JP2003109592A - リチウム二次電池およびその製造方法 - Google Patents

リチウム二次電池およびその製造方法

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JP2003109592A
JP2003109592A JP2001302886A JP2001302886A JP2003109592A JP 2003109592 A JP2003109592 A JP 2003109592A JP 2001302886 A JP2001302886 A JP 2001302886A JP 2001302886 A JP2001302886 A JP 2001302886A JP 2003109592 A JP2003109592 A JP 2003109592A
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positive electrode
secondary battery
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JP2001302886A
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Kazuyuki Kawakami
和幸 川上
Nobumichi Nishida
伸道 西田
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 粒径が大きい正極活物質粒子を用いても、高
密度に充填できるようにして、高容量でサイクル特性に
優れたリチウム二次電池を得られるようにする。 【解決手段】 本発明のリチウム二次電池は、リチウム
イオンの吸蔵・放出が可能な正極活物質を備え、この正
極活物質は一次粒子が凝集した大粒径で略球形の二次粒
子の体積割合が多く、かつ大粒径で略球形の二次粒子の
間に体積割合が少ない小粒径の一次粒子あるいは二次粒
子が混在しているとともに、体積割合が少ない小粒径の
一次粒子あるいは二次粒子の個数割合を大粒径で略球形
の二次粒子の個数割合よりも多くしている。これによ
り、高密度充填化が可能になって、充放電を繰り返して
も容量維持率の低下を抑制でき、サイクル特性が向上し
た電池が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオンの
吸蔵・放出が可能な正極活物質を備えたリチウム二次電
池およびその製造方法に係り、特に、このリチウム二次
電池に用いられる正極の改良に関する。
【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、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な炭素
材料などを負極活物質とし、リチウム含有マンガン酸化
物(LiMn24)、リチウム含有コバルト酸化物(L
iCoO2)、リチウム含有ニッケル酸化物(LiNi
2)等のリチウムイオンの吸蔵・放出が可能なリチウ
ム含有遷移金属酸化物を正極活物質とするリチウム二次
電池が、小型軽量でかつ高エネルギー密度な電池として
実用化されるようになった。
【0003】この種のリチウム二次電池は、主として、
円筒型電池と角型電池が用いられる。円筒型電池は、正
極と負極をセパレータを介して渦巻状に巻回した電極群
を円筒型の外装缶内に収容して形成されるものである。
また、角型電池は、板状の正極板と負極板の複数枚をセ
パレータを介して交互に積層した電極群や、帯状の正極
板と負極板をセパレータを介して渦巻状に巻回し、その
後外装缶に挿入可能な形状に成形した電極群を、角型の
外装缶内に収容して形成されるものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的に、
円筒型電池は角型電池よりもサイクル特性が劣るが、サ
イクル特性が劣る理由は以下のように考えられる。即
ち、充電時においては、負極が膨張するため、この負極
の膨張に伴い、特に、渦巻状に巻回した電極群の中心部
の正極および負極の中央部に電解液が移動して偏在する
という現象が生じる。そして、電解液が正極および負極
の中央部に移動して偏在すると、充電時の各電極内で、
電流が集中する部分(電流密度が高い)とそうでない部
分(電流密度が低い)が生じて、電流密度が不均一化す
る。すると、電流密度が高い部分では、負極の内部に入
りきれない金属リチウムが負極表面に析出するようにな
る。
【0005】負極表面に析出した金属リチウムの一部は
不活性化して、充放電反応に寄与しなくなる。このよう
な状態で、充放電サイクルを繰り返すと、充放電反応に
寄与しない不活性な金属リチウムが増大する。これによ
り、放電容量が減少して、サイクル特性が劣化すること
となる。そこで、種々の実験を行った結果、粒径が大き
い正極活物質粒子を用いればサイクル特性が向上する傾
向にあることが分かった。このようなサイクル特性が向
上する傾向は、高温(60℃)の雰囲気での充放電サイ
クルや、通常よりも過充電あるいは過放電したサイクル
でも同様に認められる。
【0006】しかしながら、粒径が大きい正極活物質粒
子を用いると、粒子間に大きな空隙ができるため、この
ような粒径が大きい正極活物質粒子を高充填密度に充填
することが困難になる。そこで、正極活物質粒子を高密
度に充填しようとして、圧延時の加圧力を大きくして過
大な加圧力を付加すると、正極活物質粒子が粉砕されて
粒径が小さくなり、充放電サイクル特性が悪化するとい
う問題を生じた。本発明は上記問題点を解消するために
なされたものであって、粒径が大きい正極活物質粒子を
用いても、高密度に充填できるようにして、高容量でサ
イクル特性に優れたリチウム二次電池を得られるように
することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のリチウム二次電池は、リチウムイオンの吸
蔵・放出が可能な正極活物質を備え、この正極活物質は
一次粒子が凝集した大粒径の二次粒子の体積割合が多
く、かつ該大粒径の二次粒子の間に体積割合が少ない小
粒径の一次粒子あるいは二次粒子が混在しているととも
に、体積割合が少ない小粒径の一次粒子あるいは二次粒
子の個数割合を大粒径で略球形の二次粒子の個数割合よ
りも多くしている。
【0008】このように、一次粒子が凝集した大粒径の
二次粒子の体積割合が多いと、充放電サイクルを繰り返
すことにより生じる負極表面への金属リチウムの析出が
抑制され、金属リチウムの析出に起因する容量減少も抑
制できる。これにより、充放電サイクルを繰り返しても
放電容量を維持できるようになって、サイクル特性が向
上した電池が得られる。この場合、粒径が大きい活物質
粉末を用いると、活物質粉末間に隙間ができやすくなっ
て、高充填化が困難になる。ところが、大粒径で略球形
の二次粒子の間に体積割合が少ない小粒径の一次粒子あ
るいは二次粒子が混在していると、粒径の小さい活物質
粉末が粒径が大きい活物質粉末間を埋めることができる
ので、高充填化が可能になる。この結果、高容量の電池
が得られるようになる。
【0009】そして、活物質の粒径分布が、体積分布で
の粒径分布において、10%累積径(D10)が2.0
〜3.48μm、50%累積径(D50)が9.7〜1
3.0μm、90%累積径(D90)が18.6〜2
2.1μmであり、かつ個数分布での粒径分布におい
て、10%累積径が0.52〜1.09μm、50%累
積径が0.93〜1.87μm、90%累積径が2.1
7〜3.90μmであると、大粒径で略球形の二次粒子
の間に体積割合が少ない小粒径の一次粒子あるいは二次
粒子が混在した活物質となる。この場合、正極活物質と
しては、コバルト酸リチウム、スピネル型マンガン酸リ
チウム、ニッケル酸リチウムから選択される少なくとも
1種を含有させるのが望ましい。
【0010】そして、上記目的を達成するため、本発明
のリチウム二次電池の製造方法は、遷移金属を溶解させ
た酸溶液を沈殿させて遷移金属水酸化物を含む沈殿物と
する沈殿工程と、この遷移金属水酸化物にリチウム含有
化合物を混合して混合物とする混合工程と、この混合物
を焼成する焼成工程と、焼成された混合物を粉砕する粉
砕工程とを備えるようにしている。ここで、コバルト、
マンガン、ニッケルなどの遷移金属を溶解させた酸溶液
に、例えば水酸化ナトリウムなどを加えて中和を行う
と、水酸化コバルト、水酸化マンガン、水酸化ニッケル
などの遷移金属の水酸化物が沈殿する。この水酸化物は
一次粒子が凝集した略球形の二次粒子となる。これを乾
燥させた後、炭酸リチウムなどのリチウム含有化合物を
混合して焼成すると、コバルト酸リチウム、マンガン酸
リチウム、ニッケル酸リチウムなどリチウム含有遷移金
属酸化物が得られる。
【0011】これを粉砕機に投入して、粉砕時間、粉砕
羽根の形状や角度、回転速度あるいは粉砕方式を適宜調
節して粉砕具合を調整する。これにより、一次粒子が凝
集した大粒径の二次粒子の体積割合が多く、かつ該大粒
径の二次粒子の間に体積割合が少ない小粒径の一次粒子
あるいは二次粒子が混在し、かつ体積割合が少ない小粒
径の一次粒子あるいは二次粒子の個数割合が大粒径の二
次粒子の個数割合よりも多い正極活物質が得られる。ま
た、体積分布での粒径分布において、10%累積径が
2.0〜3.48μm、50%累積径が9.7〜13.
0μm、90%累積径が18.6〜22.1μmで、か
つ個数分布での粒径分布において、10%累積径が0.
52〜1.09μm、50%累積径が0.93〜1.8
7μm、90%累積径が2.17〜3.90μmとなる
粒径分布の正極活物質が得られる。
【0012】
【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.正極活物質の調製 金属コバルトを酸(例えば、硝酸、硫酸など)に溶解さ
せた後、これに中和剤(例えば、水酸化ナトリウムな
ど)を投入してpH値を上昇させて、水酸化物を沈殿さ
せた。なお、この沈殿物は一次粒子が略球形に凝集した
2次粒子からなるものである。ついで、得られた沈殿物
を洗浄、乾燥した後、これに炭酸リチウムを混合して混
合物とした後、この混合物を700℃〜1000℃の温
度で焼成して、コバルト酸リチウム(LiCoO2)を
得た。なお、このとき得られたコバルト酸リチウムは、
焼成に用いた水酸化物の形状を継承するので、水酸化物
同様、略球形の凝集粒子である。ついで、得られたコバ
ルト酸リチウム(LiCoO 2)を粉砕機に投入し、粉
砕時間を調整して、下記の表1に示すような粒径分布と
なる正極活物質を調製した。
【0013】ここで、体積分布において、D10(10
%累積径)が2.5μm、D50(50%累積径)が1
1.1μm、D90(90%累積径)が22.1μm
で、かつ、個数分布において、D10が0.52μm、
D50が0.93μm、D90が2.35μmの粒径分
布となるものを実施例1の活物質aとした。また、体積
分布において、D10が2.0μm、D50が9.7μ
m、D90が18.6μmで、かつ、個数分布におい
て、D10が0.52μm、D50が0.96μm、D
90が2.17μmの粒径分布となるものを実施例2の
活物質bとした。
【0014】また、体積分布において、D10が3.4
6μm、D50が11.9μm、D90が22.5μm
で、かつ、個数分布において、D10が0.92μm、
D50が1.60μm、D90が3.75μmの粒径分
布となるものを実施例3の活物質cとした。さらに、体
積分布において、D10が3.48μm、D50が1
3.0μm、D90が22.1μmで、かつ、個数分布
において、D10が1.09μm、D50が1.87μ
m、D90が3.90μmの粒径分布となるものを実施
例4の活物質dとした。
【0015】また、体積分布において、D10が2.3
8μm、D50が5.89μm、D90が8.32μm
で、かつ、個数分布において、D10が0.91μm、
D50が1.61μm、D90が3.89μmの粒径分
布となるものを比較例1の活物質xとした。さらに、体
積分布において、D10が2.32μm、D50が5.
70μm、D90が12.6μmで、かつ、個数分布に
おいて、D10が0.53μm、D50が1.01μ
m、D90が2.93μmの粒径分布となるものを比較
例2の活物質yとした。
【0016】さらに、得られた実施例1の活物質aを過
粉砕して、粒径を小さくしたものを比較例3の活物質z
とした。なお、活物質zの粒径分布は、体積分布におい
て、D10が1.14μm、D50が6.02μm、D
90が16.3μmで、かつ、個数分布において、D1
0が0.27μm、D50が0.36μm、D90が
0.89μmであった。なお、下記の表1には、各活物
質a,b,c,d,x,y,zの比表面積(cm2
g)および嵩密度(g/cm3)を測定した結果も併せ
て示している。
【0017】
【表1】
【0018】なお、これらの活物質a,b,c,d,
x,y,zの粒径の測定には、レーザ回折装置(島津製
作所製:SALD−2000)を用いてレーザ回折法に
より行った。また、活物質aの粒径分布をグラフで表す
と、図1に示すような結果になり、活物質dの粒径分布
をグラフで表すと、図2に示すような結果になった。ま
た、活物質xの粒径分布をグラフで表すと、図3に示す
ような結果になり、活物質yの粒径分布をグラフで表す
と、図4に示すような結果になった。なお、図1〜図4
において、(a)は体積分布を表し、(b)は個数分布
を表している。また、図1〜図4において、□印は頻度
値を表し、○印は積算値を表している。
【0019】上記表1から以下のことが明らかになる。
即ち、活物質a,b,c,dと活物質x,yとを比較す
ると、活物質a,b,c,dの方が、体積分布における
D50(50%累積径)およびD90(90%累積径)
が大きい。一方、個数分布におけるD50は同程度であ
る。これは、活物質a,b,c,dは粒径が大きい粒子
の体積割合が多い一方で、粒径が小さい粒子も含んでい
ることを意味する。これに対して、活物質x,yは活物
質a,b,c,dとにてはいるものの、体積割合が多い
粒子の粒径が約半分以下と明らかに小さく、粒径がさら
に小さい粒子も含んでいることを意味する。
【0020】このことは、図1および図2のグラフと、
図3および図4のグラフを比較すると明確になる。即
ち、体積分布において、図1(a)および図2(a)の
頻度(図の□印)が大きい粒径は20μm前後であり、
図3(a)および図4(a)の頻度(図1の□印)が大
きい粒径は6μm前後である。一方、個数分布におい
て、図1(b)および図2(b)の頻度(図の□印)が
大きい粒径は0.6μm前後あるいは1.5μm前後で
あり、図3(b)および図4(b)の頻度(図の□印)
が大きい粒径は1.5μm前後あるいは0.6μm前後
である。
【0021】これは、活物質a,dにおいては、粒径が
20μm前後の大粒径の活物質粉末の容積が大きいが、
粒子数の面から見ると、粒径が小さい0.6〜1.5μ
mの小粒径の活物質粉末が多いことを意味している。ま
た、活物質a,b,c,dの方が、活物質x,yよりも
嵩密度が高いことが分かる。これは、活物質a,b,
c,dを用いると、高密度に充填できることを意味して
いる。
【0022】したがって、体積分布において、D10
(10%累積径)が2.0〜3.48μm、D50(5
0%累積径)が9.7〜13.0μm、D90(90%
累積径)18.6〜22.1μm、かつ、個数分布にお
いて、D10が0.52〜1.09μm、D50が0.
93〜1.87μm、D90が2.17〜3.90μm
の粒径分布となる活物質、即ち、活物質a,b,c,d
を用いれば、粒径が大きいためにサイクル特性が向上
し、かつ個数割合が多い小粒径の粒子が大粒子の隙間を
埋めることで、高密度充填が可能になると推測できる。
そこで、以下において、上述のような正極活物質a,
b,c,dを用いてリチウム二次電池を作製し、これら
のサイクル特性について検討することとした。
【0023】2.リチウム二次電池の作製 まず、上述のようにして調製した正極活物質a,b,
c,d,x,y,zを用いて、これに導電剤としての人
造黒鉛粉末と、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)
にポリフッ化ビニリデン(PVdF)を5質量%溶解し
た結着剤溶液を添加、混合し、混練して正極スラリーを
調製した。ついで、正極スラリーをドクターブレード法
により、厚みが20μmのアルミニウム箔からなる正極
集電体の両面に塗布して、正極合剤層を形成した。この
正極合剤層を加熱乾燥させた後、所定の充填密度になる
ように圧延し、所定の形状に切断して帯状の正極を作製
した。なお、乾燥圧延後の正極合剤層に対する活物質、
導電剤および結着剤の質量割合が90%、5%、5%と
なるように配合されている。
【0024】また、この黒鉛粉末と、結着剤としてのス
チレン−ブタジエンゴム(SBR)とのディスパージョ
ンを水に分散させた後、増粘剤となるカルボキシメチル
セルロース(CMC)を添加、混合して負極スラリーを
調製した。ついで、この負極スラリーをドクターブレー
ド法により、銅箔からなる負極集電体の両面に塗布し
て、負極活物質層を形成した。この後、乾燥させた後、
所定の充填密度になるように圧延し、所定の形状に切断
して帯状の負極を作製した。一方、ジメチルカーボネー
ト(DMC)とエチレンカーボネート(EC)との混合
溶媒(DMC:EC=60:40:体積比)にLiPF
6を1モル/リットル溶解して非水電解液を調製した。
【0025】ついで、上述のようにして作製した正極と
負極との間にポリエチレン製微多孔膜からなるセパレー
タを介在させて重ね合わせて渦巻状に巻回して電極群と
したた。ついで、この電極群を円筒型の外装缶(186
50形および18500形の外装缶)の開口部より挿入
した。この後、負極より延出するリードを負極端子に溶
接し、正極より延出するリードを正極端子に溶接した。
ついで、上述のように調製した電解液を外装缶内に注入
した後、外装缶の開口部に封口体を配置し、封口体を外
装缶上端部周辺でかしめることにより封止した。これに
より、直径が18mm、高さが65mmの18650形
のリチウム二次電池A,B,X,Zと、18mm、高さ
が50mmの18500形のリチウム二次電池C,D,
Yをそれぞれ作製した。
【0026】ここで、18650形の外装缶を用いて、
正極活物質aを用いたものをリチウム二次電池Aとし、
正極活物質bを用いたものをリチウム二次電池Bとし、
正極活物質xを用いたものをリチウム二次電池Xとし、
正極活物質zを用いたものをリチウム二次電池Zとし
た。また、18500形の外装缶を用いて、正極活物質
cを用いたものをリチウム二次電池Cとし、正極活物質
dを用いたものをリチウム二次電池Dとし、正極活物質
yを用いたものをリチウム二次電池Yとした。
【0027】3.サイクル特性試験 (1)通常サイクル これらの各電池A,B,X,ZおよびC,D,Yをそれ
ぞれ用いて、室温(約25℃)で、1It(Itは設計
容量(mA)/1h(時間)で表される数値)の充電電
流で、電池電圧が4.2Vになるまで定電流充電し、
4.2Vの定電圧で電流値が20mAに達するまで定電
圧充電した。この後、1Itの放電電流で、電池電圧が
2.75Vに達するまで放電させるという充放電サイク
ルを100サイクル繰り返して行って、100サイクル
目の放電容量(mAh)を求めた。ついで、1サイクル
目の放電容量と100サイクル目の放電容量との比率
(%)、即ち、100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。
【0028】(2)過充電サイクル また、これらの各電池A,B,X,ZおよびC,D,Y
をそれぞれ用いて、室温(約25℃)で、1Itの充電
電流で、電池電圧が4.25Vになるまで定電流充電
し、4.25Vの定電圧で電流値が20mAに達するま
で定電圧充電した。この後、1Itの放電電流で、電池
電圧が2.75Vに達するまで放電させるという充放電
サイクルを100サイクル繰り返して行って、100サ
イクル目の放電容量(mAh)を求めた。ついで、1サ
イクル目の放電容量と100サイクル目の放電容量との
比率(%)、即ち、100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。
【0029】(3)過放電サイクル また、これらの各電池A,B,X,ZおよびC,D,Y
をそれぞれ用いて、室温(約25℃)で、1Itの充電
電流で、電池電圧が4.2Vになるまで定電流充電し、
4.2Vの定電圧で電流値が20mAに達するまで定電
圧充電した。この後、1Itの放電電流で、電池電圧が
2.4Vに達するまで放電させるという充放電サイクル
を100サイクル繰り返して行って、100サイクル目
の放電容量(mAh)を求めた。ついで、1サイクル目
の放電容量と100サイクル目の放電容量との比率
(%)、即ち、100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。
【0030】(4)高温サイクル また、これらの各電池A,B,X,ZおよびC,D,Y
をそれぞれ用いて、高温(60℃)で、1It(Itは
定格容量(mA)/1h(時間)で表される数値)の充
電電流で、電池電圧が4.2Vになるまで定電流充電
し、4.2Vの定電圧で電流値が20mAに達するまで
定電圧充電した。この後、1Itの放電電流で、電池電
圧が2.75Vに達するまで放電させるという充放電サ
イクルを100サイクル繰り返して行って、100サイ
クル目の放電容量(mAh)を求めた。ついで、1サイ
クル目の放電容量と100サイクル目の放電容量との比
率(%)、即ち、100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。
【0031】
【表2】
【0032】上記表2の結果から明らかなように、18
650形の電池において、通常サイクル、過充電サイク
ル、過放電サイクルおよび高温サイクルの全てのサイク
ル試験おいて、電池A,Bは電池X,Zよりも容量維持
率が向上していることが分かる。また、18500形の
電池においても、通常サイクル、過充電サイクル、過放
電サイクルおよび高温サイクルの全てのサイクル試験お
いて、電池C,Dは電池Yよりも容量維持率が向上して
いることが分かる。そして、試験後の各電池A,B,
C,D,X,Y,Zを充電状態で解体したところ、電池
X,Y,Zにおいては、負極の一部の表面に金属リチウ
ムの析出が認められたが、電池A,B,C,Dにおいて
は、金属リチウムの析出は認められなった。
【0033】これは、正極活物質粉末の粒径を大きくす
ると、充放電サイクルを繰り返すことにより生じる負極
表面への金属リチウムの析出が抑制され、金属リチウム
の析出に起因する容量減少も抑制されるためである。こ
のことは、活物質aを過粉砕した活物質zを用いた電池
Zにおいては、容量維持率が電池X,Yと同程度かそれ
よりも劣っていることから理解できる。このような結果
となった理由は以下のように推測できる。即ち、円筒型
電池は、充電時において、負極の膨張に伴い、電極群の
中心部の正極および負極の中央部に電解液が移動して偏
在するという現象が生じて、電極内で電流が集中する部
分(電流密度が高い)とそうでない部分(電流密度が低
い)が生じる。すると、電流密度が高い部分では負極表
面に金属リチウムが析出し、この金属リチウムの一部が
不活性化して充放電に寄与しなくなる。
【0034】ところで、粒径が小さい活物質の場合に
は、電解液が減少すると電解液に接しない活物質粉末が
存在するようになって、充放電反応が起こりにくくな
る。ところが、粒径が大きい活物質a,b,c,dを用
いると、1つの粉末粒子当たりの表面積が大きいため
に、粉末粒子表面のいずれかで電解液に接する可能性が
高くなって、充放電反応が可能になる。なお、活物質粉
末の粒径を大きくし過ぎると、大きすぎる粒径の活物質
の内部に存在するリチウムが充放電しにくくなる。ま
た、大きすぎる粒径の活物質は、スラリー中で凝集を起
こしやすいため、得られた正極の表面状態が悪化する。
このことから、活物質粉末の粒径を大きくしても、適度
の大きさにするのが望ましい。
【0035】また、活物質a,b,c,dは、活物質
x、y,zよりも圧縮に必要な圧力が減少して、圧延工
程での圧縮力を小さくすることが可能であった。このこ
とは、活物質a,b,c,dを用いると、活物質の充填
性において有利であることを示している。これは、粒径
が大きい活物質粉末を用いると、本来は、活物質粉末間
に隙間ができやすくなって、高充填化が困難になる。と
ころが、活物質a,b,c,dは、粒径の小さい活物質
粉末が適度に含有されているため、これが粒径が大きい
活物質粉末間を埋めることにより、高充填化が容易にな
る。このことは、活物質x、yの嵩密度が0.92〜
1.05g/cm3であるのに対して、活物質a,b,
c,dの嵩密度が1.20〜1.26g/cm3と高め
になっていることからも推定できる。
【0036】ここで、粒径の小さい活物質粉末の占める
体積割合が増大すると、活物質x、y,zのように容量
維持率が低下するようになる。ところが、活物質a,
b,c,dにおいては、粒径の小さい活物質粉末の占め
る体積割合は全活物質粉末全体に対して10%程度であ
るので、容量維持率を左右する粒径が大きい活物質の体
積割合がほとんどを占めていることになる。このことか
ら、活物質a,b,c,dを用いてもサイクル特性が低
下することはない。
【0037】以上のことから、体積分布において、D1
0(10%累積径)が2.0〜3.48μm、D50
(50%累積径)が9.7〜13.0μm、D90(9
0%累積径)18.6〜22.1μm、かつ、個数分布
において、D10が0.52〜1.09μm、D50が
0.93〜1.87μm、D90が2.17〜3.90
μmの粒径分布となる活物質、即ち、活物質a,b,
c,dを用いれば、充放電を繰り返しても容量維持率の
低下を抑制した正極が得られるようになる。このため、
この正極を用いればサイクル特性が向上し、かつ高密度
充填が可能で高容量の電池が得られるようになる。
【0038】なお、上記表2の結果から、活物質a,
b,c,dを用いても、18650形の電池に適用した
場合と、18500形の電池に適用した場合とで、効果
が異なることが分かる。即ち、18650形の電池A,
Bにおいては、通常サイクル、過充電サイクルおよび過
放電サイクルでの容量維持率の向上効果は大きいが、1
8500形の電池C,Dにおいては、通常サイクル、過
充電サイクルおよび過放電サイクルでの容量維持率の向
上効果は電池A,Bより小さくなっている。
【0039】このような結果となった理由は以下のよう
に推測できる。18650形のように電池高が高い電池
にあっては、電極の高さも高く(長く)なるため、電極
の中央部から上下端部までの距離が大きくなる。このた
め、電池高が高い電池においては、電極の上下端部での
電解液不足が大きくなる。一方、18500形の電池高
が低い電池にあっては、電極の高さも低く(短く)なる
ため、電極の中央部から上下端部までの距離が小さくな
る。このため、電池C,Dにおいては、電解液不足の割
合が電池A,Bよりは減少して、通常サイクル、過充電
サイクルおよび過放電サイクルでの容量維持率の向上効
果がそれほど発揮できなかったと考えられる。このこと
から、本発明の活物質a,b,c,dを電池高が高い電
池に適用すると、より効果的であることが分かる。
【0040】上述したように、本発明においては、一次
粒子が凝集した大粒径で略球形の二次粒子の体積割合が
多いので、充放電サイクルを繰り返すことにより生じる
負極表面への金属リチウムの析出が抑制され、金属リチ
ウムの析出に起因する容量減少も抑制できるようにな
る。これにより、充放電を繰り返しても容量維持率の低
下を抑制でき、サイクル特性が向上した電池が得られ
る。この場合、大粒径で略球形の二次粒子の間に体積割
合が少ない小粒径の一次粒子あるいは二次粒子が混在し
ているので、粒径の小さい活物質粉末が粒径が大きい活
物質粉末間を埋めることにより、高密度充填化が可能に
なる。この結果、高容量の電池が得られるようになる。
【0041】なお、上述した実施の形態においては、正
極活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO2)を
用いる例について説明したが、コバルト酸リチウム(L
iCoO2)以外に、スピネル型マンガン酸リチウム
(LiMn24)あるいはニッケル酸リチウム(LiN
iO2)から選択して用いるようにしてもよい。この場
合、コバルト酸リチウムとしては、組成式がLiCo
1-XX2(但し、MはB,Mg,Ca,Sr,Ba,
Ti,V,Cr,Fe,Ni,Cu,Al,In,N
b,Mo,W,Y,Rhから選択される少なくとも一種
の元素であり、0≦X≦0.1である)で表される組成
のものが望ましい。
【0042】また、スピネル型マンガン酸リチウムとし
ては、組成式がLi1+XMn2-YZ4(但し、MはB,
Mg,Ca,Sr,Ba,Ti,V,Cr,Fe,C
o,Ni,Cu,Al,In,Nb,Mo,W,Y,R
hから選択される少なくとも一種の元素であり、0.5
4≦((1+X)+Z)/(2−Y)≦0.62で、−
0.15≦X≦0.15で、Y≦0.5で、0≦Z≦
0.1である)で表される組成のものが望ましい。この
うち、特に優れた高温特性(高温での充放電サイクル、
高温保存性等)を示すためには、Mg添加系あるいはA
l添加系のものを用いるのが望ましい。
【0043】また、ニッケル酸リチウムとしては、組成
式がLiNi1+XX2(但し、MはB,Mg,Ca,
Sr,Ba,Ti,V,Cr,Fe,Co,Cu,A
l,In,Nb,Mo,W,Y,Rhから選択される少
なくとも一種の元素であり、0≦X≦0.4である)で
表されるニッケル酸リチウムが望ましい。このうち、特
に容量と熱的安定性の点からLiNi0.8Co0.22
LiNi0.6Co0.3Mn0 .12、LiNi0.8Co0.175
MAl0.0252等が望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1の正極活物質の粒径分布を
示す図であり、図1(a)は体積分布を示し、図1
(b)は個数分布を示す。
【図2】 本発明の実施例4の正極活物質の粒径分布を
示す図であり、図2(a)は体積分布を示し、図2
(b)は個数分布を示す。
【図3】 比較例1の正極活物質の粒径分布を示す図で
あり、図3(a)は体積分布を示し、図3(b)は個数
分布を示す。
【図4】 比較例2の正極活物質の粒径分布を示す図で
あり、図4(a)は体積分布を示し、図4(b)は個数
分布を示す。
【符号の説明】
□印…粒径分布の頻度値、○印…粒径分布の積算値
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G048 AA04 AB02 AC06 AD03 AE05 5H011 AA03 BB04 CC06 5H029 AJ03 AJ05 AK03 AL07 AM03 AM05 AM07 BJ02 BJ14 CJ01 CJ02 CJ07 CJ08 DJ02 DJ16 DJ17 EJ01 HJ05 5H050 AA07 AA08 BA16 CA08 CA09 CB08 FA05 FA17 FA19 GA02 GA05 GA06 GA09 GA10 HA05

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な正
    極活物質を備えたリチウム二次電池であって、 前記正極活物質は一次粒子が凝集した大粒径の二次粒子
    の体積割合が多く、かつ該大粒径の二次粒子の間に体積
    割合が少ない小粒径の一次粒子あるいは二次粒子が混在
    しているとともに、 前記体積割合が少ない小粒径の一次粒子あるいは二次粒
    子の個数割合を前記大粒径の二次粒子の個数割合よりも
    多くしたことを特徴とするリチウム二次電池。
  2. 【請求項2】 前記大粒径の二次粒子は略球形であるこ
    とを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池。
  3. 【請求項3】 リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な正
    極活物質を備えたリチウム二次電池であって、 前記正極活物質は、体積分布での粒径分布において、1
    0%累積径が2.0〜3.48μm、50%累積径が
    9.7〜13.0μm、90%累積径が18.6〜2
    2.1μmであり、かつ個数分布での粒径分布におい
    て、10%累積径が0.52〜1.09μm、50%累
    積径が0.93〜1.87μm、90%累積径が2.1
    7〜3.90μmであることを特徴とするリチウム二次
    電池。
  4. 【請求項4】 前記正極活物質は、コバルト酸リチウ
    ム、スピネル型マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウ
    ムから選択される少なくとも1種を含有することを特徴
    とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のリチウ
    ム二次電池。
  5. 【請求項5】 前記正極活物質を円筒型の外装缶内に備
    えたことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか
    に記載のリチウム二次電池。
  6. 【請求項6】 リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な正
    極活物質を備えたリチウム二次電池の製造方法であっ
    て、 遷移金属を溶解させた酸溶液を沈殿させて遷移金属水酸
    化物を含む沈殿物を得る沈殿工程と、 前記遷移金属水酸化物にリチウム含有化合物を混合して
    混合物とする混合工程と、 前記混合物を焼成する焼成工程と、 前記焼成された混合物を粉砕する粉砕工程とを備え、 前記粉砕工程において、前記焼成された混合物を一次粒
    子が凝集した大粒径の二次粒子の体積割合が多く、かつ
    該大粒径の二次粒子の間に体積割合が少ない小粒径の一
    次粒子あるいは二次粒子が混在し、かつ前記体積割合が
    少ない小粒径の一次粒子あるいは二次粒子の個数割合が
    前記大粒径の二次粒子の個数割合よりも多くなるように
    粉砕具合を調整するようにしたことを特徴とするリチウ
    ム二次電池の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記粉砕工程において、前記焼成された
    混合物を体積分布での粒径分布において、10%累積径
    が2.0〜3.48μm、50%累積径が9.7〜1
    3.0μm、90%累積径が18.6〜22.1μmと
    なり、かつ個数分布での粒径分布において、10%累積
    径が0.52〜1.09μm、50%累積径が0.93
    〜1.87μm、90%累積径が2.17〜3.90μ
    mとなるように粉砕具合を調整するようにしたことを特
    徴とする請求項6に記載のリチウム二次電池の製造方
    法。
  8. 【請求項8】 前記沈殿物は、一次粒子が凝集した略球
    形の二次粒子であることを特徴とする請求項6または請
    求項7に記載のリチウム二次電池の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記遷移金属はコバルト、マンガン、ニ
    ッケルから選択される少なくとも1種を含有することを
    特徴とする請求項6から請求項8のいずかに記載のリチ
    ウム二次電池の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記リチウム含有化合物は炭酸リチウ
    ムであることを特徴とする請求項6から請求項9のいず
    れかに記載のリチウム二次電池の製造方法。
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