JP2003217589A - Lithium secondary battery - Google Patents

Lithium secondary battery

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JP2003217589A
JP2003217589A JP2002269701A JP2002269701A JP2003217589A JP 2003217589 A JP2003217589 A JP 2003217589A JP 2002269701 A JP2002269701 A JP 2002269701A JP 2002269701 A JP2002269701 A JP 2002269701A JP 2003217589 A JP2003217589 A JP 2003217589A
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lithium
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lithium secondary
concentration
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道夫 高橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium secondary battery which is superior in cycle characteristics at high temperature, while its positive electrode active material is lithium manganate of a spinel structure. <P>SOLUTION: This is a lithium secondary battery of which the positive electrode active material is lithium manganate having a spinel structure. The concentration of sodium in the lithium manganate is 50-5000 ppm. And the concentration of sodium in the lithium manganate is 50-50,000 ppm and the concentration of boron is 10 ppm or more. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】 本発明は、マンガン酸リチ
ウムを正極活物質として用いた、高温サイクル特性に優
れるリチウム二次電池に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a lithium secondary battery using lithium manganate as a positive electrode active material and having excellent high temperature cycle characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】 近年、携帯電話やVTR、ノート型パ
ソコン等の携帯型電子機器の小型軽量化が加速度的に進
行しており、その電源用電池として、正極活物質にリチ
ウム遷移元素複合酸化物を、負極活物質に炭素質材料
を、電解液にLiイオン電解質を有機溶媒に溶解した有
機電解液を用いた二次電池が用いられるようになってき
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, portable electronic devices such as mobile phones, VTRs, and notebook personal computers have been rapidly reduced in size and weight. As a power source battery, a lithium transition element composite oxide is used as a positive electrode active material. A secondary battery using a carbonaceous material as a negative electrode active material and an organic electrolytic solution obtained by dissolving a Li ion electrolyte in an organic solvent as an electrolytic solution has been used.

【0003】 このような電池は、一般的にリチウム二
次電池、若しくはリチウムイオン電池と称せられてお
り、エネルギー密度が大きく、また単電池電圧も約4V
程度と高い特徴を有することから、前記携帯型電子機器
のみならず、最近の環境問題を背景に、低公害車として
積極的な一般への普及が図られている電気自動車(以
下、「EV」と記す。)或いはハイブリッド電気自動車
(以下、「HEV」と記す。)のモータ駆動電源として
も注目を集めている。
Such a battery is generally called a lithium secondary battery or a lithium ion battery, has a large energy density, and has a unit cell voltage of about 4V.
Due to its high degree of features, not only the portable electronic device but also an electric vehicle (hereinafter referred to as “EV”), which has been widely popularized as a low-pollution vehicle due to recent environmental problems. Or as a motor drive power source for a hybrid electric vehicle (hereinafter referred to as “HEV”).

【0004】 このようなリチウム二次電池において
は、その電池容量や充放電サイクル特性(以下、「サイ
クル特性」という。)は、使用する正極活物質の材料特
性に依存するところが大きい。ここで、正極活物質とし
て用いられるリチウム遷移元素複合酸化物としては、具
体的には、コバルト酸リチウム(LiCoO 2)やニッ
ケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム
(LiMn24)等が挙げられる(例えば、特許文献1
〜5参照)。
In such a lithium secondary battery
Indicates its battery capacity and charge / discharge cycle characteristics (hereinafter
"Kuru characteristics". ) Indicates the material characteristics of the positive electrode active material used.
It largely depends on gender. Here, as the positive electrode active material
The lithium transition element composite oxide used as
Physically, lithium cobalt oxide (LiCoO 2) And Ni
Lithium Kerate (LiNiO2), Lithium manganate
(LiMn2OFour) And the like (for example, Patent Document 1)
~ 5).

【0005】[0005]

【特許文献1】特開2001-180939号公報[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 2001-180939

【特許文献2】特開平7−272765号公報[Patent Document 2] JP-A-7-272765

【特許文献3】特開2000−231921号公報[Patent Document 3] Japanese Patent Laid-Open No. 2000-231921

【特許文献4】特開平11−171551号公報[Patent Document 4] Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-171551

【特許文献5】特開2001−48547号公報[Patent Document 5] JP 2001-48547 A

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】 このような正極活物
質の中で、マンガン酸リチウムスピネル(化学量論組
成:LiMn24)は、原料が安価であり、また、出力
密度が大きく、電位が高いという特徴がある一方で、特
に高温時における充放電サイクルの繰り返しに伴って徐
々に放電容量が減少し、良好なサイクル特性が得られ難
いことが問題となっている。
Among such positive electrode active materials, lithium manganate spinel (stoichiometric composition: LiMn 2 O 4 ) is inexpensive as a raw material, has a large output density, and has a high potential. However, there is a problem in that it is difficult to obtain good cycle characteristics because the discharge capacity gradually decreases with repeated charge / discharge cycles especially at high temperatures.

【0007】 これは、電解液としてLiPF6系電解
液を用いて作製したリチウム二次電池の場合、高温条件
下においては系内でフッ化水素(HF)が発生し、これ
によりマンガン酸リチウムスピネルから一部のMnが電
解液中に溶出すると考えられている。即ち、高温条件下
においては、正極活物質の劣化、並びに負極活物質への
悪影響が引き起こされるために、電池のサイクル特性が
低下するものと考えられている。
This is because in the case of a lithium secondary battery produced by using a LiPF 6 based electrolytic solution as an electrolytic solution, hydrogen fluoride (HF) is generated in the system under high temperature conditions, which causes lithium manganate spinel. Therefore, it is considered that a part of Mn is eluted in the electrolytic solution. That is, it is considered that under high temperature conditions, the positive electrode active material is deteriorated and the negative electrode active material is adversely affected, so that the cycle characteristics of the battery are deteriorated.

【0008】 本発明は、このような従来技術の有する
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、正極活物質がマンガン酸リチウムスピネルであ
りながらも、高温時におけるサイクル特性に優れたリチ
ウム二次電池を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide cycle characteristics at high temperature even when the positive electrode active material is lithium manganate spinel. To provide an excellent lithium secondary battery.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】 即ち、本発明によれ
ば、正極活物質がスピネル構造を有するマンガン酸リチ
ウムであるリチウム二次電池であって、前記マンガン酸
リチウムのナトリウム濃度が50〜5000ppmであ
ることを特徴とするリチウム二次電池が提供される。こ
れを第1の発明とする。更に本発明によれば、正極活物
質がスピネル構造を有するマンガン酸リチウムであるリ
チウム二次電池であって、前記マンガン酸リチウムのナ
トリウム濃度が50〜50000ppm、かつ硼素濃度
が10ppm以上であることを特徴とするリチウム二次
電池が提供される。これを第2の発明とする。
Means for Solving the Problems That is, according to the present invention, a lithium secondary battery in which the positive electrode active material is lithium manganate having a spinel structure, wherein the lithium manganate has a sodium concentration of 50 to 5000 ppm. There is provided a lithium secondary battery characterized by the above. This is the first invention. Furthermore, according to the present invention, the positive electrode active material is a lithium secondary battery in which lithium manganate having a spinel structure is used, and the sodium concentration of the lithium manganate is 50 to 50,000 ppm and the boron concentration is 10 ppm or more. A featured lithium secondary battery is provided. This is the second invention.

【0010】 第1の発明においては、マンガン酸リチ
ウムが、ナトリウム濃度が30ppm以上である炭酸リ
チウムと、ナトリウム濃度が50ppm以上である二酸
化マンガンを用いて合成されたものであることが好まし
い。
In the first aspect of the invention, it is preferable that the lithium manganate is synthesized using lithium carbonate having a sodium concentration of 30 ppm or more and manganese dioxide having a sodium concentration of 50 ppm or more.

【0011】 第1の発明においては、炭酸リチウムの
ナトリウム濃度が100ppm以上であることが好まし
く、また、二酸化マンガンのナトリウム濃度が400p
pm以上であることが好ましい。
In the first invention, the sodium concentration of lithium carbonate is preferably 100 ppm or more, and the sodium concentration of manganese dioxide is 400 p or less.
It is preferably at least pm.

【0012】 なお、第1の発明においては、マンガン
酸リチウムが、ナトリウム濃度が30ppm以上である
炭酸リチウムと、ナトリウム濃度が35ppm以上であ
る炭酸マンガンを用いて合成されたものであることが好
ましい。
In the first aspect of the invention, it is preferable that lithium manganate is synthesized using lithium carbonate having a sodium concentration of 30 ppm or more and manganese carbonate having a sodium concentration of 35 ppm or more.

【0013】 第1の発明においては、炭酸リチウムの
ナトリウム濃度が100ppm以上であることが好まし
く、また、炭酸マンガンのナトリウム濃度が100pp
m以上であることが好ましい。
In the first invention, the sodium concentration of lithium carbonate is preferably 100 ppm or more, and the sodium concentration of manganese carbonate is 100 pp.
It is preferably m or more.

【0014】 第1の発明においては、マンガン酸リチ
ウムのナトリウム濃度が500〜4000ppmである
ことが更に好ましく、1000〜3000ppmである
ことが特に好ましい。
In the first invention, the sodium concentration of lithium manganate is more preferably 500 to 4000 ppm, particularly preferably 1000 to 3000 ppm.

【0015】 第1の発明においては、マンガン酸リチ
ウムの、アルミニウム(Al)濃度が10〜30000
ppm及び/又は硼素(B)濃度が10〜4000pp
m及び/又はバナジウム(V)濃度が10〜4000p
pmであることが好ましく、アルミニウム濃度が10〜
20000ppmであることが更に好ましく、また、硼
素濃度が10〜2000ppmであることが更に好まし
く、また、バナジウム(V)濃度が10〜2000pp
mであることが更に好ましい。
In the first invention, the aluminum (Al) concentration of lithium manganate is 10 to 30000.
ppm and / or boron (B) concentration is 10 to 4000 pp
m and / or vanadium (V) concentration is 10 to 4000 p
pm is preferable, and the aluminum concentration is 10 to 10.
The concentration is more preferably 20000 ppm, the boron concentration is more preferably 10 to 2000 ppm, and the vanadium (V) concentration is 10 to 2000 pp.
More preferably m.

【0016】 第1の発明においては、マンガン酸リチ
ウムのLi/Mn比が0.5超であることが好ましく、
また、マンガン酸リチウム(LiMn24)中の遷移元
素Mnの一部を、Tiを含み、その他に、Li、Fe、
Ni、Mg、Zn、B、Al、Co、Cr、Si、S
n、P、V、Sb、Nb、Ta、Mo及びWからなる群
から選ばれる一種類以上の元素からなる、二種類以上の
元素で置換してなるLiMZMn2-Z4(但し、Mは置
換元素で、Zは置換量を示す。)を正極活物質として用
いたものであることが好ましい。
In the first invention, the Li / Mn ratio of lithium manganate is preferably more than 0.5,
Further, a part of the transition element Mn in lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) contains Ti, and in addition, Li, Fe,
Ni, Mg, Zn, B, Al, Co, Cr, Si, S
n, P, V, Sb, Nb, Ta, composed of one or more elements selected from the group consisting of Mo and W, LiM formed by substituted in two or more kinds of elements Z Mn 2-Z O 4 (provided that, It is preferable that M is a substitution element and Z is a substitution amount) as a positive electrode active material.

【0017】 第1の発明においては、マンガン酸リチ
ウムの格子定数が8.23オングストローム以下である
ことが好ましく、更に、格子定数が8.22オングスト
ローム以下であることが好ましい。
In the first invention, it is preferable that the lattice constant of lithium manganate is 8.23 angstroms or less, and further that the lattice constant is 8.22 angstroms or less.

【0018】 更に、第1の発明においては、マンガン
酸リチウムが、所定比に調整された各元素の塩及び/又
は酸化物の混合物を、酸化雰囲気、650〜1000℃
の範囲で、5〜50時間かけて焼成して得られたもので
あることが好ましい。なお、前記焼成は2回以上行うこ
とがより好ましく、更に、焼成回数を重ねる毎に焼成温
度を逐次高くすることが好ましい。
Further, in the first invention, lithium manganate is mixed with a salt and / or oxide mixture of each element adjusted to a predetermined ratio in an oxidizing atmosphere at 650 to 1000 ° C.
It is preferable that it is obtained by firing in the range of 5 to 50 hours. The firing is more preferably performed twice or more, and it is preferable that the firing temperature be successively increased each time the firing is repeated.

【0019】 第2の発明においては、硼素濃度が40
00ppm以下であることが好ましい。
In the second invention, the boron concentration is 40
It is preferably 00 ppm or less.

【0020】 第2の発明においては、マンガン酸リチ
ウムの、アルミニウム濃度が10〜30000ppm及
び/又はバナジウム濃度が10〜4000ppmである
ことが好ましい。
In the second invention, it is preferable that the lithium manganate has an aluminum concentration of 10 to 30000 ppm and / or a vanadium concentration of 10 to 4000 ppm.

【0021】 第2の発明においては、アルミニウム濃
度が10〜20000ppmであることが更に好まし
い。
In the second invention, the aluminum concentration is more preferably 10 to 20000 ppm.

【0022】 第2の発明においては、マンガン酸リチ
ウムのLi/Mn比が0.5超であることが好ましく、
また、マンガン酸リチウム(LiMn24)中の遷移元
素Mnの一部を、Tiを含み、その他に、Li、Fe、
Ni、Mg、Zn、B、Al、Co、Cr、Si、S
n、P、V、Sb、Nb、Ta、Mo及びWからなる群
から選ばれる一種類以上の元素からなる、二種類以上の
元素で置換してなるLiMZMn2-Z4(但し、Mは置
換元素で、Zは置換量を示す。)を正極活物質として用
いたものであることが好ましい。
In the second invention, the Li / Mn ratio of lithium manganate is preferably more than 0.5,
Further, a part of the transition element Mn in lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) contains Ti, and in addition, Li, Fe,
Ni, Mg, Zn, B, Al, Co, Cr, Si, S
n, P, V, Sb, Nb, Ta, composed of one or more elements selected from the group consisting of Mo and W, LiM formed by substituted in two or more kinds of elements Z Mn 2-Z O 4 (provided that, It is preferable that M is a substitution element and Z is a substitution amount) as a positive electrode active material.

【0023】 第2の発明においては、マンガン酸リチ
ウムの格子定数が8.23オングストローム以下である
ことが好ましく、更に、格子定数が8.22オングスト
ローム以下であることが好ましい。
In the second invention, the lattice constant of lithium manganate is preferably 8.23 angstroms or less, and further preferably the lattice constant is 8.22 angstroms or less.

【0024】 更に、第2の発明においては、マンガン
酸リチウムが、所定比に調整された各元素の塩及び/又
は酸化物の混合物を、酸化雰囲気、650〜1000℃
の範囲で、5〜50時間かけて焼成して得られたもので
あることが好ましい。なお、前記焼成は2回以上行うこ
とがより好ましく、更に、焼成回数を重ねる毎に焼成温
度を逐次高くすることが好ましい。
Further, in the second invention, lithium manganate is mixed with a salt and / or oxide mixture of each element adjusted to a predetermined ratio in an oxidizing atmosphere at 650 to 1000 ° C.
It is preferable that it is obtained by firing in the range of 5 to 50 hours. The firing is more preferably performed twice or more, and it is preferable that the firing temperature be successively increased each time the firing is repeated.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】 以下、本発明(第1の発明及び
第2の発明)の実施の形態について説明するが、本発明
は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明
の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づ
いて、適宜、設計の変更、改良等が加えられることが理
解されるべきである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention (first invention and second invention) will be described, but the present invention is not limited to the following embodiments. It should be understood that changes and improvements in design can be appropriately made based on the ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the invention.

【0026】 第1の発明は、正極活物質がスピネル構
造を有するマンガン酸リチウムであるリチウム二次電池
に関し、マンガン酸リチウムのナトリウム濃度が50〜
5000ppmであることを特徴とするものであり、高
温時におけるサイクル特性に優れている。なお、ppm
は重量比率を示す。以下、その詳細について説明する。
The first invention relates to a lithium secondary battery in which the positive electrode active material is lithium manganate having a spinel structure, and the sodium concentration of lithium manganate is 50 to 50.
It is characterized by being 5000 ppm, and has excellent cycle characteristics at high temperatures. Note that ppm
Indicates a weight ratio. The details will be described below.

【0027】 リチウム二次電池を高温条件下で用いた
場合においては、フッ化水素が不可避的に発生し、正極
活物質であるマンガン酸リチウムからMnが溶出し易く
なるために正極活物質の容量が低下してしまい、サイク
ル特性低下等の不具合が引き起こされる傾向にある。し
かしながら、第1の発明のリチウム二次電池に用いられ
るマンガン酸リチウムには所定の濃度でナトリウムが含
まれているために、高温条件下であってもマンガン酸リ
チウムからのMn溶出量が低減される。従って、第1の
発明のリチウム二次電池はLi+の挿入・離脱の効率が
良く、また正極活物質自体の容量低下を抑制することが
可能であるために、高温サイクル特性に優れている。
When the lithium secondary battery is used under high temperature conditions, hydrogen fluoride is inevitably generated, and Mn is easily eluted from the positive electrode active material lithium manganate, so that the capacity of the positive electrode active material is increased. Is deteriorated, and problems such as deterioration of cycle characteristics tend to occur. However, since lithium manganate used in the lithium secondary battery of the first invention contains sodium at a predetermined concentration, the amount of Mn eluted from lithium manganate is reduced even under high temperature conditions. It Therefore, the lithium secondary battery of the first aspect of the present invention has a high efficiency of Li + insertion and desorption, and can suppress a decrease in the capacity of the positive electrode active material itself, and thus has excellent high-temperature cycle characteristics.

【0028】 マンガン酸リチウムのナトリウム濃度が
50ppm未満である場合には、高温サイクル特性を向
上させる効果が充分ではないために好ましくなく、50
00ppm超である場合には、かえって電池特性に悪影
響を及ぼす場合もあるために好ましくない。なお、更に
Li+の挿入・離脱の効率が良く、高温サイクル特性に
優れたリチウム二次電池を提供するといった観点から
は、マンガン酸リチウムのナトリウム濃度は500〜4
000ppmであることが好ましく、1000〜300
0ppmであることが更に好ましい。
When the sodium concentration of lithium manganate is less than 50 ppm, it is not preferable because the effect of improving the high temperature cycle characteristics is not sufficient.
If it exceeds 00 ppm, it may adversely affect the battery characteristics, which is not preferable. From the viewpoint of providing a lithium secondary battery having a high efficiency of Li + insertion / extraction and excellent high temperature cycle characteristics, the sodium concentration of lithium manganate is 500 to 4
000 ppm is preferable, and 1000 to 300
More preferably, it is 0 ppm.

【0029】 また、第1の発明においては、正極活物
質として用いられるマンガン酸リチウムが、ナトリウム
濃度が各々30ppm以上である炭酸リチウムと50p
pm以上である二酸化マンガンを用いて合成されたもの
であることが好ましく、ナトリウム濃度が各々100p
pm以上である炭酸リチウムと400ppm以上である
二酸化マンガンを用いて合成されたものであることが更
に好ましく、ナトリウム濃度が各々150ppm以上で
ある炭酸リチウムと1000ppm以上である二酸化マ
ンガンを用いて合成されたものであることが特に好まし
い。ナトリウム濃度が30ppm未満である炭酸リチウ
ムと、ナトリウム濃度が50ppm未満である二酸化マ
ンガンを用いた場合においては、合成されるマンガン酸
リチウムのナトリウム濃度が50ppm未満となるため
に好ましくない。
In the first aspect of the invention, lithium manganate used as the positive electrode active material is lithium carbonate having a sodium concentration of 30 ppm or more and 50 p
It is preferably synthesized using manganese dioxide of pm or more, and has a sodium concentration of 100 p each.
More preferably, it was synthesized using lithium carbonate of pm or more and manganese dioxide of 400 ppm or more, and was synthesized using lithium carbonate of which sodium concentration was 150 ppm or more and manganese dioxide of 1000 ppm or more, respectively. It is particularly preferable that it is one. The use of lithium carbonate having a sodium concentration of less than 30 ppm and manganese dioxide having a sodium concentration of less than 50 ppm is not preferable because the synthesized lithium manganate has a sodium concentration of less than 50 ppm.

【0030】 なお、第1の発明において用いられる炭
酸リチウムと二酸化マンガンのナトリウム濃度の上限値
については特に限定されるものではないが、得られるマ
ンガン酸リチウムのナトリウム濃度が、第1の発明にお
けるマンガン酸リチウムのナトリウム濃度の上限値であ
る5000ppmを超えないようにするといった観点か
らは、炭酸リチウムのナトリウム濃度については245
00ppm以下、二酸化マンガンのナトリウム濃度につ
いては5000ppm以下であればよい。なお、これら
の上限値は、同時に使用される他の材料にはナトリウム
が含まれていないことを前提として定まる数値であり、
状況に応じて多少の変動があり得る。
The upper limit of the sodium concentration of lithium carbonate and manganese dioxide used in the first invention is not particularly limited, but the sodium concentration of the obtained lithium manganate is the manganese in the first invention. From the viewpoint of not exceeding the upper limit of 5000 ppm of the sodium concentration of lithium oxide, the sodium concentration of lithium carbonate is 245
00 ppm or less, and the sodium concentration of manganese dioxide may be 5000 ppm or less. Note that these upper limit values are numerical values determined on the assumption that other materials used at the same time do not contain sodium,
There may be some variation depending on the situation.

【0031】 一方、第1の発明においては、正極活物
質として用いられるマンガン酸リチウムが、ナトリウム
濃度が各々30ppm以上である炭酸リチウムと35p
pm以上である炭酸マンガンを用いて合成されたもので
あることが好ましく、ナトリウム濃度が各々100pp
m以上である炭酸リチウムと100ppm以上である炭
酸マンガンを用いて合成されたものであることが更に好
ましく、ナトリウム濃度が各々150ppm以上である
炭酸リチウムと750ppm以上である炭酸マンガンを
用いて合成されたものであることが特に好ましい。ナト
リウム濃度が30ppm未満である炭酸リチウムと、ナ
トリウム濃度が35ppm未満である炭酸マンガンを用
いて合成された場合においては、得られるマンガン酸リ
チウムのナトリウム濃度が50ppm未満となるために
好ましくない。
On the other hand, in the first invention, the lithium manganate used as the positive electrode active material is lithium carbonate having a sodium concentration of 30 ppm or more and 35 p
It is preferably synthesized using manganese carbonate of pm or more, and the sodium concentration is 100 pp for each.
More preferably, it was synthesized using lithium carbonate of m or more and manganese carbonate of 100 ppm or more, and was synthesized using lithium carbonate of which sodium concentration was 150 ppm or more and manganese carbonate of 750 ppm or more, respectively. It is particularly preferable that it is one. When synthesized using lithium carbonate having a sodium concentration of less than 30 ppm and manganese carbonate having a sodium concentration of less than 35 ppm, the lithium concentration of lithium manganate obtained is less than 50 ppm, which is not preferable.

【0032】 なお、第1の発明において用いられる炭
酸リチウムと炭酸マンガンのナトリウム濃度の上限値に
ついては特に限定されるものではないが、得られるマン
ガン酸リチウムのナトリウム濃度が、第1の発明におけ
るマンガン酸リチウムのナトリウム濃度の上限値である
5000ppmを超えないようにするといった観点から
は、炭酸リチウムのナトリウム濃度については2450
0ppm以下、炭酸マンガンのナトリウム濃度について
は3500ppm以下であればよい。なお、これらの上
限値は、同時に使用される他の材料にはナトリウムが含
まれていないことを前提として定まる数値であり、状況
に応じて多少の変動があり得る。
The upper limit of the sodium concentration of lithium carbonate and manganese carbonate used in the first invention is not particularly limited, but the sodium concentration of the obtained lithium manganate is the manganese of the first invention. From the viewpoint of not exceeding the upper limit of 5000 ppm of the sodium concentration of lithium oxide, the sodium concentration of lithium carbonate is 2450.
It may be 0 ppm or less, and the sodium concentration of manganese carbonate may be 3500 ppm or less. It should be noted that these upper limit values are numerical values determined on the assumption that sodium is not contained in other materials used at the same time, and may vary to some extent depending on the situation.

【0033】 正極活物質として用いるマンガン酸リチ
ウムを所定のナトリウム濃度とするためには、これまで
述べてきたように、ナトリウムが適当量含有するLi
原料及びMn原料の両方の原料を用意してこれらを用い
る方法の他に、ナトリウムがLi原料又はMn原料の
いずれか一方の原料にのみ高濃度で含有するものを用い
る方法、及びナトリウムが低濃度であるマンガン酸リ
チウムを合成し、これにナトリウムを添加する方法等を
挙げることができる。いずれの方法であっても、最終的
に用いられるマンガン酸リチウムのナトリウム濃度を所
定の範囲内とすることは可能である。
In order to make lithium manganate used as the positive electrode active material have a predetermined sodium concentration, as described above, Li containing a proper amount of sodium is used.
In addition to a method of preparing both raw materials and a raw material of Mn and using them, a method of using a raw material containing sodium at a high concentration in only one of the Li raw material and the Mn raw material, and a low concentration of sodium The method of synthesizing lithium manganate, which is the above, and adding sodium to it can be mentioned. Whichever method is used, it is possible to keep the sodium concentration of lithium manganate finally used within a predetermined range.

【0034】 しかしながら、前記、の方法による
マンガン酸リチウムを用いて作製したリチウム二次電池
は、高温サイクル特性の向上が顕著ではないという傾向
がある。このような傾向が観察される原因について明ら
かではないが、高温サイクル特性の向上、即ち、フッ化
水素の発生を効果的に抑止する効果は、マンガン酸リチ
ウムの結晶内におけるナトリウム元素の分布状態に依存
することが推察される。従って、前記に示すように、
第1の発明のリチウム二次電池においてはナトリウムを
適当量含有するLi原料及びMn原料の両方の原料を使
用して得られたマンガン酸リチウムを用いているため
に、より高温サイクル特性に優れている。
However, in the lithium secondary battery produced by using the lithium manganate prepared by the above method, the improvement in high temperature cycle characteristics tends to be not remarkable. Although the reason why such a tendency is observed is not clear, the improvement of high temperature cycle characteristics, that is, the effect of effectively suppressing the generation of hydrogen fluoride depends on the distribution state of the sodium element in the crystal of lithium manganate. It is presumed that it depends. Therefore, as indicated above,
In the lithium secondary battery of the first invention, since lithium manganate obtained by using both the Li raw material and the Mn raw material containing an appropriate amount of sodium is used, the high temperature cycle characteristics are more excellent. There is.

【0035】 第1の発明のリチウム二次電池において
は、正極活物質として用いられるマンガン酸リチウム
に、上述したナトリウムだけでなく、アルミニウム(A
l)及び硼素(B)、又はそのいずれかが含まれている
ことが好ましい。アルミニウム及び/又は硼素がマンガ
ン酸リチウムに含まれると、リチウム二次電池の高温サ
イクル特性が更に向上するため好ましい。マンガン酸リ
チウムのアルミニウム濃度は10〜30000ppmで
あることが好ましく、10〜20000ppmであるこ
とが更に好ましい。10ppmより少ないとアルミニウ
ムを含ませる効果が発現されないことがあり、3000
0ppmより大きいと、リチウム二次電池の高温サイク
ル特性が更に向上する効果が認められず、アルミニウム
を無駄に使用することになる。マンガン酸リチウムの硼
素濃度は10〜4000ppmであることが好ましく、
10〜2000ppmであることが更に好ましい。10
ppmより少ないと、硼素を含ませる効果が発現されな
いことがあり、4000ppmより大きいと、マンガン
酸リチウムの粒子同士の焼結が進んで硬くなるため、粉
砕工程が必要となり、製造コストが高くなることがあ
る。
In the lithium secondary battery of the first invention, the lithium manganate used as the positive electrode active material contains aluminum (A
1) and / or boron (B) are preferably contained. It is preferable that the lithium manganate contains aluminum and / or boron because the high temperature cycle characteristics of the lithium secondary battery are further improved. The aluminum concentration of lithium manganate is preferably 10 to 30,000 ppm, more preferably 10 to 20,000 ppm. If it is less than 10 ppm, the effect of including aluminum may not be exhibited, and 3000
If it is more than 0 ppm, the effect of further improving the high temperature cycle characteristics of the lithium secondary battery is not recognized, and aluminum is wastefully used. The boron concentration of lithium manganate is preferably 10 to 4000 ppm,
More preferably, it is 10 to 2000 ppm. 10
If it is less than ppm, the effect of including boron may not be exhibited, and if it is more than 4000 ppm, sintering of particles of lithium manganate progresses and becomes hard, and a crushing step is required, resulting in high manufacturing cost. There is.

【0036】 また、マンガン酸リチウムのバナジウム
濃度は10〜4000ppmであることが好ましく、1
0〜2000ppmであることが更に好ましい。10p
pmより少ないと、バナジウムを含ませる効果が発現さ
れないことがあり、4000ppmより大きいと、硼素
の場合と同様に、マンガン酸リチウムの粒子同士の焼結
が進んで硬くなるため、粉砕工程が必要となり、製造コ
ストが高くなることがある。
The vanadium concentration of lithium manganate is preferably 10 to 4000 ppm, and 1
More preferably, it is 0 to 2000 ppm. 10p
If it is less than pm, the effect of incorporating vanadium may not be exhibited, and if it is more than 4000 ppm, the sintering of lithium manganate particles progresses to be hard as in the case of boron, and a crushing step is required. However, the manufacturing cost may increase.

【0037】 第1の発明のリチウム二次電池において
は、正極活物質としてスピネル構造を有するマンガン酸
リチウムが用いられる。マンガン酸リチウムの化学量論
組成はLiMn24で表されるが、第1の発明において
は、このような化学量論組成のものに限られず、遷移元
素Mnの一部を、Tiを含み、その他に、Li、Fe、
Ni、Mg、Zn、B、Al、Co、Cr、Si、S
n、P、V、Sb、Nb、Ta、Mo及びWからなる群
から選ばれる一種類以上の元素からなる、二種類以上の
元素で置換してなるLiMZMn2-Z4(但し、Mは置
換元素で、Zは置換量を示す。)も好適に用いられる。
ここで、スピネル構造には当然のことながら、結晶系と
して立方晶系が含まれる。
In the lithium secondary battery of the first invention, lithium manganate having a spinel structure is used as the positive electrode active material. The stoichiometric composition of lithium manganate is represented by LiMn 2 O 4 , but in the first invention, it is not limited to such a stoichiometric composition, and a part of the transition element Mn contains Ti. , Li, Fe,
Ni, Mg, Zn, B, Al, Co, Cr, Si, S
n, P, V, Sb, Nb, Ta, composed of one or more elements selected from the group consisting of Mo and W, LiM formed by substituted in two or more kinds of elements Z Mn 2-Z O 4 (provided that, M is a substitution element, and Z is a substitution amount.) Is also preferably used.
Here, as a matter of course, the spinel structure includes a cubic system as a crystal system.

【0038】 前記のような元素置換を行った場合に
は、そのLi/Mn比(モル比)は、MnをLiで置換
したLi過剰の場合には(1+Z)/(2−Z)とな
り、またLi以外の置換元素Mで置換した場合には1/
(2−Z)となるので、いずれの場合であっても常にL
i/Mn比>0.5となる。
When the element substitution as described above is performed, the Li / Mn ratio (molar ratio) becomes (1 + Z) / (2-Z) in the case of excess Li in which Mn is replaced by Li, When substituted with a substitution element M other than Li, 1 /
(2-Z), so L is always L in any case.
The i / Mn ratio is> 0.5.

【0039】 第1の発明においては、上述の如くLi
/Mn比が0.5超であるマンガン酸リチウムを用いる
ことが好ましい。このことにより、化学量論組成のもの
を用いた場合と比較して結晶構造が更に安定化されるた
め、高温サイクル特性に優れる電池を得ることができ
る。
In the first invention, as described above, Li
It is preferable to use lithium manganate having an / Mn ratio of more than 0.5. As a result, the crystal structure is further stabilized as compared with the case where a stoichiometric composition is used, and thus a battery having excellent high temperature cycle characteristics can be obtained.

【0040】 なお、置換元素Mにあっては、理論上、
Liは+1価、Fe、Mn、Ni、Mg、Znは+2
価、B、Al、Co、Crは+3価、Si、Ti、Sn
は+4価、P、V、Sb、Nb、Taは+5価、Mo、
Wは+6価のイオンとなり、LiMn24中に固溶する
元素であるが、Co、Snについては+2価の場合、F
e、Sb及びTiについては+3価の場合、Mnについ
ては+3価、+4価の場合、Crについては+4価、+
6価の場合もあり得る。従って、各種の置換元素Mは混
合原子価を有する状態で存在する場合があり、また、酸
素の量については、必ずしも理論化学組成で表されるよ
うに4であることを必要とせず、結晶構造を維持するた
めの範囲内で欠損して、或いは過剰に存在していても構
わない。
The substitution element M is theoretically
Li is +1, and Fe, Mn, Ni, Mg, and Zn are +2.
Valence, B, Al, Co, Cr are +3 valence, Si, Ti, Sn
Is +4 valence, P, V, Sb, Nb, Ta is +5 valence, Mo,
W becomes an ion with a valence of +6 and is an element that forms a solid solution in LiMn 2 O 4 , but with respect to Co and Sn, in the case of a valence of +2, F
e, Sb, and Ti are +3 valences, Mn is +3 valences, +4 valences, Cr is +4 valences, +
It may be hexavalent. Therefore, the various substitution elements M may exist in a state having mixed valences, and the amount of oxygen does not necessarily have to be 4 as represented by the theoretical chemical composition, and the crystal structure It may be deficient or excessively present within the range for maintaining.

【0041】 第1の発明のリチウム二次電池におい
て、正極活物質として用いられる、スピネル構造のマン
ガン酸リチウムの格子定数は、8.23オングストロー
ム以下であることが好ましく、8.22オングストロー
ム以下であることが更に好ましい。8.23オングスト
ロームより大きいと、高温サイクル特性の向上が見られ
ない場合がある。リチウム二次電池が充・放電を繰り返
すと、リチウムイオンの、マンガン酸リチウムの結晶格
子からの離脱及び結晶格子への挿入、が繰り返され、こ
れにより結晶の体積が膨張・収縮を繰り返すため、結晶
構造が劣化し易く(壊れ易く)なる。このとき、結晶の
格子定数が大きいほど結晶の体積変化が大きいため結晶
構造が劣化し易く、格子定数が小さいほど結晶の体積変
化が小さいため結晶構造が劣化し難い。
In the lithium secondary battery of the first invention, the lattice constant of lithium manganate having a spinel structure used as a positive electrode active material is preferably 8.23 angstroms or less, and 8.22 angstroms or less. More preferably. If it is larger than 8.23 angstrom, improvement in high temperature cycle characteristics may not be observed. When the lithium secondary battery is repeatedly charged and discharged, lithium ions are repeatedly desorbed from the lithium manganate crystal lattice and inserted into the crystal lattice, which causes the crystal volume to repeatedly expand and contract. The structure easily deteriorates (breaks easily). At this time, the larger the lattice constant of the crystal is, the larger the volume change of the crystal is, and thus the crystal structure is more likely to be deteriorated.

【0042】 次に、上述した熱的特性を有するマンガ
ン酸リチウムの合成方法について説明する。合成原料と
しては、各元素(元素置換を行う場合には置換元素Mを
含む)の塩及び/又は酸化物が用いられる。各元素の塩
は特に限定されるものではないが、原料として適当な純
度であり、安価なものを使用することが好ましい。ま
た、昇温時や焼成時に有害な分解ガスが発生しない炭酸
塩、水酸化物、有機酸塩を用いることが好ましい。但
し、硝酸塩や塩酸塩、硫酸塩等を用いることもできる。
なお、Li原料については、通常、酸化物であるLi2
Oは吸湿性が強いために取り扱い難く、従って、化学的
に安定な炭酸塩が好適に用いられる。
Next, a method for synthesizing the lithium manganate having the above-mentioned thermal characteristics will be described. As the synthesis raw material, a salt and / or an oxide of each element (including the substituting element M when element substitution is performed) is used. The salt of each element is not particularly limited, but it is preferable to use an inexpensive salt having a suitable purity as a raw material. In addition, it is preferable to use carbonates, hydroxides, and organic acid salts that do not generate harmful decomposition gas during heating or firing. However, nitrates, hydrochlorides, sulfates and the like can also be used.
The Li raw material is usually Li 2 which is an oxide.
O is difficult to handle because it has a strong hygroscopic property, and therefore a chemically stable carbonate is preferably used.

【0043】 ここで、第1の発明においてはナトリウ
ムを所定の濃度で含有している合成原料(炭酸リチウ
ム、二酸化マンガン、及び炭酸マンガン等)を用いるこ
とが好ましいことは既に述べた通りであるが、高純度に
精製された化合物にナトリウム源を添加することによ
り、これらの合成原料を得ることも可能であるが、不純
物としてのナトリウムが不可避的に混在している、比較
的安価な化合物を合成原料として使用することもでき
る。なお、このような合成原料を用いることは、リチウ
ム二次電池の製造コスト低減の観点からも好ましい。
As described above, it is preferable to use the synthetic raw material (lithium carbonate, manganese dioxide, manganese carbonate, etc.) containing sodium at a predetermined concentration in the first invention. It is also possible to obtain these synthetic raw materials by adding a sodium source to a highly purified compound, but to synthesize a relatively inexpensive compound in which sodium as an impurity is inevitably mixed. It can also be used as a raw material. It is preferable to use such a synthetic raw material from the viewpoint of reducing the manufacturing cost of the lithium secondary battery.

【0044】 このような合成原料を所定比に混合した
ものを、先ず酸化雰囲気、650℃〜1000℃の範囲
で、5時間〜50時間かけて焼成する。ここで、酸化雰
囲気とは、一般に炉内試料が酸化反応を起こす酸素分圧
を有する雰囲気を指し、具体的には、大気雰囲気、酸素
雰囲気等が該当する。
A mixture of such synthetic raw materials in a predetermined ratio is first fired in an oxidizing atmosphere at 650 ° C. to 1000 ° C. for 5 hours to 50 hours. Here, the oxidizing atmosphere generally means an atmosphere having an oxygen partial pressure that causes an in-furnace sample to undergo an oxidation reaction, and specifically, an atmospheric atmosphere, an oxygen atmosphere and the like are applicable.

【0045】 この第1回目の焼成後においては、組成
の均一性が必ずしも良好ではないが、Li/Mn比>
0.5を満足する場合、即ち、化学量論組成に対してM
nの元素置換を行った場合、特にLiやTi、Mgらに
よりMnの一部を置換してなるLi過剰の組成において
は、1回の焼成によっても所定の熱的特性を示すものが
得られ易くなることが実験的に確認された。この理由は
明らかではないが、置換元素Mの添加によって結晶構造
の安定化が図られているものと推測される。
After the first firing, the composition uniformity is not always good, but the Li / Mn ratio>
When 0.5 is satisfied, that is, M with respect to stoichiometric composition
When elemental substitution of n is carried out, particularly in a composition with excess Li formed by substituting a part of Mn by Li, Ti, Mg, etc., one exhibiting predetermined thermal characteristics can be obtained even by firing once. It was confirmed experimentally that it would be easier. The reason for this is not clear, but it is presumed that the addition of the substitutional element M stabilizes the crystal structure.

【0046】 このように、一部の組成では、1回の焼
成によっても、所定の熱的特性を示すマンガン酸リチウ
ムを合成することが可能ではあるが、より組成に左右さ
れないの合成条件を確立するために、焼成を2回以上行
うことが好ましい。
As described above, with some compositions, it is possible to synthesize lithium manganate exhibiting predetermined thermal characteristics even by one-time firing, but a synthesis condition that is more independent of composition is established. Therefore, it is preferable to perform the firing twice or more.

【0047】 焼成回数は、大きくは焼成温度と焼成時
間に依存し、焼成温度が低い場合及び/又は焼成時間が
短い場合には、多くの焼成回数を必要とする。また、置
換元素Mの種類によっては、組成の均一化の観点から、
焼成回数を多くすることが好ましい場合もある。この場
合は置換元素Mの添加によって、結晶成長に適する相雰
囲気が形成され難いと考えられる場合である。
The number of firings largely depends on the firing temperature and the firing time. When the firing temperature is low and / or the firing time is short, a large number of firings are required. Further, depending on the type of the substitution element M, from the viewpoint of uniform composition,
It may be preferable to increase the number of firings. In this case, it is considered that it is difficult to form a phase atmosphere suitable for crystal growth by adding the substitution element M.

【0048】 但し、焼成回数を多くすることは、それ
だけ生産工程が長くなることを意味するため、焼成回数
は必要最小限に止めることが好ましい。このような複数
回の焼成を行って得られた試料は、1回の焼成を行って
得られた試料よりも、XRDチャート上でのピーク形状
が鋭く突出しており、このことから、結晶性の向上が図
られていることを確認することができる。
However, since increasing the number of firings means that the production process is lengthened accordingly, it is preferable to keep the number of firings to a necessary minimum. The sample obtained by performing such firing a plurality of times has a sharper peak shape on the XRD chart than the sample obtained by performing the firing once. It can be confirmed that the improvement has been achieved.

【0049】 なお、焼成温度が600℃未満、及び/
又は焼成時間が5時間未満である場合には、焼成物のX
RDチャートに原料の残留を示すピーク、例えばリチウ
ム源として炭酸リチウム(Li2CO3)を用いた場合に
はLi2CO3のピークが観察され、単相生成物が得られ
ない。一方、焼成温度が1000℃超、及び/又は焼成
時間が50時間超である場合には、目的とする結晶系の
化合物以外に、高温相が生成し、単相生成物が得られな
くなる。
The firing temperature is less than 600 ° C., and /
Or, when the firing time is less than 5 hours, X of the fired product
In the RD chart, a peak showing the residual of the raw material, for example, when lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) is used as the lithium source, a peak of Li 2 CO 3 is observed and a single-phase product cannot be obtained. On the other hand, when the firing temperature is higher than 1000 ° C. and / or the firing time is longer than 50 hours, a high-temperature phase is generated in addition to the target crystal system compound, and a single-phase product cannot be obtained.

【0050】 また、焼成を2回以上に分けて行う場
合、次段階での焼成温度を前段階での焼成温度よりも逐
次高くして行うことが好ましい。例えば2回焼成の場合
に、2回目の焼成温度を1回目の焼成温度以上として合
成を行った場合に得られる生成物は、この2回目の焼成
温度及び焼成時間という条件を用いて得られる生成物よ
りも、XRDチャート上でのピーク形状が鋭く突出し、
結晶性の向上を図ることができる。
Further, when the firing is performed twice or more, it is preferable that the firing temperature in the next step is successively higher than the firing temperature in the previous step. For example, in the case of the second firing, the product obtained when the synthesis is performed with the second firing temperature being equal to or higher than the first firing temperature is a product obtained by using the conditions of the second firing temperature and the second firing time. The peak shape on the XRD chart protrudes sharper than the
The crystallinity can be improved.

【0051】 上述したマンガン酸リチウムは結晶構造
の安定化が図られていると共にMnの溶出が効果的に抑
制されるために、これを正極活物質として用いた第1の
発明に係るリチウム二次電池は、特に高温サイクル特性
の改善が図られている。このような高温サイクル特性の
向上は、特に大量の電極活物質を用いる大容量電池にお
いて特に顕著に現れ、従って、その用途としては、例え
ばEVやHEVのモータ駆動用電源を挙げることができ
る。但し、第1の発明は、コイン電池等の小容量電池に
も当然に用いることができる。
The lithium manganate described above has a stable crystal structure and effectively suppresses the elution of Mn. Therefore, the lithium secondary manganese oxide according to the first aspect of the present invention which uses this as a positive electrode active material. Batteries have been particularly improved in high temperature cycle characteristics. Such improvement in high-temperature cycle characteristics is particularly remarkable in a large-capacity battery using a large amount of electrode active material, and therefore its application can be, for example, an EV or HEV motor drive power source. However, the first invention can be naturally applied to a small capacity battery such as a coin battery.

【0052】 さて、前述のマンガン酸リチウムを正極
活物質として用いる第1の発明のリチウム二次電池を構
成するための他の部材(材料)としては、従来公知の種
々の材料を用いることができる。例えば、負極活物質と
しては、ソフトカーボンやハードカーボンといったアモ
ルファス系炭素質材料や、人造黒鉛、天然黒鉛等の高黒
鉛化炭素材料を用いることができる。中でも、リチウム
容量の大きい高黒鉛化炭素材料を用いることが好まし
い。
As the other member (material) for forming the lithium secondary battery of the first invention using the above-mentioned lithium manganate as the positive electrode active material, various conventionally known materials can be used. . For example, as the negative electrode active material, an amorphous carbonaceous material such as soft carbon or hard carbon, or a highly graphitized carbon material such as artificial graphite or natural graphite can be used. Above all, it is preferable to use a highly graphitized carbon material having a large lithium capacity.

【0053】 非水電解液に用いられる有機溶媒として
は、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネ
ート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、プ
ロピレンカーボネート(PC)といった炭酸エステル系
溶媒や、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、ア
セトニトリルらの単独溶媒若しくは混合溶媒が好適に用
いられる。
Examples of the organic solvent used in the non-aqueous electrolytic solution include carbonate ester solvents such as ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC) and propylene carbonate (PC), γ-butyrolactone, and tetrahydrofuran. A single solvent or a mixed solvent such as acetonitrile is preferably used.

【0054】 電解質としては、六フッ化リン酸リチウ
ム(LiPF6)やホウフッ化リチウム(LiBF4)等
のリチウム錯体フッ素化合物、或いは過塩素酸リチウム
(LiClO4)といったリチウムハロゲン化物が挙げ
られ、一種類若しくは二種類以上を前記溶媒に溶解して
用いる。特に、酸化分解が起こり難く、非水電解液の導
電性の高いLiPF6を用いることが好ましい。
Examples of the electrolyte include lithium complex fluoride compounds such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and lithium borofluoride (LiBF 4 ), or lithium halides such as lithium perchlorate (LiClO 4 ). One kind or two or more kinds are dissolved in the solvent and used. In particular, it is preferable to use LiPF 6 which does not easily undergo oxidative decomposition and has high conductivity of the non-aqueous electrolyte.

【0055】 電池構造は、板状に成形された正極活物
質と負極活物質の間にセパレータを配して電解液を充填
させたコイン型の電池や、金属箔の表面に正極活物質を
塗工してなる正極板と、同様に金属箔の表面に負極活物
質を塗工してなる負極板とを、セパレータを介して捲回
或いは積層してなる電極体を用いた円筒型や箱型といっ
た各種電池を挙げることができる。
The battery structure is a coin type battery in which a separator is placed between a plate-shaped positive electrode active material and a negative electrode active material and an electrolyte solution is filled in, or a positive electrode active material is applied to the surface of a metal foil. Cylindrical type or box type using an electrode body formed by winding or laminating a positive electrode plate formed by processing and a negative electrode plate formed by similarly applying a negative electrode active material on the surface of a metal foil with a separator interposed therebetween. Various batteries can be mentioned.

【0056】 第2の発明は、正極活物質がスピネル構
造を有するマンガン酸リチウムであるリチウム二次電池
に関し、マンガン酸リチウムのナトリウム濃度が50〜
50000ppmであり、かつ硼素濃度が10ppm以
上であることを特徴とするものであり、高温時における
サイクル特性に優れている。以下、その詳細について説
明する。
A second invention relates to a lithium secondary battery in which the positive electrode active material is lithium manganate having a spinel structure, and the sodium concentration of lithium manganate is 50 to 50%.
It is characterized in that it is 50,000 ppm and the boron concentration is 10 ppm or more, and it has excellent cycle characteristics at high temperatures. The details will be described below.

【0057】 上述のように、リチウム二次電池を高温
条件下で用いた場合においては、フッ化水素が不可避的
に発生し、正極活物質であるマンガン酸リチウムからM
nが溶出し易くなるために正極活物質の容量が低下して
しまい、サイクル特性低下等の不具合が引き起こされる
傾向にある。しかしながら、第2の発明のリチウム二次
電池に用いられるマンガン酸リチウムには、所定の濃度
でナトリウムが含まれると共に所定の濃度で硼素が含ま
れているために、高温条件下におけるマンガン酸リチウ
ムからのMn溶出量が低減される。従って、第2の発明
のリチウム二次電池はLi+の挿入・離脱の効率が良
く、また正極活物質自体の容量低下を抑制することが可
能であるために、高温サイクル特性に優れている。第2
の発明においては、ナトリウムと共に硼素が含まれるた
め、広範囲(50〜50000ppm)に渡るナトリウ
ム濃度において、優れた高温特性を得ることが可能にな
る。
As described above, when the lithium secondary battery is used under high temperature conditions, hydrogen fluoride is unavoidably generated, and lithium manganate, which is the positive electrode active material, is used to generate M.
Since n easily elutes, the capacity of the positive electrode active material decreases, which tends to cause problems such as deterioration in cycle characteristics. However, since lithium manganate used in the lithium secondary battery of the second invention contains sodium at a predetermined concentration and boron at a predetermined concentration, lithium manganate under high temperature conditions is The Mn elution amount of is reduced. Therefore, the lithium secondary battery of the second invention is excellent in high-temperature cycle characteristics because it has a high efficiency of Li + insertion and desorption and can suppress the capacity decrease of the positive electrode active material itself. Second
In the invention described above, since boron is contained together with sodium, it becomes possible to obtain excellent high temperature characteristics in a wide range (50 to 50,000 ppm) of sodium concentration.

【0058】 マンガン酸リチウムのナトリウム濃度が
50ppm未満である場合には、高温サイクル特性を向
上させる効果が充分ではないために好ましくなく、50
000ppm超である場合には、かえって電池特性に悪
影響を及ぼす場合もあるために好ましくない。硼素濃度
が10ppm未満である場合には、ナトリウム濃度が大
きい場合に高温サイクル特性を向上させることができな
いために好ましくない。
When the sodium concentration of lithium manganate is less than 50 ppm, it is not preferable because the effect of improving the high temperature cycle characteristics is not sufficient.
If it exceeds 000 ppm, it may adversely affect the battery characteristics, which is not preferable. When the boron concentration is less than 10 ppm, the high temperature cycle characteristics cannot be improved when the sodium concentration is high, which is not preferable.

【0059】 また、第2の発明においては、マンガン
酸リチウムの硼素濃度が4000ppm以下であること
が好ましい。4000ppm超である場合には、マンガ
ン酸リチウムの粒子同士の焼結が進んで硬くなるため、
粉砕工程が必要となり、製造コストが高くなることがあ
る。
Further, in the second invention, it is preferable that the boron concentration of lithium manganate is 4000 ppm or less. If it is more than 4000 ppm, sintering of particles of lithium manganate progresses and becomes hard,
A crushing process is required, which may increase the manufacturing cost.

【0060】 正極活物質として用いるマンガン酸リチ
ウムを所定のナトリウム濃度及び所定の硼素濃度とする
ためには、ナトリウムが適当量含有するLi原料及び
Mn原料の両方の原料を用いてこれに硼素含有物質(B
23等)を混合する方法、ナトリウムがLi原料又は
Mn原料のいずれか一方の原料にのみ高濃度で含有する
ものを用いてこれに硼素含有物質(B23等)を混合す
る方法、及びナトリウムが低濃度であるマンガン酸リ
チウムを合成し、これにナトリウムを添加し、更に硼素
含有物質(B23等)を混合する方法、等を挙げること
ができる。いずれの方法であっても、最終的に用いられ
るマンガン酸リチウムのナトリウム濃度を所定の範囲内
とすることは可能である。
In order to make the lithium manganate used as the positive electrode active material have a predetermined sodium concentration and a predetermined boron concentration, both the Li raw material and the Mn raw material containing appropriate amounts of sodium are used, and the boron-containing substance is added to the raw material. (B
2 O 3 etc.), a method in which sodium is contained at a high concentration in only one of the Li raw material and the Mn raw material, and a boron-containing substance (B 2 O 3 etc.) is mixed with this. , And a method of synthesizing lithium manganate having a low concentration of sodium, adding sodium to this, and further mixing a boron-containing substance (B 2 O 3 or the like), and the like. Whichever method is used, it is possible to keep the sodium concentration of lithium manganate finally used within a predetermined range.

【0061】 しかしながら、上記、の方法による
マンガン酸リチウムを用いて作製したリチウム二次電池
は、高温サイクル特性の向上が顕著ではないという傾向
がある。このような傾向が観察される原因について明ら
かではないが、高温サイクル特性の向上、即ち、フッ化
水素の発生を効果的に抑止する効果は、マンガン酸リチ
ウムの結晶内におけるナトリウム元素の分布状態に依存
することが推察される。従って、上記に示すように、
第2の発明のリチウム二次電池においてはナトリウムが
適当量含有するLi原料及びMn原料の両方の原料を使
用し、これに硼素含有物質(B23等)を混合する方法
で得られたマンガン酸リチウムを用いているために、よ
り高温サイクル特性に優れている。
However, in the lithium secondary battery produced by using the lithium manganate prepared by the above method, the improvement in high temperature cycle characteristics tends to be not remarkable. Although the reason why such a tendency is observed is not clear, the improvement of high temperature cycle characteristics, that is, the effect of effectively suppressing the generation of hydrogen fluoride depends on the distribution state of the sodium element in the crystal of lithium manganate. It is presumed that it depends. Therefore, as shown above,
In the lithium secondary battery of the second invention, both raw materials of Li and Mn containing sodium in an appropriate amount are used, and a boron-containing substance (B 2 O 3 etc.) is mixed with the raw material. Since it uses lithium manganate, it has more excellent high-temperature cycle characteristics.

【0062】 第2の発明のリチウム二次電池において
は、正極活物質として用いられるマンガン酸リチウム
に、上述したナトリウム及び硼素だけでなく、アルミニ
ウム(Al)及びバナジウム(V)、又はそのいずれか
が含まれていることが好ましい。アルミニウム及び/又
はバナジウムがマンガン酸リチウムに含まれると、リチ
ウム二次電池の高温サイクル特性が更に向上するため好
ましい。マンガン酸リチウムのアルミニウム濃度は10
〜30000ppmであることが好ましく、10〜20
000ppmであることが更に好ましい。10ppm未
満である場合には、アルミニウムを含む効果が発現され
ないことがあり、30000ppm超である場合には、
リチウム二次電池の高温サイクル特性が更に向上する効
果が認められず、アルミニウムを無駄に使用することに
なる。マンガン酸リチウムのバナジウム濃度は10〜4
000ppmであることが好ましい。10ppm未満で
ある場合には、バナジウムを含む効果が発現されないこ
とがあり、4000ppm超である場合には、バナジウ
ムの場合と同様に、マンガン酸リチウムの粒子同士の焼
結が進んで硬くなるため、粉砕工程が必要となり、製造
コストが高くなることがある。
In the lithium secondary battery of the second invention, the lithium manganate used as the positive electrode active material contains aluminum (Al) and vanadium (V) as well as sodium and boron as described above. It is preferably included. It is preferable that the lithium manganate contains aluminum and / or vanadium because the high temperature cycle characteristics of the lithium secondary battery are further improved. Aluminum concentration of lithium manganate is 10
Is preferably about 30,000 ppm, and is about 10 to 20
More preferably, it is 000 ppm. When it is less than 10 ppm, the effect containing aluminum may not be exhibited, and when it is more than 30,000 ppm,
Since the effect of further improving the high temperature cycle characteristics of the lithium secondary battery is not recognized, aluminum is wastefully used. The vanadium concentration of lithium manganate is 10-4
It is preferably 000 ppm. If it is less than 10 ppm, the effect containing vanadium may not be expressed, and if it is more than 4000 ppm, as in the case of vanadium, sintering of particles of lithium manganate progresses and becomes hard, A crushing process is required, which may increase the manufacturing cost.

【0063】 第2の発明のリチウム二次電池において
は、正極活物質としてスピネル構造を有するマンガン酸
リチウムが用いられる。マンガン酸リチウムの化学量論
組成はLiMn24で表されるが、第2の発明において
は、このような化学量論組成のものに限られず、遷移元
素Mnの一部を、Tiを含み、その他に、Li、Fe、
Ni、Mg、Zn、B、Al、Co、Cr、Si、S
n、P、V、Sb、Nb、Ta、Mo及びWからなる群
から選ばれる一種類以上の元素からなる、二種類以上の
元素で置換してなるLiMZMn2-Z4(但し、Mは置
換元素で、Zは置換量を示す。)も好適に用いられる。
ここで、スピネル構造には当然のことながら、結晶系と
して立方晶系が含まれる。
In the lithium secondary battery of the second invention, lithium manganate having a spinel structure is used as the positive electrode active material. The stoichiometric composition of lithium manganate is represented by LiMn 2 O 4 , but the second invention is not limited to such a stoichiometric composition, and a part of the transition element Mn contains Ti. , Li, Fe,
Ni, Mg, Zn, B, Al, Co, Cr, Si, S
n, P, V, Sb, Nb, Ta, composed of one or more elements selected from the group consisting of Mo and W, LiM formed by substituted in two or more kinds of elements Z Mn 2-Z O 4 (provided that, M is a substitution element, and Z is a substitution amount.) Is also preferably used.
Here, as a matter of course, the spinel structure includes a cubic system as a crystal system.

【0064】 前記のような元素置換を行った場合に
は、そのLi/Mn比(モル比)は、MnをLiで置換
したLi過剰の場合には(1+Z)/(2−Z)とな
り、またLi以外の置換元素Mで置換した場合には1/
(2−Z)となるので、いずれの場合であっても常にL
i/Mn比>0.5となる。
When the element substitution as described above is performed, the Li / Mn ratio (molar ratio) becomes (1 + Z) / (2-Z) in the case of excess Li in which Mn is replaced by Li, When substituted with a substitution element M other than Li, 1 /
(2-Z), so L is always L in any case.
The i / Mn ratio is> 0.5.

【0065】 第2の発明においては、上述の如くLi
/Mn比が0.5超であるマンガン酸リチウムを用いる
ことが好ましい。このことにより、化学量論組成のもの
を用いた場合と比較して結晶構造が更に安定化されるた
め、高温サイクル特性に優れる電池を得ることができ
る。
In the second invention, as described above, Li
It is preferable to use lithium manganate having an / Mn ratio of more than 0.5. As a result, the crystal structure is further stabilized as compared with the case where a stoichiometric composition is used, and thus a battery having excellent high temperature cycle characteristics can be obtained.

【0066】 なお、置換元素Mにあっては、理論上、
Liは+1価、Fe、Mn、Ni、Mg、Znは+2
価、B、Al、Co、Crは+3価、Si、Ti、Sn
は+4価、P、V、Sb、Nb、Taは+5価、Mo、
Wは+6価のイオンとなり、LiMn24中に固溶する
元素であるが、Co、Snについては+2価の場合、F
e、Sb及びTiについては+3価の場合、Mnについ
ては+3価、+4価の場合、Crについては+4価、+
6価の場合もあり得る。従って、各種の置換元素Mは混
合原子価を有する状態で存在する場合があり、また、酸
素の量については、必ずしも理論化学組成で表されるよ
うに4であることを必要とせず、結晶構造を維持するた
めの範囲内で欠損して、或いは過剰に存在していても構
わない。
The substitution element M is theoretically
Li is +1, and Fe, Mn, Ni, Mg, and Zn are +2.
Valence, B, Al, Co, Cr are +3 valence, Si, Ti, Sn
Is +4 valence, P, V, Sb, Nb, Ta is +5 valence, Mo,
W becomes an ion with a valence of +6 and is an element that forms a solid solution in LiMn 2 O 4 , but with respect to Co and Sn, in the case of a valence of +2, F
e, Sb, and Ti are +3 valences, Mn is +3 valences, +4 valences, Cr is +4 valences, +
It may be hexavalent. Therefore, the various substitution elements M may exist in a state having mixed valences, and the amount of oxygen does not necessarily have to be 4 as represented by the theoretical chemical composition, and the crystal structure It may be deficient or excessively present within the range for maintaining.

【0067】 第2の発明のリチウム二次電池におい
て、正極活物質として用いられる、スピネル構造のマン
ガン酸リチウムの格子定数は、8.23オングストロー
ム以下であることが好ましく、8.22オングストロー
ム以下であることが更に好ましい。8.23オングスト
ロームより大きいと、高温サイクル特性の向上が見られ
ない場合がある。リチウム二次電池が充・放電を繰り返
すと、リチウムイオンの、マンガン酸リチウムの結晶格
子からの離脱及び結晶格子への挿入、が繰り返され、こ
れにより結晶の体積が膨張・収縮を繰り返すため、結晶
構造が劣化し易く(壊れ易く)なる。このとき、結晶の
格子定数が大きいほど結晶の体積変化が大きいため結晶
構造が劣化し易く、格子定数が小さいほど結晶の体積変
化が小さいため結晶構造が劣化し難い。
In the lithium secondary battery of the second invention, the lattice constant of lithium manganate having a spinel structure, which is used as a positive electrode active material, is preferably 8.23 angstroms or less, and 8.22 angstroms or less. More preferably. If it is larger than 8.23 angstrom, improvement in high temperature cycle characteristics may not be observed. When the lithium secondary battery is repeatedly charged and discharged, lithium ions are repeatedly desorbed from the lithium manganate crystal lattice and inserted into the crystal lattice, which causes the crystal volume to repeatedly expand and contract. The structure easily deteriorates (breaks easily). At this time, the larger the lattice constant of the crystal is, the larger the volume change of the crystal is, and thus the crystal structure is more likely to be deteriorated.

【0068】 次に、上述した熱的特性を有するマンガ
ン酸リチウムの合成方法について説明する。合成原料と
しては、各元素(元素置換を行う場合には置換元素Mを
含む)の塩及び/又は酸化物が用いられる。各元素の塩
は特に限定されるものではないが、原料として適当な純
度であり、安価なものを使用することが好ましい。ま
た、昇温時や焼成時に有害な分解ガスが発生しない炭酸
塩、水酸化物、有機酸塩を用いることが好ましい。但
し、硝酸塩や塩酸塩、硫酸塩等を用いることもできる。
なお、Li原料については、通常、酸化物であるLi2
Oは吸湿性が強いために取り扱い難く、従って、化学的
に安定な炭酸塩が好適に用いられる。また、硼素原料と
しては、B23が好適に用いられる。
Next, a method for synthesizing the lithium manganate having the above-mentioned thermal characteristics will be described. As the synthesis raw material, a salt and / or an oxide of each element (including the substituting element M when element substitution is performed) is used. The salt of each element is not particularly limited, but it is preferable to use an inexpensive salt having a suitable purity as a raw material. In addition, it is preferable to use carbonates, hydroxides, and organic acid salts that do not generate harmful decomposition gas during heating or firing. However, nitrates, hydrochlorides, sulfates and the like can also be used.
The Li raw material is usually Li 2 which is an oxide.
O is difficult to handle because it has a strong hygroscopic property, and therefore a chemically stable carbonate is preferably used. B 2 O 3 is preferably used as the boron raw material.

【0069】 ここで、第2の発明においてはナトリウ
ムが所定の濃度で含有している合成原料(炭酸リチウ
ム、二酸化マンガン、及び炭酸マンガン等)を用いるこ
とが好ましい。高純度に精製された化合物にナトリウム
源を添加することにより、これらの合成原料を得ること
も可能であるが、不純物としてのナトリウムが不可避的
に混在している、比較的安価な化合物を合成原料として
使用することもできる。なお、このような合成原料を用
いることは、リチウム二次電池の製造コスト低減の観点
からも好ましい。
Here, in the second invention, it is preferable to use a synthetic raw material (lithium carbonate, manganese dioxide, manganese carbonate, etc.) containing sodium at a predetermined concentration. Although it is possible to obtain these synthetic raw materials by adding a sodium source to a highly purified compound, a relatively inexpensive compound in which sodium as an impurity is inevitably mixed is used as a synthetic raw material. Can also be used as It is preferable to use such a synthetic raw material from the viewpoint of reducing the manufacturing cost of the lithium secondary battery.

【0070】 このような合成原料を所定比に混合した
ものを、先ず酸化雰囲気、650℃〜1000℃の範囲
で、5時間〜50時間かけて焼成する。ここで、酸化雰
囲気とは、一般に炉内試料が酸化反応を起こす酸素分圧
を有する雰囲気を指し、具体的には、大気雰囲気、酸素
雰囲気等が該当する。
A mixture of such synthetic raw materials in a predetermined ratio is first fired in an oxidizing atmosphere at 650 ° C. to 1000 ° C. for 5 hours to 50 hours. Here, the oxidizing atmosphere generally means an atmosphere having an oxygen partial pressure that causes an in-furnace sample to undergo an oxidation reaction, and specifically, an atmospheric atmosphere, an oxygen atmosphere and the like are applicable.

【0071】 この第1回目の焼成後においては、組成
の均一性が必ずしも良好ではないが、Li/Mn比>
0.5を満足する場合、即ち、化学量論組成に対してM
nの元素置換を行った場合、特にLiやTi、Mgらに
よりMnの一部を置換してなるLi過剰の組成において
は、1回の焼成によっても所定の熱的特性を示すものが
得られ易くなることが実験的に確認された。この理由は
明らかではないが、置換元素Mの添加によって結晶構造
の安定化が図られているものと推測される。
After the first firing, the composition uniformity is not always good, but the Li / Mn ratio>
When 0.5 is satisfied, that is, M with respect to the stoichiometric composition
When elemental substitution of n is carried out, particularly in a composition with excess Li formed by substituting a part of Mn by Li, Ti, Mg, etc., one exhibiting predetermined thermal characteristics can be obtained even by firing once. It was confirmed experimentally that it would be easier. The reason for this is not clear, but it is presumed that the addition of the substitutional element M stabilizes the crystal structure.

【0072】 このように、一部の組成では、1回の焼
成によっても、所定の熱的特性を示すマンガン酸リチウ
ムを合成することが可能ではあるが、より組成に左右さ
れない合成条件を確立するために、焼成を2回以上行う
ことが好ましい。
As described above, with some compositions, it is possible to synthesize lithium manganate exhibiting predetermined thermal characteristics even by one-time firing, but a synthesis condition that is more independent of composition is established. Therefore, it is preferable to perform firing twice or more.

【0073】 焼成回数は、大きくは焼成温度と焼成時
間に依存し、焼成温度が低い場合及び/又は焼成時間が
短い場合には、多くの焼成回数を必要とする。また、置
換元素Mの種類によっては、組成の均一化の観点から、
焼成回数を多くすることが好ましい場合もある。この場
合は置換元素Mの添加によって、結晶成長に適する相雰
囲気が形成され難いと考えられる場合である。
The number of firings largely depends on the firing temperature and the firing time. When the firing temperature is low and / or the firing time is short, a large number of firings are required. Further, depending on the type of the substitution element M, from the viewpoint of uniform composition,
It may be preferable to increase the number of firings. In this case, it is considered that it is difficult to form a phase atmosphere suitable for crystal growth by adding the substitution element M.

【0074】 但し、焼成回数を多くすることは、それ
だけ生産工程が長くなることを意味するため、焼成回数
は必要最小限に止めることが好ましい。このような複数
回の焼成を行って得られた試料は、1回の焼成を行って
得られた試料よりも、XRDチャート上でのピーク形状
が鋭く突出しており、このことから、結晶性の向上が図
られていることを確認することができる。
However, increasing the number of firings means lengthening the production process accordingly, so it is preferable to keep the number of firings to the necessary minimum. The sample obtained by performing such firing a plurality of times has a sharper peak shape on the XRD chart than the sample obtained by performing the firing once. It can be confirmed that the improvement has been achieved.

【0075】 なお、焼成温度が600℃未満、及び/
又は焼成時間が5時間未満である場合には、焼成物のX
RDチャートに原料の残留を示すピーク、例えばリチウ
ム源として炭酸リチウム(Li2CO3)を用いた場合に
はLi2CO3のピークが観察され、単相生成物が得られ
ない。一方、焼成温度が1000℃超、及び/又は焼成
時間が50時間超である場合には、目的とする結晶系の
化合物以外に、高温相が生成し、単相生成物が得られな
くなる。
The firing temperature is less than 600 ° C., and /
Or, when the firing time is less than 5 hours, X of the fired product
In the RD chart, a peak showing the residual of the raw material, for example, when lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) is used as the lithium source, a peak of Li 2 CO 3 is observed and a single-phase product cannot be obtained. On the other hand, when the firing temperature is higher than 1000 ° C. and / or the firing time is longer than 50 hours, a high-temperature phase is generated in addition to the target crystal system compound, and a single-phase product cannot be obtained.

【0076】 また、焼成を2回以上に分けて行う場
合、次段階での焼成温度を前段階での焼成温度よりも逐
次高くして行うことが好ましい。例えば2回焼成の場合
に、2回目の焼成温度を1回目の焼成温度以上として合
成を行った場合に得られる生成物は、この2回目の焼成
温度及び焼成時間という条件を用いて得られる生成物よ
りも、XRDチャート上でのピーク形状が鋭く突出し、
結晶性の向上を図ることができる。
When the firing is performed twice or more, it is preferable that the firing temperature in the next step is successively higher than the firing temperature in the previous step. For example, in the case of the second firing, the product obtained when the synthesis is performed with the second firing temperature being equal to or higher than the first firing temperature is a product obtained by using the conditions of the second firing temperature and the second firing time. The peak shape on the XRD chart protrudes sharper than the
The crystallinity can be improved.

【0077】 上述したマンガン酸リチウムは結晶構造
の安定化が図られていると共にMnの溶出が効果的に抑
制されるために、これを正極活物質として用いた第2の
発明に係るリチウム二次電池は、特に高温サイクル特性
の改善が図られている。このような高温サイクル特性の
向上は、特に大量の電極活物質を用いる大容量電池にお
いて特に顕著に現れ、従って、その用途としては、例え
ばEVやHEVのモータ駆動用電源を挙げることができ
る。但し、第2の発明は、コイン電池等の小容量電池に
も当然に用いることができる。
Since the lithium manganate described above has a stable crystal structure and effectively suppresses the elution of Mn, it is used as a positive electrode active material in the lithium secondary battery according to the second invention. Batteries have been particularly improved in high temperature cycle characteristics. Such improvement in high-temperature cycle characteristics is particularly remarkable in a large-capacity battery using a large amount of electrode active material, and therefore its application can be, for example, an EV or HEV motor drive power source. However, the second invention can be naturally applied to a small capacity battery such as a coin battery.

【0078】 さて、前述のマンガン酸リチウムを正極
活物質として用いる第2の発明のリチウム二次電池を構
成するための他の部材(材料)としては、従来公知の種
々の材料を用いることができる。例えば、負極活物質と
しては、ソフトカーボンやハードカーボンといったアモ
ルファス系炭素質材料や、人造黒鉛、天然黒鉛等の高黒
鉛化炭素材料を用いることができる。中でも、リチウム
容量の大きい高黒鉛化炭素材料を用いることが好まし
い。
As the other member (material) for forming the lithium secondary battery of the second invention using the above-mentioned lithium manganate as the positive electrode active material, various conventionally known materials can be used. . For example, as the negative electrode active material, an amorphous carbonaceous material such as soft carbon or hard carbon, or a highly graphitized carbon material such as artificial graphite or natural graphite can be used. Above all, it is preferable to use a highly graphitized carbon material having a large lithium capacity.

【0079】 非水電解液に用いられる有機溶媒として
は、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネ
ート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、プ
ロピレンカーボネート(PC)といった炭酸エステル系
溶媒や、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、ア
セトニトリルらの単独溶媒若しくは混合溶媒が好適に用
いられる。
Examples of the organic solvent used in the non-aqueous electrolytic solution include carbonic acid ester solvents such as ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC) and propylene carbonate (PC), γ-butyrolactone and tetrahydrofuran. A single solvent or a mixed solvent such as acetonitrile is preferably used.

【0080】 電解質としては、六フッ化リン酸リチウ
ム(LiPF6)やホウフッ化リチウム(LiBF4)等
のリチウム錯体フッ素化合物、或いは過塩素酸リチウム
(LiClO4)といったリチウムハロゲン化物が挙げ
られ、一種類若しくは二種類以上を前記溶媒に溶解して
用いる。特に、酸化分解が起こり難く、非水電解液の導
電性の高いLiPF6を用いることが好ましい。
Examples of the electrolyte include lithium complex fluoride compounds such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and lithium borofluoride (LiBF 4 ), or lithium halides such as lithium perchlorate (LiClO 4 ). One kind or two or more kinds are dissolved in the solvent and used. In particular, it is preferable to use LiPF 6 which does not easily undergo oxidative decomposition and has high conductivity of the non-aqueous electrolyte.

【0081】 電池構造は、板状に成形された正極活物
質と負極活物質の間にセパレータを配して電解液を充填
させたコイン型の電池や、金属箔の表面に正極活物質を
塗工してなる正極板と、同様に金属箔の表面に負極活物
質を塗工してなる負極板とを、セパレータを介して捲回
或いは積層してなる電極体を用いた円筒型や箱型といっ
た各種電池を挙げることができる。
The battery structure is a coin-type battery in which a separator is placed between a plate-shaped positive electrode active material and a negative electrode active material and filled with an electrolytic solution, or a surface of a metal foil is coated with the positive electrode active material. Cylindrical type or box type using an electrode body formed by winding or laminating a positive electrode plate formed by processing and a negative electrode plate formed by similarly applying a negative electrode active material on the surface of a metal foil with a separator interposed therebetween. Various batteries can be mentioned.

【0082】[0082]

【実施例】 以下、本発明(第1の発明及び第2の発
明)を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれ
ら実施例に限定されるものではない。 (マンガン酸リチウムの合成)出発原料としてLi2
3、MnO2若しくはMnCO3を用いて、LiMn2
4の組成となるようにそれぞれを秤量し、混合した。次
いで、酸化雰囲気中、800℃、24時間焼成を行いマ
ンガン酸リチウムを合成した(実施例1〜12、比較例
1〜4)。なお、出発原料であるLi2CO3、MnO2
若しくはMnCO3、及び得られたLiMn24のNa
濃度(ppm)をプラズマ誘導発光分析(ICP)によ
り定量した。結果を表1、2に示す。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention (first invention and second invention) will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited to these examples. (Synthesis of lithium manganate) Li 2 C as a starting material
Using O 3 , MnO 2 or MnCO 3 , LiMn 2 O
Each was weighed and mixed so as to have a composition of 4 . Then, it was baked in an oxidizing atmosphere at 800 ° C. for 24 hours to synthesize lithium manganate (Examples 1 to 12, Comparative Examples 1 to 4). The starting materials Li 2 CO 3 , MnO 2
Alternatively, MnCO 3 and Na of the obtained LiMn 2 O 4
The concentration (ppm) was quantified by plasma induced emission spectroscopy (ICP). The results are shown in Tables 1 and 2.

【0083】[0083]

【表1】 [Table 1]

【0084】[0084]

【表2】 [Table 2]

【0085】 また、出発原料としてLi2CO3、Mn
2若しくはMnCO3を用いて、LiMn24の組成と
なるようにそれぞれを秤量し、更にAl23又はB23
を所定量混合した。次いで、酸化雰囲気中、800℃、
24時間焼成を行いマンガン酸リチウムを合成した(実
施例13〜41、比較例5〜8)。実施例25〜28に
ついては、合成時にLi2CO3量とMnO2量とを調整
して格子定数を変化させた。得られたLiMn24につ
いて、Na、Al及びBの濃度(ppm)をプラズマ誘
導発光分析(ICP)により定量した。また、実施例1
5、21、25〜28については、以下の方法により格
子定数の測定も行った。結果を表3に示す。なお、実施
例1〜40及び比較例1〜4は第1の発明の実施例及び
比較例であり、実施例41及び比較例5〜8は第2の発
明の実施例及び比較例である。
Further, as starting materials, Li 2 CO 3 and Mn are used.
Using O 2 or MnCO 3 , each was weighed so as to have a composition of LiMn 2 O 4 , and further, Al 2 O 3 or B 2 O 3
Was mixed in a predetermined amount. Then, in an oxidizing atmosphere, 800 ° C.,
It was calcined for 24 hours to synthesize lithium manganate (Examples 13 to 41, Comparative Examples 5 to 8). For Examples 25 to 28, the amount of Li 2 CO 3 and the amount of MnO 2 were adjusted during synthesis to change the lattice constant. The concentrations (ppm) of Na, Al and B of the obtained LiMn 2 O 4 were quantified by plasma induced emission analysis (ICP). In addition, Example 1
Regarding 5, 21, 25 to 28, the lattice constant was also measured by the following method. The results are shown in Table 3. In addition, Examples 1-40 and Comparative Examples 1-4 are Examples and Comparative Examples of the first invention, and Example 41 and Comparative Examples 5-8 are Examples and Comparative Example of the second invention.

【0086】[0086]

【表3】 [Table 3]

【0087】(格子定数の測定方法)理学電機(株)製
の「粉末X線回折装置RINT」を使用して、下記に示
す条件でX線回折測定を行った。得られた正極活物質の
X線回折パターンを、理学電機(株)製の「RINT2
000シリーズアプリケーションソフトウエア WPP
Fプログラム」を用いて解析し、正極活物質の格子定数
を求めた。測定の際には、内部標準物質としてZnOを
用いた。
(Measurement Method of Lattice Constant) Using a “powder X-ray diffractometer RINT” manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd., X-ray diffraction measurement was performed under the following conditions. The X-ray diffraction pattern of the obtained positive electrode active material was measured by "RINT2" manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.
000 series application software WPP
F program ”was used for analysis to determine the lattice constant of the positive electrode active material. At the time of measurement, ZnO was used as an internal standard substance.

【0088】X線回折測定条件: X線源:CuKα線 管電圧及び管電流:50kV、300mA 発散スリット:0.5deg 散乱スリット:0.5deg 受光スリット:0.15mm ステップ:0.02° 計数時間:0.5sec 走査範囲:10〜120°X-ray diffraction measurement conditions: X-ray source: CuKα ray Tube voltage and tube current: 50kV, 300mA Divergence slit: 0.5 deg Scattering slit: 0.5 deg Light receiving slit: 0.15mm Step: 0.02 ° Counting time: 0.5 sec Scanning range: 10-120 °

【0089】(マンガン酸リチウムの電解液浸漬処理)
合成したマンガン酸リチウム(実施例1〜41、比較例
1〜8)の5gずつをエチレンカーボネート(EC)と
ジエチルカーボネート(DEC)を等体積比(1:1)
で混合した有機溶媒に、電解質としてLiPF6を1m
ol/lの濃度となるように溶解して調製した20m
l、80℃の電解液に400時間浸漬した。次に、各試
料(マンガン酸リチウム)を濾紙フィルターで電解液と
分離し、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカー
ボネート(DEC)との混合有機溶媒、エチレンカーボ
ネート(EC)の順に洗浄した。
(Lithium manganate immersion treatment in electrolytic solution)
5 g each of the synthesized lithium manganate (Examples 1 to 41 and Comparative Examples 1 to 8) was mixed with ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) in an equal volume ratio (1: 1).
1m of LiPF 6 as an electrolyte in the organic solvent mixed in
20m prepared by dissolving to a concentration of ol / l
It was immersed in an electrolytic solution at 80 ° C. for 400 hours. Next, each sample (lithium manganate) was separated from the electrolytic solution by a filter paper filter, and washed with ethylene carbonate (EC) in this order, a mixed organic solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC).

【0090】 また、マンガン酸リチウムと分離して採
取した電解液を用いて、プラズマ誘導発光分析(IC
P)により、電解液中に溶出したMn(Mn溶出量
(%))を定量した。結果を表4(Mn源がMnO2
はMnCO3、ナトリウム含有)、表5(Mn源がMn
2、ナトリウム含有、アルミニウム又は硼素含有)、
表6(Mn源がMnCO3、ナトリウム含有、アルミニ
ウム又は硼素含有)、表7(Mn源がMnO2、ナトリ
ウム含有、アルミニウム又は硼素含有、格子定数変更)
に示す。なお、Mn溶出量(%)は、実施例1〜6、実
施例13〜15、実施例19〜21、実施例25〜3
1、実施例35〜37、実施例41、比較例2及び比較
例5〜8については、比較例1のMn溶出量(質量)を
100%とした場合、実施例7〜12、実施例16〜1
8、実施例22〜24、実施例32〜34、実施例38
〜40及び比較例4については、比較例3のMn溶出量
(質量)を100%とした場合の相対値である。
In addition, plasma induced emission analysis (IC
Pn was used to quantify the Mn eluted in the electrolytic solution (Mn elution amount (%)). The results are shown in Table 4 (Mn source is MnO 2 or MnCO 3 , containing sodium) and Table 5 (Mn source is Mn
O 2 , containing sodium, containing aluminum or boron),
Table 6 (Mn source contains MnCO 3 , sodium, aluminum or boron), Table 7 (Mn source contains MnO 2 , sodium, aluminum or boron, lattice constant changed)
Shown in. In addition, the Mn elution amount (%) is shown in Examples 1 to 6, Examples 13 to 15, Examples 19 to 21, and Examples 25 to 3.
1, Example 35 to 37, Example 41, Comparative Example 2 and Comparative Examples 5 to 8 are Examples 7 to 12 and Example 16 when the Mn elution amount (mass) of Comparative Example 1 is 100%. ~ 1
8, Examples 22 to 24, Examples 32 to 34, and Example 38
˜40 and Comparative Example 4 are relative values when the Mn elution amount (mass) of Comparative Example 3 is 100%.

【0091】(電池の作製)前述のマンガン酸リチウム
(実施例1〜41、比較例1〜8)を正極活物質として
使用し、導電助材たるアセチレンブラック粉末と結着材
たるポリフッ化ビニリデンを、質量比で50:2:3の
割合で添加・混合して正極材料を調製した。その正極材
料0.02gを300kg/cm2の圧力で直径20m
mφの円板状にプレス成形して正極とした。次に、エチ
レンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(D
EC)が等体積比(1:1)で混合された有機溶媒に、
電解質としてLiPF6を1mol/lの濃度となるよ
うに溶解して調製した電解液と、カーボンからなる負
極、正極と負極を隔てるセパレータ、及び、前述の通り
作製した正極を用いてコインセルを作製した(実施例1
〜41、比較例1〜8)。
(Production of Battery) Using the above-mentioned lithium manganate (Examples 1 to 41 and Comparative Examples 1 to 8) as a positive electrode active material, acetylene black powder as a conduction aid and polyvinylidene fluoride as a binder were used. A positive electrode material was prepared by adding and mixing in a mass ratio of 50: 2: 3. 0.02 g of the positive electrode material has a diameter of 20 m at a pressure of 300 kg / cm 2.
A positive electrode was obtained by press-molding into a disk shape of mφ. Next, ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (D
EC) in an organic solvent mixed in an equal volume ratio (1: 1),
A coin cell was prepared using an electrolyte prepared by dissolving LiPF 6 as an electrolyte to a concentration of 1 mol / l, a negative electrode made of carbon, a separator separating the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode prepared as described above. (Example 1
~ 41, Comparative Examples 1-8).

【0092】(高温サイクル特性の評価)作製したコイ
ンセル(実施例1〜41、比較例1〜8)を内温60℃
の恒温槽内に設置し、正極活物質の容量に応じて、1C
レートの定電流、定電圧で4.1Vまで充電した。次い
で、同じく1Cレートの定電流で2.5Vまで放電させ
る充放電を1サイクルとして、100サイクルまで行
い、100サイクル経過後のサイクル効率(%)を算出
した。結果を表4〜7に示す。なお「サイクル効率
(%)」とは、100サイクル経過後の放電容量を、初
回の放電容量で除して得た数値のことである。
(Evaluation of High-Temperature Cycle Characteristics) The coin cells (Examples 1 to 41, Comparative Examples 1 to 8) thus prepared were heated to an internal temperature of 60 ° C.
Installed in a constant temperature bath of 1C, depending on the capacity of the positive electrode active material, 1C
The battery was charged to 4.1 V at a constant rate current and a constant voltage. Next, similarly, charging / discharging for discharging up to 2.5 V at a constant current of 1 C rate was set as one cycle, 100 cycles were performed, and the cycle efficiency (%) after 100 cycles was calculated. The results are shown in Tables 4-7. The “cycle efficiency (%)” is a numerical value obtained by dividing the discharge capacity after 100 cycles by the initial discharge capacity.

【0093】[0093]

【表4】 [Table 4]

【0094】[0094]

【表5】 [Table 5]

【0095】[0095]

【表6】 [Table 6]

【0096】[0096]

【表7】 [Table 7]

【0097】(考察)第1の発明においては、マンガン
酸リチウムのナトリウム濃度が高い程、電解液中へのM
n溶出量が抑制され、その結晶構造の破壊進行が抑制さ
れていることが判明した。そして、アルミニウム又は硼
素を含有させることにより更に電解液中へのMnの溶出
量が抑制され、結晶構造の破壊進行が更に抑制されてい
ることが判明した。アルミニウムと硼素は、本実施例の
ように、どちらか一方を含有させるようにしてもよい
が、アルミニウムと硼素を同時に含有させても電解液中
へのMnの溶出が効果的に抑制される。また、比較例
2、4についてはMn溶出量が最も少なかったが、サイ
クル効率も低下する傾向にあることが判明した。即ち、
マンガン酸リチウムのナトリウム濃度は、適当な数値範
囲内であることが、サイクル特性の面から好ましいこと
が明らかとなった。これらの効果は硼素をバナジウムに
代えた場合でも、硼素の場合とほぼ同様の効果が得られ
る。
(Discussion) In the first invention, the higher the sodium concentration of lithium manganate, the more M in the electrolytic solution.
It was found that the n elution amount was suppressed and the progress of destruction of the crystal structure was suppressed. Then, it was found that the inclusion of aluminum or boron further suppressed the elution amount of Mn in the electrolytic solution, and further suppressed the progress of destruction of the crystal structure. Either aluminum or boron may be contained as in this embodiment, but even if aluminum and boron are contained at the same time, the elution of Mn into the electrolytic solution is effectively suppressed. Further, in Comparative Examples 2 and 4, it was found that although the Mn elution amount was the smallest, the cycle efficiency also tended to decrease. That is,
It has been clarified that the sodium concentration of lithium manganate is preferably within an appropriate numerical range in terms of cycle characteristics. Even when boron is replaced by vanadium, these effects are almost the same as in the case of boron.

【0098】 従って、ナトリウム濃度が所定の数値範
囲内であるマンガン酸リチウムを正極活物質として用い
た第1の発明のリチウム二次電池は、高温サイクル特性
に優れていることを確認することができ、更にアルミニ
ウム濃度及び/又は硼素濃度及び/又はバナジウム濃度
を所定の数値範囲にすると、更に高温サイクル特性に優
れることを確認できた。
Therefore, it can be confirmed that the lithium secondary battery of the first invention using lithium manganate having a sodium concentration within a predetermined numerical range as the positive electrode active material has excellent high temperature cycle characteristics. Further, it was confirmed that when the aluminum concentration and / or the boron concentration and / or the vanadium concentration were set within a predetermined numerical range, the high temperature cycle characteristics were further excellent.

【0099】 また、表7より、格子定数が小さいほう
が、Mn溶出量が少なく、サイクル効率がよいことがわ
かる。本実施例では、原料のMn源にMnO2を使用し
ているが、MnCO3を使用しても同様に、格子定数が
小さいほうがサイクル特性が向上する。なお、硼素をバ
ナジウムに代えた場合でも、硼素の場合とほぼ同様の効
果が得られる。
In addition, it can be seen from Table 7 that the smaller the lattice constant, the smaller the amount of Mn eluted and the better the cycle efficiency. In the present embodiment, MnO 2 is used as the Mn source of the raw material, but similarly, when MnCO 3 is used, the smaller the lattice constant is, the more the cycle characteristics are improved. Even when boron is replaced by vanadium, the same effect as that of boron can be obtained.

【0100】 表5に示す結果から明らかな通り、第2
の発明においては、実施例41と比較例5とを比較する
と、ナトリウム濃度が50000ppm程度という大き
な値でも、硼素濃度が所定の値(10ppm以上)であ
れば、硼素の存在によりサイクル特性は良好といえる。
一方、ナトリウム濃度が50000ppmより大きな値
では、サイクル効率は硼素有りのほうがよいといえる
が、ナトリウム濃度及び硼素濃度が所定の範囲内にある
ものと比較すると、よいとはいえない。但し、硼素の効
果により、比較例6よりは比較例7のほうがよいといえ
る。更に、比較例8をみると、硼素濃度が所定の範囲内
であるにも関わらず、ナトリウム濃度が所定の範囲外で
あるためにサイクル特性は悪い。これらの結果から、ナ
トリウムと硼素とで何らかの相互作用があると考えら
れ、ナトリウム及び硼素の濃度が、第2の発明で規定す
る濃度範囲内にあれば、サイクル効率が向上することが
判明した。
As is clear from the results shown in Table 5, the second
In the invention of No. 4, when Example 41 and Comparative Example 5 are compared, even if the sodium concentration is as large as about 50,000 ppm, if the boron concentration is a predetermined value (10 ppm or more), the cycle characteristics are good due to the presence of boron. I can say.
On the other hand, when the sodium concentration is larger than 50,000 ppm, it can be said that the cycle efficiency is better with boron, but it is not so good as compared with the sodium concentration and the boron concentration within the predetermined ranges. However, it can be said that Comparative Example 7 is better than Comparative Example 6 due to the effect of boron. Further, looking at Comparative Example 8, the cycle characteristics are poor because the sodium concentration is outside the predetermined range, even though the boron concentration is within the predetermined range. From these results, it is considered that there is some interaction between sodium and boron, and it was found that the cycle efficiency is improved when the concentrations of sodium and boron are within the concentration range specified by the second invention.

【0101】[0101]

【発明の効果】 以上説明したように、第1の発明のリ
チウム二次電池は、正極活物質として用いるスピネル構
造を有するマンガン酸リチウムのナトリウム濃度が所定
の数値範囲内であるために、電解液中へのMnの溶出が
効果的に抑制され、高温サイクル特性に優れているとい
った特性を有する。第2の発明のリチウム二次電池は、
正極活物質として用いるスピネル構造を有するマンガン
酸リチウムのナトリウム濃度及び硼素濃度が所定の数値
範囲内であるために、ナトリウム及び硼素の相互作用に
より、高温サイクル特性に優れているといった特性を有
する。
As described above, in the lithium secondary battery of the first invention, since the sodium concentration of lithium manganate having a spinel structure used as the positive electrode active material is within a predetermined numerical range, the electrolytic solution The elution of Mn into the inside is effectively suppressed, and the high temperature cycle characteristics are excellent. The lithium secondary battery of the second invention is
Since the sodium concentration and the boron concentration of the lithium manganate having a spinel structure used as the positive electrode active material are within the predetermined numerical range, the lithium manganate has a characteristic that the high temperature cycle characteristic is excellent due to the interaction between sodium and boron.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G048 AA04 AB06 AC06 AD06 AE05 5H029 AJ05 AK03 AL06 AL07 AL08 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 CJ02 CJ08 CJ28 DJ17 EJ04 EJ12 HJ01 HJ02 HJ13 HJ14 5H050 AA05 AA07 BA17 CA09 CB07 CB08 CB09 FA19 GA02 GA10 GA27 HA01 HA02 HA13 HA14 HA20    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 4G048 AA04 AB06 AC06 AD06 AE05                 5H029 AJ05 AK03 AL06 AL07 AL08                       AM02 AM03 AM04 AM05 AM07                       CJ02 CJ08 CJ28 DJ17 EJ04                       EJ12 HJ01 HJ02 HJ13 HJ14                 5H050 AA05 AA07 BA17 CA09 CB07                       CB08 CB09 FA19 GA02 GA10                       GA27 HA01 HA02 HA13 HA14                       HA20

Claims (31)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 正極活物質がスピネル構造を有するマン
ガン酸リチウムであるリチウム二次電池であって、 前記マンガン酸リチウムのナトリウム濃度が50〜50
00ppmであることを特徴とするリチウム二次電池。
1. A lithium secondary battery in which the positive electrode active material is lithium manganate having a spinel structure, and the sodium concentration of the lithium manganate is 50 to 50.
Lithium secondary battery, which is 00 ppm.
【請求項2】 前記マンガン酸リチウムが、 ナトリウム濃度が30ppm以上である炭酸リチウム
と、ナトリウム濃度が50ppm以上である二酸化マン
ガンを用いて合成されたものである請求項1に記載のリ
チウム二次電池。
2. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium manganate is synthesized by using lithium carbonate having a sodium concentration of 30 ppm or more and manganese dioxide having a sodium concentration of 50 ppm or more. .
【請求項3】 前記炭酸リチウムのナトリウム濃度が1
00ppm以上である請求項2に記載のリチウム二次電
池。
3. The lithium carbonate has a sodium concentration of 1
The lithium secondary battery according to claim 2, wherein the content is 00 ppm or more.
【請求項4】 前記二酸化マンガンのナトリウム濃度が
400ppm以上である請求項2に記載のリチウム二次
電池。
4. The lithium secondary battery according to claim 2, wherein the sodium concentration of the manganese dioxide is 400 ppm or more.
【請求項5】 前記マンガン酸リチウムが、 ナトリウム濃度が30ppm以上である炭酸リチウム
と、ナトリウム濃度が35ppm以上である炭酸マンガ
ンを用いて合成されたものである請求項1に記載のリチ
ウム二次電池。
5. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium manganate is synthesized using lithium carbonate having a sodium concentration of 30 ppm or more and manganese carbonate having a sodium concentration of 35 ppm or more. .
【請求項6】 前記炭酸リチウムのナトリウム濃度が1
00ppm以上である請求項5に記載のリチウム二次電
池。
6. The lithium carbonate has a sodium concentration of 1
The lithium secondary battery according to claim 5, which has a content of 00 ppm or more.
【請求項7】 前記炭酸マンガンのナトリウム濃度が1
00ppm以上である請求項5に記載のリチウム二次電
池。
7. The manganese carbonate has a sodium concentration of 1
The lithium secondary battery according to claim 5, which has a content of 00 ppm or more.
【請求項8】 前記マンガン酸リチウムのナトリウム濃
度が500〜4000ppmである請求項1〜7のいず
れか一項に記載のリチウム二次電池。
8. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium manganate has a sodium concentration of 500 to 4000 ppm.
【請求項9】 前記マンガン酸リチウムのナトリウム濃
度が1000〜3000ppmである請求項1〜7のい
ずれか一項に記載のリチウム二次電池。
9. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the sodium concentration of the lithium manganate is 1000 to 3000 ppm.
【請求項10】 前記マンガン酸リチウムの、アルミニ
ウム濃度が10〜30000ppm及び/又は硼素濃度
が10〜4000ppm及び/又はバナジウム濃度が1
0〜4000ppmである請求項1〜9のいずれか一項
に記載のリチウム二次電池。
10. The lithium manganate has an aluminum concentration of 10 to 30000 ppm and / or a boron concentration of 10 to 4000 ppm and / or a vanadium concentration of 1.
It is 0-4000 ppm, The lithium secondary battery as described in any one of Claims 1-9.
【請求項11】 前記アルミニウム濃度が10〜200
00ppmである請求項10に記載のリチウム二次電
池。
11. The aluminum concentration is 10 to 200.
It is 00 ppm, The lithium secondary battery of Claim 10.
【請求項12】 前記硼素濃度が10〜2000ppm
である請求項10に記載のリチウム二次電池。
12. The boron concentration is 10 to 2000 ppm.
The lithium secondary battery according to claim 10, which is
【請求項13】 前記バナジウム濃度が10〜2000
ppmである請求項10に記載のリチウム二次電池。
13. The vanadium concentration is 10 to 2000.
It is ppm, The lithium secondary battery of Claim 10.
【請求項14】 前記マンガン酸リチウムのLi/Mn
比が0.5超である請求項1〜13のいずれか一項に記
載のリチウム二次電池。
14. Li / Mn of the lithium manganate
The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 13, wherein the ratio is more than 0.5.
【請求項15】 前記マンガン酸リチウム(LiMn2
4)中の遷移元素Mnの一部を、Tiを含み、その他
に、Li、Fe、Ni、Mg、Zn、B、Al、Co、
Cr、Si、Sn、P、V、Sb、Nb、Ta、Mo及
びWからなる群から選ばれる一種類以上の元素からな
る、二種類以上の元素で置換してなるLiMZMn2-Z
4(但し、Mは置換元素で、Zは置換量を示す。)を正
極活物質として用いた請求項1〜14のいずれか一項に
記載のリチウム二次電池。
15. The lithium manganate (LiMn 2
Part of the transition element Mn in O 4 ) contains Ti, and in addition, Li, Fe, Ni, Mg, Zn, B, Al, Co,
Cr, Si, Sn, P, V, Sb, Nb, Ta, composed of one or more elements selected from the group consisting of Mo and W, formed by substitution in two or more kinds of elements LiM Z Mn 2-Z O
The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 14, wherein 4 (wherein M represents a substitution element and Z represents a substitution amount) is used as a positive electrode active material.
【請求項16】 前記マンガン酸リチウムの格子定数が
8.23オングストローム以下である請求項1〜15の
いずれか一項に記載のリチウム二次電池。
16. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium manganate has a lattice constant of 8.23 angstroms or less.
【請求項17】 前記マンガン酸リチウムの前記格子定
数が8.22オングストローム以下である請求項16に
記載のリチウム二次電池。
17. The lithium secondary battery according to claim 16, wherein the lattice constant of the lithium manganate is 8.22 angstroms or less.
【請求項18】 前記マンガン酸リチウムが、所定比に
調整された各元素の塩及び/又は酸化物の混合物を、酸
化雰囲気、650〜1000℃の範囲で、5〜50時間
かけて焼成して得られたものである請求項1〜17のい
ずれか一項に記載のリチウム二次電池。
18. A mixture of salts and / or oxides of the respective elements in which the lithium manganate is adjusted to a predetermined ratio is fired in an oxidizing atmosphere at 650 to 1000 ° C. for 5 to 50 hours. The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 17, which is obtained.
【請求項19】 前記マンガン酸リチウムが、前記焼成
を2回以上行って得られたものである請求項18に記載
のリチウム二次電池。
19. The lithium secondary battery according to claim 18, wherein the lithium manganate is obtained by performing the firing twice or more.
【請求項20】 前記マンガン酸リチウムが、焼成回数
を重ねる毎に焼成温度を逐次高くして得られたものであ
る請求項19に記載のリチウム二次電池。
20. The lithium secondary battery according to claim 19, wherein the lithium manganate is obtained by sequentially increasing the firing temperature each time the firing is repeated.
【請求項21】 正極活物質がスピネル構造を有するマ
ンガン酸リチウムであるリチウム二次電池であって、 前記マンガン酸リチウムのナトリウム濃度が50〜50
000ppm、かつ硼素濃度が10ppm以上であるこ
とを特徴とするリチウム二次電池。
21. A lithium secondary battery in which the positive electrode active material is lithium manganate having a spinel structure, wherein the sodium concentration of the lithium manganate is 50 to 50.
A lithium secondary battery having a concentration of 000 ppm and a boron concentration of 10 ppm or more.
【請求項22】 前記硼素濃度が4000ppm以下で
ある請求項21に記載のリチウム二次電池。
22. The lithium secondary battery according to claim 21, wherein the boron concentration is 4000 ppm or less.
【請求項23】 前記マンガン酸リチウムの、アルミニ
ウム濃度が10〜30000ppm及び/又はバナジウ
ム濃度が10〜4000ppmである請求項21又は2
2に記載のリチウム二次電池。
23. The aluminum concentration of lithium manganate is 10 to 30000 ppm and / or the vanadium concentration is 10 to 4000 ppm.
2. The lithium secondary battery described in 2.
【請求項24】 前記アルミニウム濃度が10〜200
00ppmである請求項23に記載のリチウム二次電
池。
24. The aluminum concentration is 10 to 200.
The lithium secondary battery according to claim 23, which has a concentration of 00 ppm.
【請求項25】 前記マンガン酸リチウムのLi/Mn
比が0.5超である請求項21〜24のいずれか一項に
記載のリチウム二次電池。
25. Li / Mn of the lithium manganate
The lithium secondary battery according to any one of claims 21 to 24, which has a ratio of more than 0.5.
【請求項26】 前記マンガン酸リチウム(LiMn2
4)中の遷移元素Mnの一部を、Tiを含み、その他
に、Li、Fe、Ni、Mg、Zn、B、Al、Co、
Cr、Si、Sn、P、V、Sb、Nb、Ta、Mo及
びWからなる群から選ばれる一種類以上の元素からな
る、二種類以上の元素で置換してなるLiMZMn2-Z
4(但し、Mは置換元素で、Zは置換量を示す。)を正
極活物質として用いた請求項21〜25のいずれか一項
に記載のリチウム二次電池。
26. The lithium manganate (LiMn 2
Part of the transition element Mn in O 4 ) contains Ti, and in addition, Li, Fe, Ni, Mg, Zn, B, Al, Co,
Cr, Si, Sn, P, V, Sb, Nb, Ta, composed of one or more elements selected from the group consisting of Mo and W, formed by substitution in two or more kinds of elements LiM Z Mn 2-Z O
The lithium secondary battery according to any one of claims 21 to 25, wherein 4 (wherein M represents a substitution element and Z represents a substitution amount) is used as a positive electrode active material.
【請求項27】 前記マンガン酸リチウムの格子定数が
8.23オングストローム以下である請求項21〜26
のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。
27. The lithium-manganese oxide having a lattice constant of 8.23 angstroms or less.
The lithium secondary battery according to any one of 1.
【請求項28】 前記マンガン酸リチウムの前記格子定
数が8.22オングストローム以下である請求項27に
記載のリチウム二次電池。
28. The lithium secondary battery according to claim 27, wherein the lattice constant of the lithium manganate is 8.22 angstroms or less.
【請求項29】 前記マンガン酸リチウムが、所定比に
調整された各元素の塩及び/又は酸化物の混合物を、酸
化雰囲気、650〜1000℃の範囲で、5〜50時間
かけて焼成して得られたものである請求項21〜28の
いずれか一項に記載のリチウム二次電池。
29. A mixture of salts and / or oxides of the respective elements, in which the lithium manganate is adjusted to a predetermined ratio, is fired in an oxidizing atmosphere at 650 to 1000 ° C. for 5 to 50 hours. The lithium secondary battery according to any one of claims 21 to 28, which is obtained.
【請求項30】 前記マンガン酸リチウムが、前記焼成
を2回以上行って得られたものである請求項29に記載
のリチウム二次電池。
30. The lithium secondary battery according to claim 29, wherein the lithium manganate is obtained by performing the firing twice or more.
【請求項31】 前記マンガン酸リチウムが、焼成回数
を重ねる毎に焼成温度を逐次高くして得られたものであ
る請求項30に記載のリチウム二次電池。
31. The lithium secondary battery according to claim 30, wherein the lithium manganate is obtained by sequentially increasing the firing temperature each time the firing is repeated.
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