cycle.
The capacity deteriorates. [0004] This will be described in detail.XCo
OTwoLithium secondary batteries using
Li1CoOTwoAnd use it as a positive electrode active material.
After assembling the battery, charging the battery1Co
OTwoBy electrochemical extraction of Li from
iXCoOTwo(X <1). However, LiXCoOTwoIs an unstable tetravalent
Because of the strong oxidizing power that contains cobalt,
Oxidizes the electrolyte and consequently the capacity with charge-discharge cycles
Is degraded. [0006] SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been described above.
Sea, LiXCoOTwoUsing lithium as a positive electrode active material
When a secondary battery is used for charging and discharging to a small value of x,
Solves the problem that the capacity deteriorates with the discharge cycle
Lithium with low capacity deterioration due to charge / discharge cycles
It is intended to provide a secondary battery. [0007] SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a LiCoOTwo
And MnOTwoLithium-free manganese oxides such as
Or TiOTwo, PbOTwo, SnOTwoSuch as lithium
Baking a mixture with a tetravalent metal oxide that does not contain
LiCoO obtained byTwoLattice constant c in the c-axis direction0
Lattice constant c greater than0The compound having
By using it as a positive electrode active material for secondary batteries,
It was found that the problem could be solved. In addition,
Akira says that Fe, Ni, In, Bi, etc.
When used instead, as in the case of Mn, lithium
Compounds useful as positive electrode active materials for secondary batteries
As a result, it has been found that the above problem can be solved.
It is. That is, the present invention relates to lithium metal, lithium
Using lithium alloy or lithium compound for negative electrode
In a secondary battery, LiCoOTwoof
lattice constant c in the c-axis direction0Lattice constant in c-axis direction larger than
Number c0Li havingy(Co yMnx) OTwo(However,
M is Mn, Ti, Pb, Sn, Fe, Ni, In and
At least one metal selected from Bi, x +
y = 1) is used for a lithium secondary battery.
Related. [0009] DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The above-mentioned lithium-free manga
As oxides, MnOTwoBesides, for example, MnOO
H and the like. In addition, Ti, P other than manganese
b, Sn, Fe, Ni, In, Bi, etc.
Some oxides do not contain lithium and do not contain such lithium.
For example, TiO 2 may be TiO 2Two, Pb
OTwo, SnO TwoAnd the like. Hereinafter, the above Mn, Ti, Pb, Sn, F
oxides containing no lithium, such as e, Ni, In, Bi
Of these, lithium-free manganese oxide is taken as an example.
To explain, LiCoOTwoAnd man without lithium
The compound obtained by calcining the mixture with the gun oxide is L
iy(CoyMnx) OTwoExpressed by the chemical formula of (x + y = 1)
Is done. This Liy(CoyMnx) OTwoRepresented by
The characteristics of the compound, for example, Mn was added at 20 mol%
Explaining the case as an example, adding 20 mol% of Mn
In this case, the compound is Li0.8(Co0.8Mn0.2)
OTwobecome. LiMO known so farTwo(M is C
o, Mn, Ni, Fe, V and two or more metals)
Is 1, but the Li used in the present invention isy(CoyMnx)
OTwoIn this case, Li becomes smaller than 1 by the added amount of Mn. Ma
This Liy(CoyMn x) OTwoThen, later in FIG.
As described on the basis of the above, the lattice constant c in the c-axis direction0Is L
iCoOTwoLattice constant c in the c-axis direction0Greater than. Soshi
Therefore, Li is smaller than 1 only when the amount of Mn is added.
This means that Ti, Pb, Sn, Fe, Ni, I
The same applies to the case of n and Bi.
Is less than 1 and their lithium-containing compounds
Lattice constant c in the c-axis direction of the composite oxide0Also LiCoOTwoOf c
Axial lattice constant c0Be larger. Then, as described above, Li is smaller than 1.
Therefore, Li vacancies already exist in the crystal structure from the time of synthesis.
It is presumed that it exists, and it is Li+Expansion of ion
It is supposed to smooth the scattering. Also Li sky
That Mn is tetravalent as described below.
To insert Li into the sample at the time of synthesis by discharge reaction
Characteristic of conventional Li
MOTwoIt is thought to be different. As mentioned above, Li is smaller than 1.
Is due to solid solution of Mn, which is tetravalent stable.
Is unstable as described above.4+Organic electrolysis
Suppresses the oxidation of the solution to prevent capacity deterioration due to charge / discharge cycles.
It is considered to be a small positive electrode active material. Also, c-axis
Lattice constant c0Is LiCoOTwoLattice constant in the c-axis direction
Number c0Being larger also contributes to the above-mentioned improvement in characteristics.
It is thought that it is. The above Liy(CoyMnx) OTwoIs that
In the synthesis, LiCoOTwoAnd MnOTwoLichiu etc.
Bake by heating a mixture with manganese oxide containing no
LiCoO synthesized around 1100 ° CTwoUsing
Then, a single-phase Liy(Co yMnx) OTwoIs obtained
, LiCoOTwo, CoThreeOFour, LiTwoMnOThreeEtc.
Phase separation occurs. However, it was synthesized at a relatively low temperature of 700 ° C.
LiCoOTwo, A single-phase Liy(CoyMn
x) OTwoIs obtained. Further, according to ESCA (X-ray photoelectron spectroscopy),
When the valences of Co and Mn were examined, Mn was tetravalent and Co
Was trivalent. Conventional LiMnOTwoSo, M is all
Trivalent and tetravalent are not mixed. LiCoO synthesized at low temperatureTwo(375-5
Synthesized at 00 ° C.) is a LiCoO having a conventional layered structure.
Two(Synthesized at 900-1100 ° C) and X-ray diffraction image is slightly different
Are considered to have different crystal structures.
You. Therefore, as described above, the low-temperature synthesized product L
iCoOTwoAnd conventional high temperature synthetic LiCoOTwoAnd
MnOTwoWhen firing the mixture with
It is considered to be. And it is the boundary where the difference occurs
LiCoOTwoThe synthesis temperature of Liy(CoyMnx) O
TwoIt is thought that it changes depending on the conditions when synthesizing
But approaches 375 ° C, which is considered the lower limit of low temperature
The more the layered structure becomes more disordered. In addition, LiC
oOTwoThe change in the turbulence of the layered structure of
It is considered to be close to the low temperature type described above. Next, Liy(CoyMnx) OTwoResult
The crystal structure will be described. FIG. 2 shows LiCoO synthesized at 700 ° C.Two
And MnOTwoTo Co / Mn = 9/1, 8/2, 7/3, 6
/ 4 (molar ratio) and mix the resulting mixture
X-ray diffraction patterns of samples synthesized by firing at 900 ° C respectively
It is. FIG. 3 shows LiCoO synthesized at 1100 ° C.
TwoAnd MnOTwoSimilarly, Co / Mn = 9/1, 8/2, 7
/ 3, 6/4 (molar ratio)
X-ray rotation of a sample synthesized by firing each material at 900 ° C
It is a folding pattern. FIGS. 2 and 3 both show MnOTwoDue to the increase in volume
Lattice constant (a0, C0) Changes, the peak position changes
I do. However, in the latter case, as shown in FIG.
The shift is, for example, around 2θ = 31 °ThreeOFourThe pea
(Indicated by crosses) were observed and were not a single phase. On the other hand, in the former, as shown in FIG.
In addition, Co / Mn = 8/2 (molar ratio) and Co / Mn = 9 /
At 1 (molar ratio), there was no peak near 2θ = 31 ° C.
It was one compound. Co / Mn = 8/2 in FIG.
(Molar ratio) and the pattern of Co / Mn = 9/1 (molar ratio)
And LiCoO (not shown in FIG. 2)TwoPutter
Lattice constant a0, C0Is shown in FIG. As shown in FIG. 4, the addition of Mn (FIG.
4, the lattice constant a due to the decrease in the y value on the horizontal axis)0But slightly
Decrease and the lattice constant c0Is increasing. From this, Mn is
It turns out that it is a solid solution in Co and is not a mixture. This
As described above, the solid solution of Mn, which is tetravalent stable,
Unstable Co4+Suppresses the oxidation of the organic electrolyte by
Positive electrode active material with less capacity deterioration due to charge / discharge cycles
It is considered to be. As described above, LiCoOTwoAs 7
Less than 00 ° C, especially 375-700 ° C
If present, single-phase Liy(CoyMnx) OTwoIs obtained
You. LiCoOTwoAnd MnOTwoSuch as lithium
The calcination of the mixture with the manganese oxide not containing
It is performed at 00 to 1100 ° C. for 1 to 48 hours. Liy(CoyMnx) OTwoX in
y is x + y = 1, but x is 0.05 to 0.20.
Among them, those having particularly good characteristics can be obtained. Liy(CoyMnx) OTwoRaw material for
LiCoOTwoIs, for example, CoThreeO FourAnd LiOH ・ HTwo
It is obtained by heat-treating a mixture with O. Up
Note CoThreeOFourIs cobalt carbonate (CoCOThreeIn oxygen
Is obtained by the heat treatment ofThree
OFourInstead of CoCOThreeAnd 2CoCOThree・ Co (OH)
TwoOr LiOH.HTwoInstead of O
LiTwoCOThreeOther lithium salts may be used. The positive electrode is made of the above Liy(CoyMnx) OTwo
If necessary, for example, graphite, acetylene black
And electron conduction aids such as polytetrafluoroe
Add binder such as styrene and mix to prepare positive mix
Then, the obtained positive electrode mixture is subjected to, for example, pressure molding.
Is obtained. For the negative electrode, lithium metal, lithium-Al
Lithium alloys such as minium alloys, lithium-carbon materials
A lithium compound such as (eg, graphite) is used. For the electrolyte, for example, LiClOFour, L
iPF6, LiBFFour, LiCFThreeSOThree, LiCFourF
9SOThreeOne or more electrolytes such as
-Dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, pro
Pyrene carbonate, ethylene carbonate, γ-butyl
Lolactone, tetrahydrofuran, 1,3-dioxola
Organic solvents dissolved in single or mixed solvents such as
An electrolyte is used. When a lithium-carbon material is used for the negative electrode,
However, when assembling the battery, only the carbon material is used.
Lithium-carbon material using electrochemical reaction in
In this case, it becomes a lithium (Li) source for the positive electrode active material.
It is preferable to mix a substance. For example, Liy
(CoyMnx) OTwoAnd LiTwoMoOThree, LiTwoNi
OTwoOr Nb with LiTwoOFiveAnd Li
iy(CoyMnx) OTwoLi is extracted at lower potential
And the material into which Li is inserted into the carbon material
Method. Further, the reaction between the positive electrode active material and the organic electrolyte is performed.
Li to preventy(CoyMnx) OTwoThe surface of the particle is L
iFourSiOFour・ LiThreePOFourWith a solid electrolyte such as
May be In order to increase overvoltage, PbOTwo
And InTwoOThree, BiTwoOThreeOxides such as
No. In the above, Liy(CoyMx) OTwoBaby
Although the case where M is Mn has been described, this M is Mn.
Has been described for the case where M is Ti other than Mn,
Suitable for Pb, Sn, Fe, Ni, In, Bi, etc.
Can be used. For example, the above Liy(Co
yMx) OTwoWhen M is to synthesize other than Mn,
LiCoOTwoOf lithium and oxides of lithium-free M
It is suitable to synthesize by firing
You. [0036] The present invention will now be described in more detail with reference to the following examples.
explain. However, the present invention is limited to only those examples.
It is not done. Embodiment 1 First, as shown below, Li at a lower temperature than before.
CoOTwoWas synthesized. Cobalt carbonate (CoCO)Three) At 375 ° C
Heat in oxygen for 20 hours,ThreeO FourGot. This Co
ThreeOFourAnd LiOH ・ HTwoO is converted to Li / Co = 1/1 (mol
Ratio) and the resulting mixture is acidified at 700 ° C. for 20 hours.
Heated in water to produce LiCoO TwoWas synthesized. The LiCoO synthesized as described aboveTwoWhen
MnOTwoAre mixed at Co / Mn = 9/1 (molar ratio) to obtain
The resulting mixture was calcined at 900 ° C. for 24 hours to obtain Li0.9
(Co0.9Mn0.1) OTwoWas synthesized. The Li synthesized as described above0.9(C
o0.9Mn0.1) OTwoIs used as the positive electrode active material.
Acetylene black and a binder as electron conduction aids
To make polytetrafluoroethylene 80: 15: 5 (weight
(Amount ratio) to prepare a positive electrode mixture. A mold was filled with 40 mg of this positive electrode mixture,
1t / cmTwoPress-formed into a 10mm diameter disc
Then, heat treatment was performed at 200 ° C. to obtain a positive electrode. Use this positive electrode
First, a button-type lithium secondary battery shown in FIG.
Was. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes the above positive electrode;
Is a disc-shaped negative electrode made of lithium having a diameter of 14 mm.
You. 3 is a separator made of microporous polypropylene film
4 is an electrolyte absorption made of polypropylene non-woven fabric
Body. 5 is a stainless steel positive electrode can, 6 is
Positive current collector made of stainless steel mesh, 7 is stainless steel
This is a negative electrode can made of stainless steel and nickel plated on the surface.
Reference numeral 8 denotes a negative electrode current collector made of a stainless steel mesh,
The negative electrode 2 is spot-welded to the inner surface of the
Is pressed against the negative electrode current collector 8 made of this stainless steel net.
Have been. 9 is an annular gasket made of polypropylene.
This battery has propylene carbonate and 1,2-
LiCl in a mixed solvent of 1: 1 by volume with dimethoxyethane
FThreeSOThree0.6mol / l dissolved electrolyte was injected
Have been. Comparative Example 1 CoThreeOFourAnd LiOH ・ HTwoO is Li / Co = 1/1
(Molar ratio) and the resulting mixture was treated at 900 ° C. for 24 hours.
Firing for LiCoOTwoWas synthesized. The LiCoO synthesized as described aboveTwo
Was used as a positive electrode active material, and otherwise the same as in Example 1.
Thus, a button-type lithium secondary battery was manufactured. Toes
Thus, the battery of Comparative Example 1 contained Mn as the positive electrode active material.
LiCoOTwo(However, this synthesis is
Synthesized at 900 ° C according to the synthesis method)
The other parts have the same configuration as the battery of Example 1. The battery of Example 1 and the battery of Comparative Example 1
With a charge / discharge current of 0.785 mA (1 mA / cmTwo) And 4.
The battery was charged and discharged between a voltage of 3 to 3.0 V. Table 1 shows the charging of both batteries.
4 shows the relationship between the number of discharge cycles and the charge / discharge capacity. [0048] [Table 1]As shown in Table 1, the charge / discharge cycle was 10 cycles.
Up to the point, the battery of Comparative Example 1 was more charged and discharged than the battery of Example 1.
Although the electric capacity was large, the example became effective at the 20th cycle.
Battery 1 has a larger charge / discharge capacity than battery of Comparative Example 1.
40 cycles with more charge / discharge cycles
The difference increases at the 80th cycle and the
The battery of Example 1 has a small capacity deterioration due to the charge / discharge cycle.
And had been revealed. [0050] As described above, according to the present invention,
Lithium secondary with less capacity deterioration due to charge / discharge cycles
A battery can be provided.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明に係るリチウム二次電池の一例を示す断
面図である。 【図2】700℃で合成したLiCoO2 とMnO2
の混合物を900℃で焼成して合成した試料のX線回折
パターンを示す図である。 【図3】1100℃で合成したLiCoO2 とMnO2
との混合物を900℃で焼成して合成した試料のX線回
折パターンを示す図である。 【図4】図2に示すパターンより求めたLiy (Coy
Mnx )O2 のy値と格子定数との関係を示す図であ
る。 【符号の説明】 1 正極 2 負極 3 セパレータ
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view showing an example of a lithium secondary battery according to the present invention. FIG. 2 is a view showing an X-ray diffraction pattern of a sample synthesized by firing a mixture of LiCoO 2 and MnO 2 synthesized at 700 ° C. at 900 ° C. FIG. 3 LiCoO 2 and MnO 2 synthesized at 1100 ° C.
FIG. 6 is a view showing an X-ray diffraction pattern of a sample synthesized by firing a mixture of the above at 900 ° C. FIG. 4 shows Li y (Co y) obtained from the pattern shown in FIG.
Is a diagram showing a relationship between Mn x) O 2 of the y values and the lattice constant. [Description of Signs] 1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山中 昭司 広島県広島市南区南蟹屋一丁目3番35号 1105号室 Fターム(参考) 4G048 AA04 AB01 AC06 AD03 AE05 5H029 AJ03 AJ05 AK02 AL01 AL12 AM05 AM07 BJ03 BJ12 EJ01 EJ04 EJ12 HJ02 5H050 AA07 AA08 BA17 CA08 CB12 EA02 EA10 EA11 EA22 EA23 EA24 HA02 HA13    ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Shoji Yamanaka             1-335 Minamikaniya, Minami-ku, Hiroshima-shi, Hiroshima             Room 1105 F-term (reference) 4G048 AA04 AB01 AC06 AD03 AE05                 5H029 AJ03 AJ05 AK02 AL01 AL12                       AM05 AM07 BJ03 BJ12 EJ01                       EJ04 EJ12 HJ02                 5H050 AA07 AA08 BA17 CA08 CB12                       EA02 EA10 EA11 EA22 EA23                       EA24 HA02 HA13

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 リチウム金属、リチウム合金またはリチ
ウム化合物を負極に用いるリチウム二次電池において、
正極活物質として、LiCoO2 のc軸方向の格子定数
0 よりも大きいc軸方向の格子定数c0 を有するLi
y (Coy Mnx )O2 (ただし、MはMn、Ti、P
b、Sn、Fe、Ni、InおよびBiより選択される
少なくとも1種の金属であり、x+y=1)を用いたこ
とを特徴とするリチウム二次電池。
Claims 1. A lithium secondary battery using a lithium metal, a lithium alloy or a lithium compound for a negative electrode,
Li having a lattice constant c 0 in the c-axis direction larger than the lattice constant c 0 in the c-axis direction of LiCoO 2 as the positive electrode active material.
y (Co y Mn x) O 2 ( however, M is Mn, Ti, P
A lithium secondary battery using at least one metal selected from b, Sn, Fe, Ni, In and Bi, and using x + y = 1).
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