JP2003511827A - Cathode active materials for lithium electrochemical cells - Google Patents

Cathode active materials for lithium electrochemical cells

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、分子式LixCryMn2-y4+z(2.2<x<4、0<y<2及びZ≧0の新しい単相化合物に関する。この化合物は、二次リチウムイオン電池の活性カソード材料として使用することができる。そのようなカソードを有する二次リチウムイオン電池も説明されている。 (57) Abstract: The present invention relates to a novel single phase compound of molecular formula Li x Cr y Mn 2-y O 4 + z (2.2 <x <4,0 <y <2 and Z ≧ 0. The compound Can be used as the active cathode material for secondary lithium ion batteries, and secondary lithium ion batteries having such cathodes have also been described.

Description

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

【0001】 発明の背景 本発明は、式LixCryMn2-y4+z(2.2<x<4、0<y<2、及びz
≧0)の化合物、並びにリチウムイオン二次電池及びリチウム電池のカソード材
料としてのこの化合物の使用に関する。
[0001] BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention has the formula Li x Cr y Mn 2-y O 4 + z (2.2 <x <4,0 <y <2, and z
≧ 0) and the use of this compound as a cathode material for lithium ion secondary batteries and lithium batteries.

【0002】 本発明の動機付けは、大きい比エネルギー密度及び体積エネルギー密度を低い
コスト及び熱的安定性と組み合わせた再充電可能バッテリーへの要求が近年増大
しているということである。
The motivation for the present invention is that the demand for rechargeable batteries combining high specific energy density and volume energy density with low cost and thermal stability has increased in recent years.

【0003】 従来技術の説明 リチウムイオン電池は、アノード及びカソードの両方の電気的に活性な成分が
リチウム層間化合物である再充電可能電気化学電池である。層間(インターカレ
ーション)化合物は、リチウムイオンのためのホスト構造として作用し、リチウ
ムイオンは、外部から印可される電位の極性に依存して、蓄えられ又は放出され
る。リチウムイオン電池は、酸化電位を有するリチウムインターカレーションカ
ソードと還元電位を有するリチウムインターカレーションアノードとからなる。
リチウムインターカレーション材料は、電気化学電位に応じて、リチウムイオン
を可逆的に蓄えること及び放出することができる。放電においては、リチウムイ
オン電池内において、リチウムイオンがアノードからカソードに移動し、それに
よって電気化学電流が発生する。充電においては、カソードからアノードにリチ
ウムイオンを移動させるためにエネルギーが消費される。カソードとアノードと
の電位差が大きければ大きいほど、得られる電池の電気化学電位が大きくなる。
カソード及びアノードに可逆的に蓄えることができる及びこれらから放出するこ
とができるリチウムの量が多ければ多いほど、容量が大きくなる。電池の放電容
量は、電池が所定の電流を提供することができる期間に反映される。リチウムイ
オン電池のための典型的なアノードは、グラファイト(黒鉛)又は石油ケークの
ような炭質材料から作られる。典型的なカソードは、遷移金属の酸化物又は硫化
物から作られる。電池の製造を容易にするために、リチウムがカソードにのみ存
在してアノードには存在しないようにして、完全に放電した状態で通常はリチウ
ムイオン電池を組み立てる。この状態においては通常、アノード材料とカソード
材料の両方が空気中で安定な状態である。放電した状態で電池を組み立てるとい
うことは、電池の最終的な容量が、カソード中に最初に存在するリチウムの量に
依存するということである。例えば、LiMnO2に基づくカソードでは、Li
Mn24に基づくカソードの理論容量の2倍の理論容量を持つ。
Description of the Prior Art Lithium-ion batteries are rechargeable electrochemical cells in which the electrically active components of both the anode and cathode are lithium intercalation compounds. The intercalation compound acts as a host structure for lithium ions, which are either stored or released depending on the polarity of the externally applied potential. A lithium-ion battery consists of a lithium intercalation cathode having an oxidation potential and a lithium intercalation anode having a reduction potential.
Lithium intercalation materials are capable of reversibly storing and releasing lithium ions in response to an electrochemical potential. During discharge, lithium ions move from the anode to the cathode in the lithium-ion battery, thereby generating an electrochemical current. During charging, energy is consumed to move lithium ions from the cathode to the anode. The greater the potential difference between the cathode and the anode, the greater the electrochemical potential of the resulting cell.
The more lithium that can be stored reversibly in the cathode and the anode and that can be released from them, the greater the capacity. The discharge capacity of a battery is reflected in the period during which the battery can provide a given current. Typical anodes for lithium-ion batteries are made from carbonaceous materials such as graphite or petroleum cake. A typical cathode is made from a transition metal oxide or sulfide. To facilitate battery manufacture, lithium-ion batteries are usually assembled in a completely discharged state with lithium present only in the cathode and not in the anode. In this state, both the anode material and the cathode material are normally stable in air. Assembling a cell in the discharged state means that the final capacity of the cell depends on the amount of lithium initially present in the cathode. For example, in a LiMnO 2 -based cathode, Li
It has a theoretical capacity twice that of the cathode based on Mn 2 O 4 .

【0004】 リチウムイオン電池のためのカソードについての従来の報告及び特許明細書で
は、リチウムの様々な混合酸化物、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiN
xCo1-x2及びLiMn24を活性材料として使用することを提案している
In previous reports and patent specifications for cathodes for lithium-ion batteries, various mixed oxides of lithium, such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiN, were used.
It proposes to use i x Co 1-x O 2 and LiMn 2 O 4 as active materials.

【0005】 金属リチウムアノードを有するリチウム二次電池でのLiMn2-xCrx4.35 (0.2<x<0.4)及びLiCrxMn2-y4(0<x<1)のような相の
使用も知られている。これについては、G.Pistoia 等の「Solid State Ionics」 58 , 285(1992年)及びB.Wang等の「Studies of LiCrxMn2-xO4 for Secondary L
ithium Batteries」、第6回リチウムバッテリー国際会議の要約、ドイツ国マン
スター、1992年5月10〜15日を参照。(J.Power Source, 43-44, 539-5
46 (1992年)も参照)。後者では材料は、立方格子構造の材料として示されてい
る。また後者では、更なるLiを電気化学的に挿入している。しかしながら、更
に0.4モル当量のリチウムを挿入して、例えばLi1.4Cr0.4Mn1.64の式
の酸化物を与えられるだけである。
[0005]   LiMn in lithium secondary battery with metallic lithium anode2-xCrxO4.35 (0.2 <x <0.4) and LiCrxMn2-yOFourFor phases such as (0 <x <1)
Also known for use. For this, see “Solid State Ionics” by G. Pistoia et al. 58 , 285 (1992) and B. Wang et al., “Studies of LiCrxMn2-xOFour for Secondary L
ithium Batteries ", Summary of the 6th International Conference on Lithium Batteries, Mann, Germany
See Star, May 10-15, 1992. (J. Power Source,43-44, 539-5
46 (1992)). In the latter, the material is shown as having a cubic lattice structure.
It Further, in the latter, further Li is electrochemically inserted. However,
0.4 mol equivalent of lithium is inserted into1.4Cr0.4Mn1.6OFourExpression
It is only given the oxide of.

【0006】 また、二次電気化学電池で使用されるLiqxMnyz(qは0〜1.3)の
分子式のリチウムが少ないリチウムマンガンスピネル構造も、米国特許第5,1
69,736号明細書で説明されている。
Further, Li q used in rechargeable electrochemical cell M x Mn y O z (q is 0 to 1.3) Molecular formula Li is less lithium manganese spinel structure also, U.S. Patent No. 5,1
69,736.

【0007】 比較的最近では、そのような混合金属酸化物中のリチウムの量は増加してきて
いる。1994年12月6日の本出願人の米国特許第5,370,949号明細
書では、Li2CryMn2-x4(0<x<2)の分子式の単相化合物、及びリチ
ウムイオン二次電池でのその使用が説明されている。これらの材料は、標準の固
体技術によって調製され、小さい電流密度(3.6mA/g)において170mAh
/gまでの放電容量の良好な反復性を示した。比較的大きい放電容量は、遷移金
属成分の少なくとも半分がマンガンである組成物で見い出されている。しかしな
がら、クロムよりも有意にマンガンを含む相は、初めの又は続く放電において商
業的にあまり好ましくない2つの平坦部分を有する電圧曲線を示す。これらのカ
ソード材料の更なる構造及び電気化学的特徴は、Journal of Pow
er Sourceの2つの論文(第54巻、第205〜208頁、1995年
、及び第81〜82巻、第406〜411頁、1999年)によって示している
[0007] Relatively recently, the amount of lithium in such mixed metal oxides has increased. In Applicant's U.S. Patent No. 5,370,949 of 1994 December 6, Li 2 Cr y Mn 2- x O 4 (0 <x <2) Molecular formula single phase compound of, and lithium Its use in ion secondary batteries is described. These materials were prepared by standard solid state technology and were 170 mAh at low current densities (3.6 mA / g).
It showed good repeatability of discharge capacity up to / g. Relatively large discharge capacities have been found in compositions where at least half of the transition metal component is manganese. However, a phase that contains significantly more manganese than chromium exhibits a voltage curve with two plateaus that are commercially less preferred in the initial or subsequent discharge. Further structural and electrochemical characteristics of these cathode materials are described in Journal of Pow.
er Source, two papers (Vol. 54, 205-208, 1995, and 81-82, 406-411, 1999).

【0008】 これに関する他の材料は、1986年1月28日のRiley の米国特許第4,5
67,031号明細書で説明されている。この参照文献の要約は、式Lixy
z(Mは、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、及びニッケルからなる群
から選択される少なくとも1つの金属)の混合金属酸化物を説明している。可能
な構造のいずれもがMn又はCrを含んでいないことが注目される。更に、二次
電池のカソードとしてのそのような化合物の使用の開示もない。
Another material in this regard is Riley, US Pat. No. 4,5, Jan. 28, 1986.
67,031. Summary of this reference, the formula Li x M y O
A mixed metal oxide of z (M is at least one metal selected from the group consisting of titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, and nickel) is described. It is noted that none of the possible structures contain Mn or Cr. Furthermore, there is no disclosure of the use of such compounds as cathodes in secondary batteries.

【0009】 また、Li2CrxMn2-x4の組成(1.0≦x≦1.5)の材料の調製及び
特徴は、Dahn, Zheng及びThomas(J. Electrochem. Soc., 145, 851〜859,1998
年3月)によって示されている。これらの材料は、ゾル−ゲル技術を使用し、そ
の後で不活性雰囲気において500〜1,100℃の温度に加熱して製造した。
この研究においては、700℃の温度で調製したLi2Cr1.25Mn0.754の組
成の試料で、小さい電流密度(1.5mA/g)において150mAh/g の最大放
電容量が示された。同じ試料を15mA/gで反復試験すると、約137mAh/g
の容量が示された。700℃で調製した材料は全て、粉末X線回折によって、六
方晶単位セル対称のLiCoO2のような層状構造を有することが示された。結
晶単位セルの体積は、Li2CrxMn2-x4単位当たり、68.6〜71.9立
方オングストロームであった。
The preparation and characteristics of a material having a composition of Li 2 Cr x Mn 2-x O 4 (1.0 ≦ x ≦ 1.5) are described by Dahn, Zheng and Thomas (J. Electrochem. Soc., 145 , 851 ~ 859, 1998
March of the year). These materials were made using the sol-gel technique, followed by heating to a temperature of 500-1,100 ° C in an inert atmosphere.
In this study, a sample of composition Li 2 Cr 1.25 Mn 0.75 O 4 prepared at a temperature of 700 ° C. showed a maximum discharge capacity of 150 mAh / g at a small current density (1.5 mA / g). Repeated testing of the same sample at 15mA / g gives approximately 137mAh / g
Capacity was shown. All materials prepared at 700 ° C. were shown by powder X-ray diffraction to have a layered structure such as LiCoO 2 with hexagonal unit cell symmetry. The volume of the crystal unit cell, Li 2 Cr x Mn 2- x O 4 per unit was 68.6 to 71.9 Å.

【0010】 1999年12月12日の米国特許第5,858,324号明細書は、Liy
CrxMn2-x4+z(y≧2、0.25<x<2、及びZ≧0)の化合物を調製
するためのプロセスを開示している。この開示において示されている実験例は、
再充電可能リチウムイオン電気化学電池の活性カソードとしてのこれらの材料の
使用を示している。LiyCrxMn2-x4+z試料は、硝酸クロム9水和物、酢酸
マンガン(II)4水和物、及び水酸化リチウム1水和物から、ゲル化剤として水
酸化アンモニウムを使用するゾル−ゲルプロセスによって、J.Electrochem. Soc
. (145, 851-859, 1998年3月)の開示で示されるようにして調製した。ゲルは、
不活性雰囲気において500〜1,100℃の温度で加熱処理して、LiyCrx Mn2-x4+z化合物を作った。
US Pat. No. 5,858,324, dated December 12, 1999, describes Li y
Disclosed is a process for preparing compounds of Cr x Mn 2-x O 4 + z (y ≧ 2, 0.25 <x <2, and Z ≧ 0). The experimental examples shown in this disclosure are:
Figure 3 illustrates the use of these materials as the active cathode of rechargeable lithium-ion electrochemical cells. The Li y Cr x Mn 2-x O 4 + z sample was prepared by adding ammonium hydroxide as a gelling agent from chromium nitrate nonahydrate, manganese (II) acetate tetrahydrate, and lithium hydroxide monohydrate. Depending on the sol-gel process used, J. Electrochem. Soc
(145, 851-859, March 1998). The gel is
A Li y Cr x Mn 2−x O 4 + z compound was prepared by heat treatment at a temperature of 500 to 1100 ° C. in an inert atmosphere.

【0011】 化合物は、粉末X線回折データに基づく結晶単位セル寸法のReitveld
解析によって特徴付けられる。化合物の対称性及び空間群は、組成及び処理温度
に依存することが見出されている。研究された組成物の構造解析及び化学解析は
、米国特許第5,858,324号明細書の表1に概略が示されている。この表
1では、研究された37の試料に関して、構造解析及び化学解析の概略が示され
ている。ここで示されているLiyCrxMn2-x4+zの例のうちの2つ(試料2
2及び23)の組成のみで、yが2.0よりも大きい。xの値は0.5〜1.5
であり、zの値は表6で示されるように0である。
The compound has a Reitveld of crystalline unit cell dimensions based on powder X-ray diffraction data.
Characterized by analysis. The symmetries and space groups of the compounds have been found to depend on composition and processing temperature. Structural and chemical analyzes of the compositions studied are outlined in Table 1 of US Pat. No. 5,858,324. In this Table 1, a summary of structural and chemical analyzes is shown for the 37 samples studied. Two of the Li y Cr x Mn 2-x O 4 + z examples presented here (Sample 2
2 and 23) alone, y is larger than 2.0. The value of x is 0.5 to 1.5
And the value of z is 0 as shown in Table 6.

【0012】 500℃又は600℃といった最も低い温度で調製した試料のみが、LiCr
2の69.9立方Åよりも実質的に小さい化学量論単位当たりの結晶単位セル
体積を有する。これらの試料の電気化学的特徴は、米国特許第5,858,32
4号明細書には示されていない。この特許明細書の表1に示されている例22及
び23の組成LiyCrxMn2-x4+zでは、y=2.2及びx=1.25である
。500℃で調製した例22の化学量論単位あたりの結晶単位セル体積は68.
532立方Åであり、これは、本出願人の米国特許第5,370,949号明細
書で示されたのと同じ化合物で与えられる69.9〜74.3立方Åよりもかな
り小さい。試料22の電気化学的特徴は、米国特許第5,858,324号明細
書では与えられていない。組成がLi2.2Cr1.25Mn0.754で標準単位セル体
積が69.81立方Åである米国特許第5,858,324号明細書の例23の
電気化学的評価は、表6に概略が示されている。この試料の放電容量は、同じ表
の例3−3の放電容量と比較することができる。ここで例3−3の試料は、組成
がLi2Cr1.25Mn0.754であり、標準結晶単位セル体積が70.18立方Å
であり、且つ同じ電気化学条件において試験した。例23は、放電容量が117
mAh/gであり、106mAh/gである例3−3の放電容量よりもわずかにのみ優
れていた。この2つの例の放電容量のわずかな差は、同一のカソードを有する電
池間の通常の差の範囲内である。
Only the samples prepared at the lowest temperature such as 500 ° C. or 600 ° C.
It has a crystal unit cell volume per stoichiometric unit that is substantially less than 69.9 cubic Å of O 2 . The electrochemical characteristics of these samples are described in US Pat. No. 5,858,32.
No. 4 is not shown. For the compositions Li y Cr x Mn 2-x O 4 + z of Examples 22 and 23 shown in Table 1 of this patent specification, y = 2.2 and x = 1.25. The crystal unit cell volume per stoichiometric unit of Example 22 prepared at 500 ° C was 68.
532 cubic liters, which is significantly smaller than the 69.9-74.3 cubic liters provided with the same compound as shown in Applicant's US Pat. No. 5,370,949. The electrochemical characteristics of Sample 22 are not given in US Pat. No. 5,858,324. The electrochemical evaluation of Example 23 of US Pat. No. 5,858,324 having a composition of Li 2.2 Cr 1.25 Mn 0.75 O 4 and a standard unit cell volume of 69.81 cubic Å is summarized in Table 6. Has been done. The discharge capacity of this sample can be compared with the discharge capacity of Example 3-3 in the same table. Here, the sample of Example 3-3 has a composition of Li 2 Cr 1.25 Mn 0.75 O 4 and a standard crystal unit cell volume of 70.18 cubic Å
And tested under the same electrochemical conditions. Example 23 has a discharge capacity of 117
mAh / g, which was only slightly better than the discharge capacity of Example 3-3, which was 106 mAh / g. The slight difference in discharge capacity of the two examples is within the normal difference between cells with the same cathode.

【0013】 米国特許第5,858,324号明細書は、PCT出願(PCT国際公開WO
98/46528号及びPCT出願PCT/US98/04940号)としても
出願されている。
US Pat. No. 5,858,324 describes PCT application (PCT International Publication WO
98/46528 and PCT application PCT / US98 / 04940).

【0014】 同様な材料は、1995年10月20日に公開された日本国公開第07−27
2,765号明細書で説明されている。この参照文献においては、混合酸化物は
バナジウム化合物と共に焼結して、二次電池のための正極材料を作っている。
[0014] Similar materials are disclosed in Japanese Publication No. 07-27 published October 20, 1995.
No. 2,765. In this reference, mixed oxides are sintered with vanadium compounds to make positive electrode materials for secondary batteries.

【0015】 発明の概略 本発明の目的は、リチウムイオン電気化学電池のカソードで活性材料として使
用する新しい酸化リチウム材料を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide new lithium oxide materials for use as active materials at the cathode of lithium ion electrochemical cells.

【0016】 本発明のもう1つの目的は、エネルギー密度が大きい二次電気化学電池を提供
することである。この電池の放電/充電機構は、正極及び負極の活性材料中にL
+ イオンが交互に挿入されること及び取り出されることに基づく。
Another object of the present invention is to provide a secondary electrochemical cell with high energy density. The discharging / charging mechanism of this battery consists of L in the active material of the positive and negative electrodes.
It is based on the alternating insertion and extraction of i + ions.

【0017】 本発明の更なる目的は、非常に大きい放電及び充電容量を示すリチウムイオン
電池のカソードとして有益な材料を提供することである。
A further object of the invention is to provide materials useful as cathodes in lithium-ion batteries that exhibit very high discharge and charge capacities.

【0018】 本発明の更なる目的は、電解質に対する良好な化学的耐久性及び高い反復安定
性を提供することである。
A further object of the present invention is to provide good chemical resistance to electrolytes and high cyclic stability.

【0019】 本発明の更なる目的は、比較的多量のリチウムを含む化合物を提供することで
ある。リチウム含有量が増加すると、リチウムイオンの移動のための更なる経路
を提供し且つカソードの理論容量が増加する。
A further object of the present invention is to provide compounds containing relatively high amounts of lithium. Increasing the lithium content provides an additional path for the migration of lithium ions and increases the theoretical capacity of the cathode.

【0020】 本発明の1つの面では、以下の分子式(I)の新しい化合物を提供する。 LixCryMn2-y4+z (I) (2.2<x<4.0、0<y<2、及びz≧0)In one aspect of the present invention, the following new compounds of molecular formula (I) are provided. Li x Cr y Mn 2-y O 4 + z (I) (2.2 <x <4.0,0 <y <2, and z ≧ 0)

【0021】 xが約2.2〜約4であることが好ましく、より好ましくはxは2.2〜3.
6である。
It is preferred that x is from about 2.2 to about 4, and more preferably x is from 2.2 to 3.
It is 6.

【0022】 同様に、yの値はこの範囲の中間から小さい値、すなわち約0.1〜約1.7
5であることが好ましいが、本発明の有益な化合物では、比較的大きい値の範囲
、すなわち約1.9までが含まれる。
Similarly, the value of y is in the middle to low value of this range, ie, about 0.1 to about 1.7.
Preferred values of 5, but the beneficial compounds of the present invention include a relatively large range of values, ie, up to about 1.9.

【0023】 更に、z>0であることが好ましいが、より好ましくは0<z≦2.6である
Further, it is preferable that z> 0, but more preferable that 0 <z ≦ 2.6.

【0024】 式(I)の化合物は、R−3m構造に対して六方対称であるとしたときに、結
晶単位セル体積が、LiCrO2のそれよりも小さい、すなわち104.9立方
Åよりも小さいことによって更に特徴付けることができ、またカチオンとアニオ
ンとの間の平均距離が、LiCrO2のそれよりも小さいことによって更に特徴
付けられる。この値は、文献から入手可能である。
The compound of formula (I) has a crystal unit cell volume smaller than that of LiCrO 2 , that is, smaller than 104.9 cubic Å, assuming that the compound is hexagonal symmetric with respect to the R-3m structure. It can be further characterized by the fact that the average distance between the cation and the anion is smaller than that of LiCrO 2 . This value is available from the literature.

【0025】 本発明の他の面では、二次リチウムイオン電気化学電池の活性カソード材料と
しての分子式(I)の化合物の使用も提供する。
Another aspect of the invention also provides the use of a compound of formula (I) as an active cathode material in a secondary lithium-ion electrochemical cell.

【0026】 本発明の更に他の面では、リチウムインターカレーションアノード、リチウム
塩を含む適当な非水性電解質、初期活性材料として先に示した式(I)の化合物
のカソード、及びアノードとカソードの間のセパレータを具備した二次リチウム
イオン電気化学電池を提供する。
In yet another aspect of the invention, a lithium intercalation anode, a suitable non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, a cathode of the compound of formula (I) shown above as the initial active material, and an anode and a cathode A secondary lithium-ion electrochemical cell having a separator between is provided.

【0027】 本発明の更に他の面では、分子式(I)の新しい化合物を作るためのいくつか
の方法を提供する。この方法の詳細は以下に示す。
In yet another aspect of the invention, several methods for making new compounds of molecular formula (I) are provided. Details of this method are shown below.

【0028】 本発明のアノードは、L+ イオンの受容体として作用する。従って、アノード
は任意のインターカレーション(層間)化合物でよい。これは、リチウムを層間
に入れることができ、且つリチウムインターカレーションの範囲において、適当
な電池電圧を提供するのに十分に還元性の電極電位を有する。特定の例としては
、遷移金属酸化物、例えばMoO2又はWO2(〔Auborn and Barberio, J. Elec
trochem. Soc. 134 638 (1987年)〕、この文献はここで参照して本明細書の記載
に含める)、遷移金属硫化物(米国特許第4,983,476号明細書を参照)
、又は有機化合物の熱分解によって得られる炭素生成物を挙げることができる。
以下で明らかにするように、所定の構造特性を有する様々な商業的に入手可能な
炭質材料も有益であることが示されている。
The anode of the present invention acts as a receptor for L + ions. Thus, the anode can be any intercalation compound. It is capable of intercalating lithium and has a sufficiently reducing electrode potential in the range of lithium intercalation to provide a suitable cell voltage. Specific examples include transition metal oxides such as MoO 2 or WO 2 ([Auborn and Barberio, J. Elec
trochem. Soc. 134 638 (1987)], which is incorporated herein by reference), transition metal sulfides (see US Pat. No. 4,983,476).
Or a carbon product obtained by thermal decomposition of an organic compound.
As will become apparent below, a variety of commercially available carbonaceous materials with defined structural properties have also been shown to be beneficial.

【0029】 上記の分子式(I)のカソードは、全体として有益な電圧を提供するのに十分
に正の電気化学電位のアノードを有するインターカレーション(層間)化合物で
ある。電位が高くなればなるほど、得られるエネルギー密度は大きくなる。カソ
ードは一般に、リチウムの初期保持体として作用する。電池の容量は、カソード
中に存在し、層間から取り出すことができるリチウムの量によって制限されてい
る。ほとんどの場合、カソードの製造中に存在するリチウムの一部のみを可逆的
に層間から取り出すことができる。
The cathode of molecular formula (I) above is an intercalation compound that has an anode at a sufficiently positive electrochemical potential to provide an overall useful voltage. The higher the potential, the higher the energy density obtained. The cathode generally acts as an initial carrier for lithium. The capacity of the cell is limited by the amount of lithium that is present in the cathode and that can be extracted from the layers. In most cases, only part of the lithium present during the manufacture of the cathode can be reversibly taken out of the layers.

【0030】 本発明の非水性電解質は、液体、ペースト状のもの又は固体でよい。特に、電
解質は固体又はゲル化したポリマーでよい。リチウム電池の電解質のために有益
なポリマーとしては、コポリマーを伴う又は伴わないフッ素化ポリビニリデン(
PVDF)、及びポリエチレンオキシド(PEO)である。電解質は典型的に、
液体有機媒体中にリチウム塩を含む。この目的のために有益なリチウム塩として
は、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiBr、LiAlC
4、LiCF3SO3、LiC(CF3SO23、LiN(CF3SO22及びそ
れらの混合物を挙げることができる。LiAsF6は毒性があるので注意して使
用しなければならない。これらの塩のための水を含有しない溶媒としては、プロ
ピレンカーボネート、エチレンカーボネート、2−メチルテトラヒドロフラン、
テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、チメチルカーボネ
ート、ジエチルカーボネート、メチルアセテート、メチルホルメート、γ−ブチ
ロラアクトン、1,3−ジオキサン、スルホラン、アセトニトリル、ブチロニト
リル、トリメチルホスフェート、ジメチルホルムアミド、及び他の同様な有機溶
媒を、単独で又は他の有機溶媒との混合物で使用することができる。電解質溶液
は、添加剤、例えば12−C−4、15−C−5及び18−C−6のようなクラ
ウンエーテル、又は不動化剤、例えばSiO2又はAl23のような無機ゲル形
成化合物又はポリエチレンオキシドも含有することができる。これは例えば、米
国特許第5,169,736号明細書で示されるようなものであり、この特許明
細書の開示は、ここで参照して本明細書の記載に含める。
The non-aqueous electrolyte of the present invention may be liquid, pasty or solid. In particular, the electrolyte may be a solid or gelled polymer. Beneficial polymers for lithium battery electrolytes include fluorinated polyvinylidene (with or without copolymers).
PVDF) and polyethylene oxide (PEO). The electrolyte is typically
The liquid organic medium contains a lithium salt. Lithium salts useful for this purpose include LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiBr, LiAlC.
There may be mentioned l 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 and mixtures thereof. LiAsF 6 is toxic and should be used with caution. Water-free solvents for these salts include propylene carbonate, ethylene carbonate, 2-methyltetrahydrofuran,
Tetrahydrofuran, dimethoxyethane, diethoxyethane, thimethylcarbonate, diethylcarbonate, methylacetate, methylformate, γ-butyrolacactone, 1,3-dioxane, sulfolane, acetonitrile, butyronitrile, trimethylphosphate, dimethylformamide, and other similar Organic solvents can be used alone or in a mixture with other organic solvents. The electrolyte solution may contain additives, for example 12-C-4,15-C- 5 and crown ethers such as 18-C-6, or immobilizing agents, such as inorganic gel-forming, such as SiO 2 or Al 2 O 3 A compound or polyethylene oxide can also be included. This is, for example, as shown in US Pat. No. 5,169,736, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.

【0031】 好ましい態様の説明 本発明は、リチウム含有率が比較的高く、また場合によっては酸素含有率が比
較的高い相に関する発明に関する。以下の例から明らかになるように、これらの
相は、大きい容量及び傾斜のある平坦部分が1つの電圧曲線の両方を示す。これ
らは、600〜800℃の温度で合成される。これらは穏やかな温度で調製され
るので、焼成の前に先駆物質の完全に均一な混合を達成することが望ましい。結
果として、微細粉末の均一混合物を調製するのに非常に効果的であることが知ら
れる技術が使用される。これらとしては、共沈、噴霧乾燥、及びポリマー複合化
(complexation)を挙げることができる。これらの3つの技術の全てが作用する
ことが示されており、また以下の例において詳細に示されている。初めの2つの
技術は、非常に大きい容量及び比能力を有する材料をもたらすことが知られてい
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention relates to an invention relating to a phase having a relatively high lithium content and optionally a high oxygen content. As will be apparent from the examples below, these phases exhibit both a large capacitance and a sloped flat portion of one voltage curve. These are synthesized at a temperature of 600 to 800 ° C. Since they are prepared at moderate temperatures, it is desirable to achieve a completely uniform mixture of precursors before firing. As a result, techniques known to be very effective in preparing a homogeneous mixture of fine powders are used. These can include co-precipitation, spray drying, and polymer complexation. All three of these techniques have been shown to work and are detailed in the examples below. The first two techniques are known to result in materials with very high capacity and specific capacity.

【0032】 特に本発明で提供される材料は、金属リチウムの電位である2.5Vよりも高
い電位において、傾斜のある平坦部が1つの電圧曲線で大きい放電容量を示す。
In particular, the material provided by the present invention shows a large discharge capacity in one voltage curve in a flat plate having a slope at a potential higher than 2.5 V which is the potential of metallic lithium.

【0033】 これらのプロセスの考えは、微細に分割された金属塩の均一な混合物を調製す
ることである。ここでこの金属塩は、1又は複数種の遷移金属を含有するリチウ
ム化遷移金属酸化物の合成のための先駆物質として機能することができる。例え
ば、例えば噴霧乾燥プロセスにおいては、Mn(CH3CO22及びCr3(OH
2(CH3CO27の溶液を使用した。しかしながら、熱的に分解して金属酸化
物にすることができる任意の水溶性金属塩の組み合わせを使用することができる
。他の適当な塩としては、金属の硝酸塩、硫酸塩、水酸化物、酸水酸化物、ギ酸
塩、クエン酸塩及び他の有機塩を挙げることができる。水酸化リチウム、硝酸リ
チウム、硫酸リチウム、酢酸リチウム、炭酸リチウム、酸化リチウム又は塩化リ
チウムのようなリチウム含有先駆物質も、熱分解して酸化物にする前に、遷移金
属塩と十分に混合することもできる。あるいは、リチウム先駆物質は、混合金属
酸化物の熱分解によって調製された遷移金属酸化物と反応させることができる。
The idea of these processes is to prepare a homogeneous mixture of finely divided metal salts. The metal salts here can function as precursors for the synthesis of lithiated transition metal oxides containing one or more transition metals. For example, in a spray drying process, for example, Mn (CH 3 CO 2 ) 2 and Cr 3 (OH
) 2 (CH 3 CO 2 ) 7 solution was used. However, any combination of water soluble metal salts that can be thermally decomposed to the metal oxide can be used. Other suitable salts may include metal nitrates, sulphates, hydroxides, acid hydroxides, formates, citrates and other organic salts. Lithium-containing precursors such as lithium hydroxide, lithium nitrate, lithium sulphate, lithium acetate, lithium carbonate, lithium oxide or lithium chloride should also be thoroughly mixed with the transition metal salt prior to thermal decomposition to oxides. You can also Alternatively, the lithium precursor can be reacted with a transition metal oxide prepared by thermal decomposition of the mixed metal oxide.

【0034】 微細な均一混合物の調製のための様々な方法があり、これは例えば、ゾル−ゲ
ル法、共沈、凍結乾燥、噴霧乾燥等でよい。これらの方法の中では、共沈が、球
形タイプのNi(OH)2粉末の製造に関してNi−MHバッテリーの分野で広
く使用されている。Liの系にこの技術を適用するために、初めに、クロム塩及
びマンガン塩を含有する混合水溶液にアルカリ水溶液を加えることによって、水
酸化クロム及び水酸化マンガンの共沈で、Cr及びMnを含有する複合水酸化物
を作る。その後、複合水酸化物をリチウム化合物、例えば水酸化リチウム、酸化
リチウム又は炭酸リチウムと混合し、そしてアルゴン雰囲気において特定の温度
範囲で熱処理して、カソード活性材料LixCryMn2-y4+z(2.2<x<4
、0<y<2及びz≧0)を作る。
There are various methods for the preparation of fine homogeneous mixtures, which may be, for example, the sol-gel method, coprecipitation, freeze drying, spray drying and the like. Among these methods, coprecipitation is widely used in the field of Ni-MH batteries for the production of spherical type Ni (OH) 2 powder. In order to apply this technique to a system of Li, first, by adding an alkaline aqueous solution to a mixed aqueous solution containing a chromium salt and a manganese salt, the chromium hydroxide and the manganese hydroxide are coprecipitated to contain Cr and Mn. Make a complex hydroxide. Thereafter, the lithium compound complex hydroxide, for example lithium hydroxide was mixed with lithium oxide or lithium carbonate, and was heat-treated at a specific temperature range in an atmosphere of argon, the cathode active material Li x Cr y Mn 2-y O 4 + z (2.2 <x <4
, 0 <y <2 and z ≧ 0).

【0035】 共沈法を使用して、所定の範囲のLixCryMn2-y4+z材料を調製すること
ができる。共沈法は、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩又は塩化物のような可溶性金属塩
から混合金属水酸化物を調製することによって開始する。金属塩は脱イオン水に
溶解させ、そして温度、pH及び濃度が制御された条件において、アルカリ水溶液
と混合する。得られる金属水酸化物は、酸化リチウム、水酸化リチウム又は炭酸
リチウムのようなリチウム源と混合し、そして不活性雰囲気において様々な処理
温度で焼成する。加熱処理を使用して、反応を完了させ且つそれぞれの遷移金属
の酸化状態を制御する。遷移金属の酸化状態は、材料の結晶構造及び電気化学的
性質に関して重要である。熱処理の温度及び反応容器の中の酸素含有率は、遷移
金属の酸化状態に影響を与える。
[0035] Using the coprecipitation method, it is possible to prepare the Li x Cr y Mn 2-y O 4 + z materials in a predetermined range. The coprecipitation method begins by preparing a mixed metal hydroxide from a soluble metal salt such as nitrate, sulfate, acetate or chloride. The metal salt is dissolved in deionized water and mixed with an aqueous alkaline solution under conditions of controlled temperature, pH and concentration. The resulting metal hydroxide is mixed with a lithium source such as lithium oxide, lithium hydroxide or lithium carbonate and calcined at various processing temperatures in an inert atmosphere. Heat treatment is used to complete the reaction and control the oxidation state of each transition metal. The oxidation state of the transition metal is important with respect to the crystal structure and electrochemical properties of the material. The temperature of the heat treatment and the oxygen content in the reaction vessel influence the oxidation state of the transition metal.

【0036】 例えば、Cr−Mn複合水酸化物の共沈は以下のようにして行うことができる
。水溶性のクロム及びマンガンの塩の混合物、硝酸クロム及び硝酸マンガンの混
合物又は硫酸クロム水酸化物及び硫酸マンガンの混合物を含有する水溶液は、遷
移金属塩と脱イオン水を混合することによって調製する。水酸化Cr及び水酸化
Mnの共沈は、遷移金属塩の水溶液に、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、
水酸化ナトリウム、水酸化リチウム又はそれらの混合物のようなアルカリ含有ア
ルカリ水溶液を制御して加えることによって行わせる。その後、沈殿物をろ過し
水ですすぐことによって、Cr−Mn複合水酸化物を収集する。得られた複合水
酸化物は100℃の炉で乾燥させる。乾燥させた複水酸化物は、酸化リチウム、
水酸化リチウム又は炭酸リチウムのようなリチウム源と混合し、そして600〜
1,000℃の様々な温度で24時間にわたってアルゴン中で熱処理した。共沈
法によって調製した材料の粉末も線回折解析及び典型的な電気化学的データは、
例4において示している。電気化学的性質が最も良好な材料は、650〜750
℃で熱処理した材料である。
For example, coprecipitation of Cr—Mn composite hydroxide can be performed as follows. An aqueous solution containing a mixture of water-soluble chromium and manganese salts, a mixture of chromium nitrate and manganese nitrate or a mixture of chromium sulfate hydroxide and manganese sulfate is prepared by mixing a transition metal salt and deionized water. The coprecipitation of Cr hydroxide and Mn hydroxide is performed by adding ammonium hydroxide, potassium hydroxide,
It is carried out by controlled addition of an alkali-containing aqueous alkali solution such as sodium hydroxide, lithium hydroxide or mixtures thereof. The Cr-Mn composite hydroxide is then collected by filtering the precipitate and rinsing with water. The obtained composite hydroxide is dried in an oven at 100 ° C. The dried double hydroxide is lithium oxide,
Mix with a lithium source such as lithium hydroxide or lithium carbonate, and 600-
Heat treatment was performed in argon at various temperatures of 1000 ° C. for 24 hours. The powder of the material prepared by the coprecipitation method is also line diffraction analysis and typical electrochemical data are
This is shown in Example 4. The material with the best electrochemical properties is 650-750
It is a material that has been heat treated at ℃.

【0037】 噴霧乾燥プロセスによるLixCryMn2-y4+zの典型的な合成においては、
金属塩の溶液を、商業的な噴霧乾燥器において噴霧乾燥させ、400〜450℃
の温度で熱分解させて酸化物にする。その後、乾燥させた金属酸化物の粉末を、
制御された条件においてリチウム化合物と反応させた。適当なリチウム化合物と
しては、酸化リチウム、又は熱的に分解して酸化物にすることができる任意の化
合物、例えば水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、硫酸リチウム又は
酢酸リチウムを挙げることができる。混合物は空気中において注意深く乾燥及び
か焼し、アルゴン雰囲気において熱処理して、活性カソード材料を作った。
[0037] In a typical synthesis of Li x Cr y Mn 2-y O 4 + z by the spray drying process,
The solution of metal salt is spray dried in a commercial spray dryer at 400-450 ° C.
It is thermally decomposed into oxides at the temperature of. Then, the dried metal oxide powder,
It was reacted with a lithium compound under controlled conditions. Suitable lithium compounds may include lithium oxide or any compound that can be thermally decomposed to an oxide, such as lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, lithium sulfate or lithium acetate. The mixture was carefully dried and calcined in air and heat treated in an argon atmosphere to make the active cathode material.

【0038】 式(I)の化合物は、X線回折パターンによって更に特徴付けられる。より特
に、式(I)の化合物の粉末X線回折パターンは、LiCrO2のそれに類似し
ている。但し、反射は比較的大きい回折角度に移っており、これは比較的小さい
結晶単位セルサイズに対応している。結晶単位セルの体積が小さくなると、リチ
ウム含有率が高くなると考えられる。リチウム含有率の増加は、遷移金属原子を
効果的に一部リチウム原子によって置換し、また残っている遷移金属の部分的な
酸化によって釣り合いが取れるようにならなければならない。遷移金属原子がリ
チウム原子によって置換されると、例えばマンガンの酸化状態は、+3から+4
に増加することがある。これは、カチオンの重量平均イオン半径を減少させるの
で、結果として結晶単位セル体積を小さくする。これはCr3+又はMn3+を1:
2の割合のLi+ 及びMn4+で置換しているので、電荷の釣り合いを維持し、比
較的小さい平均イオン半径をもたらす。
The compounds of formula (I) are further characterized by their X-ray diffraction patterns. More particularly, the powder X-ray diffraction pattern of the compound of formula (I) is similar to that of LiCrO 2 . However, the reflection has moved to a relatively large diffraction angle, which corresponds to a relatively small crystal unit cell size. It is believed that the smaller the volume of the crystal unit cell, the higher the lithium content. The increase in lithium content must effectively replace some of the transition metal atoms with lithium atoms and be balanced by the partial oxidation of the remaining transition metal. When the transition metal atom is replaced by a lithium atom, for example, the oxidation state of manganese changes from +3 to +4.
May increase. This reduces the weight average ionic radius of the cations and consequently the crystal unit cell volume. This is Cr 3+ or Mn 3+ 1:
Substitution with a ratio of 2 Li + and Mn 4+ maintains charge balance and results in a relatively small average ionic radius.

【0039】 式(I)の化合物の粉末X線回折パターンは、空間群R−3mに属する結晶学
的構造を有する六方晶単位セルのLiCrO2の回折パターンに類似している。
式(I)の化合物の結晶学的構造は詳細に決定されているわけではないが、X線
回折パターンは、LiCrO2のような六方晶結晶単位セルでほぼ示すことがで
きる。関連する構造間の結晶学的単位セルの大きさの比較は、相体的な結合距離
及び酸化状態に関する情報を提供する。関連する結晶構造の体積の比較は、同じ
数の原子を有する結晶学的構造間で最も有益である。LixCryMn2-y4+z
は、同じ数のカチオン及びアニオンを含む必要はないので、結晶構造中における
アニオン及びカチオン部位の数を選択して、体積の比較を行わなければならない
。同じ数のアニオン部位に関して標準化すると、LixCryMn2-y4+z化合物
の結晶単位セル体積はLiCrO2の体積よりも小さい。
The powder X-ray diffraction pattern of the compound of formula (I) is similar to that of LiCrO 2 in a hexagonal unit cell having a crystallographic structure belonging to the space group R-3m.
Although the crystallographic structure of the compound of formula (I) has not been determined in detail, the X-ray diffraction pattern can almost be demonstrated by a hexagonal crystal unit cell such as LiCrO 2 . A comparison of crystallographic unit cell sizes between related structures provides information on relative bond lengths and oxidation states. A comparison of the volumes of related crystal structures is most informative between crystallographic structures that have the same number of atoms. Li x Cr y Mn 2-y O 4 + z phase, there is no need to include a cation and an anion of the same number, by selecting the number of anionic and cationic sites in the crystal structure, to be made a comparison of volume I won't. When normalized for anionic sites of the same number, the crystal unit cell volume of the Li x Cr y Mn 2-y O 4 + z compound is smaller than the volume of LiCrO 2.

【0040】 例えば、LiCrO2は、a=2.89Å及びc=14.41Å(ICD
DカードのNo. 24−600)六方晶単位セルであり、Li3Cr1.1Mn0.94 .1 (例2より)の粉末X線回折パターンは、a=2.87Å及びc=14.2
Åの六方晶単位セルであることを示すことができる。対応する結晶単位セル
体積は、六方晶R−3m構造に基づけば、LiCrO2では104.3 及び
Li3Cr1.1Mn0.94.1では102.3 である。同様に下記の表4のLi 3.1 Cr1.34Mn0.665.8は、結晶単位セル体積が102.92Å3 である。こ
れに対して、同じ数の原子部位を有するLi2CrMnO4の結晶単位セル体積は
、107.69Å3である(J.Power Sources 、第81〜82巻、p.406〜
411、1999年)。
[0040]   For example, LiCrO2Is a = 2.899Å and c = 14.41TwoÅ (ICD
D card No. 24-600) hexagonal unit cell3Cr1.1Mn0.9OFour .1 The powder X-ray diffraction pattern (from Example 2) is a = 2.87.6Å and c = 14.2
5ThreeIt can be shown that it is a hexagonal unit cell of Å. Corresponding crystal unit cell
The volume is LiCrO based on the hexagonal R-3m structure.2Then 104.9Å3 as well as
Li3Cr1.1Mn0.9O4.1Then 102.1Å3 Is. Similarly, Li of Table 4 below 3.1 Cr1.34Mn0.66O5.8Has a crystal unit cell volume of 102.92Å3 Is. This
On the contrary, Li having the same number of atomic sites2CrMnOFourThe crystal unit cell volume of
, 107.69Å3(J. Power Sources, Vol. 81-82, p. 406-
411, 1999).

【0041】 本発明は、式LixCryMn2-y4+z(2.2<x<4、0<y<2、及びz
≧0)の化合物、及びこの化合物を含む電極組成物に関する。電極の活性材料と
してこの化合物を使用する本発明の態様では、初期の組成は、式LixCryMn 2-y4+z(2.2<x<4、0<y<2、及びz≧0)であり、電極としてこの
化合物を使用しているときには、組成はxが0〜4の範囲で変化する。
[0041]   The present invention has the formula LixCryMn2-yO4 + z(2.2 <x <4, 0 <y <2, and z
≧ 0) and an electrode composition containing the compound. With the active material of the electrode
Thus, in an embodiment of the invention using this compound, the initial composition has the formula LixCryMn 2-y O4 + z(2.2 <x <4, 0 <y <2, and z ≧ 0), and
When using compounds, the composition varies from x to 0-4.

【0042】 上述のように、xの値はその範囲の大きい側、すなわち約2.2〜約4である
ことが好ましく、より好ましくは2.5〜3.6であり、その範囲の中間である
x=約2からその範囲の小さい側であるx=0付近までの有益な中間化合物も、
本発明の範囲内である。
As mentioned above, the value of x is preferably on the large side of the range, ie about 2.2 to about 4, more preferably 2.5 to 3.6, in the middle of the range. Beneficial intermediate compounds from one x = about 2 to the smaller side of the range, near x = 0,
It is within the scope of the present invention.

【0043】 以下で明らかになるように、これらの中間の化合物は、xが約2.2〜約4で
ある式(I)の材料のカソードで開始する適当な電池を充放電すること(サイク
ルを行うこと)によってもたらされる。
As will become apparent below, these intermediate compounds charge and discharge a suitable battery starting at the cathode of a material of formula (I) wherein x is about 2.2 to about 4 (cycle To do).

【0044】 電極としての材料の使用においては、電気化学的なサイクルの間に構造的な変
化が起こり、初期構造が必ずしも維持されないことがある。以下の例では、最初
の充電の後の充電曲線の電圧分布形状の変化は、実質的な構造の変化が起こり得
ることを示唆している。
In the use of materials as electrodes, structural changes may occur during the electrochemical cycle and the initial structure may not always be maintained. In the examples below, changes in the voltage distribution shape of the charge curve after the first charge suggest that substantial structural changes may occur.

【0045】 以下で例において示すように、本発明の化合物は非常に良好な化学的安定性を
有する。しばしば、比較的良好な化学的安定性は、電気化学電池の安全性を促進
する。例えば、米国特許第4,983,276号、同第4,956,248号及
び同第4,110,696号明細書を参照。
As shown in the examples below, the compounds of the invention have very good chemical stability. Often, relatively good chemical stability promotes the safety of electrochemical cells. See, for example, U.S. Pat. Nos. 4,983,276, 4,956,248 and 4,110,696.

【0046】 好ましい負極は炭質生成物に基づいている。適当な炭質材料としては以上のも
のを挙げることができる。 (1)フラン樹脂の炭化によって調製したd002 層間隔が3.70Å又はそれ
未満で真密度が1.70g/cm3 又はそれよりも大きい炭質材料、米国特許第4
,959,281号明細書による。 (2)2〜5%のリンでドーピングした上記のもの及び炭化して2〜5%のリ
ンでドーピングした酸化石油又は石炭ピッチでd002 層間隔及び真密度が同じも
の、ヨーロッパ特許出願公開第0,418,514号明細書。 (3)気相炭化水素又は炭化水素化合物の熱分解によって得られたd002 が3
.37〜3.55Åの炭素、米国特許第4,863,814号明細書による。 (4)d002 層間隔が3.45Åまでのメソ相微細球でできた炭素、米国特許
第5,153,082号明細書による。 (5)商業的な石油ケーク、米国特許第4,943,497号明細書による。 (6)グラファイトとグラファイト化の程度が0.4又はそれよりも多い炭化
ピッチの混合物並びに熱処理した流体ケーク及び商業的なグラファイトからなる
等方性グラファイト、ここでリチウムの最初の電気化学的なインターカレーショ
ンは50℃又はそれよりも高い温度で行う、米国特許第5,028,500号明
細書による。 (ここで参照した6つの特許明細書の記載は、本明細書の記載に含める。)
Preferred negative electrodes are based on carbonaceous products. Suitable carbonaceous materials include those mentioned above. (1) Carbonaceous material prepared by carbonization of furan resin having a d 002 layer spacing of 3.70Å or less and a true density of 1.70 g / cm 3 or more, US Pat. No. 4,
, 959,281. (2) The above doped with 2 to 5% phosphorus and the carbonized carbon dioxide doped with 2 to 5% phosphorus and having the same d 002 layer spacing and true density, European Patent Application Publication No. 0,418,514. (3) d 002 obtained by thermal decomposition of a vapor-phase hydrocarbon or a hydrocarbon compound is 3
. 37 to 3.55Å carbon, according to US Pat. No. 4,863,814. (4) d 002 Carbon made of mesophase fine spheres having a layer spacing of up to 3.45Å, according to US Pat. No. 5,153,082. (5) Commercial petroleum cake, US Pat. No. 4,943,497. (6) Isotropic graphite consisting of a mixture of graphite and carbonized pitch having a degree of graphitization of 0.4 or greater and heat treated fluid cake and commercial graphite, where the first electrochemical intercalation of lithium. Curation is according to US Pat. No. 5,028,500, which is carried out at a temperature of 50 ° C. or higher. (The descriptions of the six patent specifications referred to herein are included in the description of the present specification.)

【0047】 本明細書の典型的な電極は、70〜94重量%の活性材料、グラファイトカー
ボン又は式LixCryMn2-y4+z、5〜20重量%の伝導性促進剤、例えばS
uper Sカーボンブラック及び/又はグラファイト、並びに1〜10重量%
のバインダー(結合剤)、例えばポリ(フッ素化ビニリデン)(PVDF)又は
Kynar Flex(登録商標)でできている。
[0047] Typical electrode hereof, 70 to 94% by weight of the active material, graphite carbon or the formula Li x Cr y Mn 2-y O 4 + z, 5~20 wt% of the conductive promoter, For example, S
upper S carbon black and / or graphite, and 1 to 10% by weight
Of a binder such as poly (vinylidene fluoride) (PVDF) or Kynar Flex®.

【0048】 他の伝導性促進剤、例えばShawinigan Acetylene Bl
ack、グラファイト又は他の伝導性材料を使用することもできる。更に、他の
結合剤、例えばTeflon(登録商標)、エチレンプロピレンジエンモノマー
(EPDM)、ポリオレフィン、又はエラストマーを、Kynar Flexの
代わりに使用することもできる。
Other conductivity enhancers, such as Shawinigan Acetylene Bl
It is also possible to use ack, graphite or other conductive materials. In addition, other binders such as Teflon®, ethylene propylene diene monomer (EPDM), polyolefins, or elastomers may be used in place of Kynar Flex.

【0049】 以下の例から、本発明の化合物は以下の識別される特徴を有することが明らか
になる。これらは、従来知られている材料よりも大きいモル分率でリチウムを含
有しており、従ってリチウムイオン電池で使用したときに比較的大きい理論容量
を示す。これらは、その組成、結晶単位セル寸法、x線回折パターン、及び電圧
曲線の形状によって特徴付けられる。二次リチウム又はリチウムイオン電池にお
いてカソードとして使用する場合、本発明の化合物は、従来のカソード材料と比
較して、有意に大きい放電容量を示す。更に、本発明の化合物に基づく二次リチ
ウム又はリチウムイオン電池は、比較的広い操作電圧範囲を示す。操作電圧範囲
が比較的広いと、再充電時間が比較的速くなり電流が比較的大きくなる。
From the examples below, it becomes clear that the compounds of the invention have the following distinguishing characteristics: They contain lithium in a greater molar fraction than previously known materials and therefore exhibit a relatively large theoretical capacity when used in lithium ion batteries. They are characterized by their composition, crystal unit cell size, x-ray diffraction pattern, and voltage curve shape. When used as a cathode in secondary lithium or lithium ion batteries, the compounds of the present invention exhibit significantly higher discharge capacity compared to conventional cathode materials. Moreover, secondary lithium or lithium ion batteries based on the compounds of the invention exhibit a relatively wide operating voltage range. A relatively wide operating voltage range results in a relatively fast recharge time and a relatively large current.

【0050】 例1 例えば、500mlの脱イオン水に溶解した酢酸マンガン4水和物(12.30
g、0.05mol )(Mn(CH3CO22・4H2O(Aldrich))及び
酢酸クロム水酸化物(10.05g、約0.0167mol )(Cr3(OH)2
CH3CO27(Aldrich))を、商業的な小型噴霧乾燥器(Buchi
190)において乾燥させた。乾燥させた酢酸金属混合物を、空気中において
3時間にわたって400℃でか焼した。この酸化物2.8gを、脱イオン水中に
おいて13mlの4M水酸化リチウム溶液でスラリー化し、空気流れ条件の管炉に
おいてアルミニウムるつぼで加熱処理した。加熱状態を制御して、5.5時間に
わたって450℃までゆっくりと試料を加熱し、2時間にわたって450℃に維
持し、そして炉においてゆっくりと室温まで試料を放冷させた。
Example 1 For example, manganese acetate tetrahydrate (12.30) dissolved in 500 ml of deionized water.
g, 0.05mol) (Mn (CH 3 CO 2) 2 · 4H 2 O (Aldrich)) and chromium acetate hydroxide (10.05 g, about 0.0167mol) (Cr 3 (OH) 2 (
CH 3 CO 2 ) 7 (Aldrich)) in a small commercial spray dryer (Buchi
190) and dried. The dried metal acetate mixture was calcined in air at 400 ° C. for 3 hours. 2.8 g of this oxide was slurried in 13 ml of 4M lithium hydroxide solution in deionized water and heat treated in an aluminum crucible in a tube furnace under air flow conditions. The heating conditions were controlled to slowly heat the sample to 450 ° C. for 5.5 hours, maintain at 450 ° C. for 2 hours, and allow the sample to cool slowly to room temperature in the furnace.

【0051】 試料を再粉砕し、そしてアルゴンガス流れ条件において3時間にわたって70
0℃の炉で焼成した。図1は、熱処理後の試料のX線回折パターンである。この
回折パターンは、回折パターンの下の棒グラフによって示されるLiCrO2
回折パターンと比較することができる。LixCryMn2-y4+z試料の回折パタ
ーンは、LiCrO2の回折パターンと類似しているが、ピークの相対的強度に
違いがあり、またLixCryMn2-y4+zのピークは、LiCrO2と比較して
大きい角度に移っている。原子吸光による試料の化学回折は、組成物が、Li(
3.30±0.25)Mn(1.06±0.08)Cr(0.94±0.05)
O(5.54±0.28)であることを示した。ここでは、酸素の含有率は差に
よってもたらした。
The sample was reground and 70% for 3 hours in argon gas flow conditions.
It was baked in a furnace at 0 ° C. FIG. 1 is an X-ray diffraction pattern of the sample after the heat treatment. This diffraction pattern can be compared to that of LiCrO 2 shown by the bar graph below the diffraction pattern. Li x Cr y Mn 2-y diffraction pattern of O 4 + z sample is similar to the diffraction pattern of LiCrO 2, there are differences in the relative intensities of the peaks, also Li x Cr y Mn 2-y O The 4 + z peak shifts to a larger angle compared to LiCrO 2 . Chemical diffraction of a sample by atomic absorption showed that the composition was Li (
3.30 ± 0.25) Mn (1.06 ± 0.08) Cr (0.94 ± 0.05)
It was shown to be O (5.54 ± 0.28). Here, the oxygen content was brought by the difference.

【0052】 材料を電極シートに鋳造し、コイン型電池で試験した。電極は、0.456g
の活性材料、0.047gのSuper Sカーボンブラック、及び0.049
gのグラファイト(Lonza KS4)の混合物から調製した。この混合物を
、n−メチルピロジノン(NMP)中において3重量%のKynar Flex
2801を含有する1.206gのバインダー溶液と共にスラリー化し、ドク
ターブレード法によって、アルミニウム箔上でフィルムとして鋳造した。この鋳
造体は、ホットプレート上において低加熱で空気中で乾燥させ、そして対流炉に
おいて20分間にわたって110℃で乾燥させた。直径1.27cmの電極ディス
クを鋳造体から打ち抜き、それぞれのディスクを500ポンドの液圧で圧縮して
密にした。典型的に、圧縮の後の電極の厚さは0.008〜0.013cmであっ
た。
The material was cast into electrode sheets and tested in coin cell batteries. The electrode is 0.456g
Active material, 0.047 g Super S carbon black, and 0.049
It was prepared from a mixture of g of graphite (Lonza KS4). This mixture was mixed with 3% by weight of Kynar Flex in n-methylpyrrolidinone (NMP).
It was slurried with 1.206 g of binder solution containing 2801 and cast as a film on aluminum foil by the doctor blade method. The casting was dried on air on a hot plate with low heating and in a convection oven for 20 minutes at 110 ° C. Electrode disks with a diameter of 1.27 cm were stamped from the casting and each disk was compressed with 500 pounds of hydraulic pressure to densify. Typically, the electrode thickness after compression was 0.008-0.013 cm.

【0053】 電気化学サイクルは、2325個のコイン型電池について行った。ここでそれ
ぞれの電池は、電極の積み重ねへの適当な圧力を維持するための内部スプリング
及びスペーサーを保持している。アノードは、直径1.65cmで厚さ0.05cm
のリチウム(Foote Mineral)ディスクであり、電解質は、1:1
のエチレンカーボネート(EC)及びジメチルカーボネート(DMC)(三菱化
学)中の1MのLiPF6を含有していた。
The electrochemical cycle was performed on 2325 coin cells. Here each cell holds internal springs and spacers to maintain the proper pressure on the stack of electrodes. The anode has a diameter of 1.65 cm and a thickness of 0.05 cm
Lithium (Foot Mineral) disk with 1: 1 electrolyte
1M LiPF 6 in ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) (Mitsubishi Chemical).

【0054】 2.5〜4.3Vにおいて3.6mA/gでサイクルを行った電池の初めの7サ
イクルに関する電圧分布を図2に示す。初期放電容量は180mAh/gであり、
平均出力圧力は3.41Vであった。この電池に関する放電容量対サイクル数の
プロットは図3で示す。2.5〜4.5Vでサイクルを行った他の電池の放電容
量は、図4で示すように、3.6mA/gにおいて187〜200mAh/gであり
、14.4mA/gにおいて145〜147mAh/gであった。図5は、初めは2
.5〜4.3V、その後2.5〜4.5Vで、7.2mA/gにおいてサイクルを
行った同様な電池に関して、容量対サイクル数のプロットを示している。この電
池は、75サイクルまででゆっくりとのみ容量を減少させ、放電容量は179mA
h/gまでであった。図6は、3.6mA/gで、初めは2.5〜4.3V、その
後2.5〜4.5Vにしてサイクルを行った電池の、放電容量対サイクル数を示
している。電池は、195mAh/gを超える放電容量で、30サイクルを超える
非常に良好な容量の維持性を示した。
The voltage distribution for the first 7 cycles of a cell cycled at 3.6 mA / g from 2.5 to 4.3 V is shown in FIG. The initial discharge capacity is 180mAh / g,
The average output pressure was 3.41V. A plot of discharge capacity vs. cycle number for this cell is shown in FIG. The discharge capacities of the other batteries cycled at 2.5 to 4.5 V are 187 to 200 mAh / g at 3.6 mA / g and 145 to 147 mAh at 14.4 mA / g, as shown in FIG. / G. 5 is initially 2
. Shown is a capacity vs. cycle number plot for a similar cell cycled from 5 to 4.3 V and then 2.5 to 4.5 V at 7.2 mA / g. This battery slowly reduces its capacity up to 75 cycles and has a discharge capacity of 179mA
up to h / g. FIG. 6 shows the discharge capacity vs. cycle number of a battery cycled at 3.6 mA / g, initially 2.5-4.3 V and then 2.5-4.5 V. The cells showed very good capacity retention for more than 30 cycles at discharge capacities above 195 mAh / g.

【0055】 試料の一部を水で洗浄し、全ての可溶性残留物を除去し、材料のいくらかをコ
イン電池に鋳造して試験した。洗浄の後の材料の原子吸光解析は、Li(3.1
5±0.32)Mn(1.11±0.11)Cr(0.89±0.06)O(5
.00±0.31)の組成に対応している。ここでは、酸素含有率は差によって
求めた。図7は、洗浄の前後の材料の粉末X線回折パターンを示している。
A portion of the sample was washed with water to remove all soluble residues and some of the material was cast into coin cells for testing. Atomic absorption analysis of the material after washing showed that Li (3.1
5 ± 0.32) Mn (1.11 ± 0.11) Cr (0.89 ± 0.06) O (5
. This corresponds to a composition of 00 ± 0.31). Here, the oxygen content was determined by the difference. FIG. 7 shows the powder X-ray diffraction patterns of the material before and after washing.

【0056】 洗浄していない材料と同様にして、洗浄を行なった試料で電極の鋳造を行った
。洗浄した材料の鋳造体は、0.406gの活性材料、0.050gのSupe
r S、0.054gのグラファイト、及び1.286gの、NMP中のKyn
ar Flex2801の3重量%溶液を含有していた。上述の例と同様に、こ
の鋳造体から電極ディスクを打ち抜き、コイン型電池を試験した。この鋳造体は
、2.5〜4.5Vで7.2mA/gにおいてサイクルを行った電池で使用した。
初めのサイクルでは、電池の放電容量は182mAh/gであった。図8は、この
電池の容量及び電圧の分布を示している。同じ鋳造体を打ち抜いたカソードを有
する他の電池に関する電圧対容量のプロットは、図9に示している。この電池は
、3.6mA/gで、初めのサイクルにおいて2.5〜4.7V、続くサイクルに
おいて2.75〜4.7Vにしてサイクルを行った。図10は、同じ電池に関し
て放電容量対サイクル数のプロットを示している。この図から理解されるように
、容量の大きな減少なく、且つ185mAh/gを超える放電容量を維持して、3
0サイクルにわたって4.7Vまででサイクルを行うことができた。
Electrodes were cast from the cleaned sample in the same manner as the uncleaned material. A cast of cleaned material was 0.406 g of active material, 0.050 g of Supe
r S, 0.054 g graphite, and 1.286 g Kyn in NMP
It contained a 3 wt% solution of ar Flex2801. Electrode disks were stamped from this cast and coin cells were tested as in the above example. This cast was used in a battery cycled at 2.5-4.5V at 7.2 mA / g.
In the first cycle, the discharge capacity of the cell was 182 mAh / g. FIG. 8 shows the distribution of the capacity and voltage of this battery. A voltage vs. capacity plot for another cell with a cathode stamped from the same casting is shown in FIG. The cell was cycled at 3.6 mA / g from 2.5 to 4.7 V in the first cycle and 2.75 to 4.7 V in the subsequent cycle. FIG. 10 shows a plot of discharge capacity vs. cycle number for the same cell. As can be seen from this figure, there is no significant decrease in the capacity and the discharge capacity of more than 185 mAh / g is maintained.
It was possible to cycle up to 4.7V over 0 cycles.

【0057】 洗浄した試料及び洗浄していない試料の両方の原子吸光解析は、これらが、リ
チウム及び酸素を比較的多く含有するLi2CryMn2-y4相を有することを示
した。LiCrO2に対するこれらの試料の粉末X線回折パターンの比較は、結
晶単位セルが比較的小さいことを明らかに示した。4.7Vまでのサイクルは、
LiPF6又はLiBF4電解質溶液をうまく使うことを示した。
[0057] Both atomic absorption analysis of the washed sample and unwashed samples, they were shown to have a Li 2 Cr y Mn 2-y O 4 phase relatively large containing lithium and oxygen. Comparison of the powder X-ray diffraction patterns of these samples against LiCrO 2 clearly showed that the crystal unit cells were relatively small. The cycle up to 4.7V is
We have shown successful use of LiPF 6 or LiBF 4 electrolyte solutions.

【0058】 例2 この例においては、マンガン及びクロムの塩の初期混合物は、24.677g
の酢酸マンガン(Aldrich)及び22.075gの酢酸クロム水酸化物(
Aldrich)を含有する1リットルの溶液を噴霧乾燥することによって調製
した。金属塩は、空気中において4時間にわたって475℃でか焼した。4.0
14gの所定量のか焼生成物を、20.85mlの4MのLiOH(Anache
mia)水溶液と組み合わせてスラリーにした。空気中において450℃までゆ
っくりと混合物を加熱し、2時間にわたってこの温度を維持した。冷却の後で、
試料をすりこぎとすりばちを使用して手で粉砕し、アルゴン流れ条件において7
00℃での4時間にわたる最終的な熱処理のためのアルミナボートに移した。こ
の試料のX線回折パターンは図11に示している。回折パターンのリートベルト
(Rietveld)解析によれば、結晶単位セル寸法が、六方晶対称セルのa
及びb方向で2.87Å、c方向で14.2Åであることが計算された。結
晶単位セル体積は102.1立方Åであることが計算され、これはLiCrO2
の104.9立方Åよりも有意に小さい。原子吸光による化学解析は、この試料
の組成がLi2.95Mn0.91Cr1.094.11であることを示した。
Example 2 In this example, the initial mixture of manganese and chromium salts was 24.677 g.
Manganese acetate (Aldrich) and 22.075 g of chromium acetate hydroxide (
It was prepared by spray drying a 1 liter solution containing Aldrich). The metal salt was calcined in air for 4 hours at 475 ° C. 4.0
An amount of 14 g of the calcined product was added to 20.85 ml of 4M LiOH (Anache).
Mia) Combined with the aqueous solution to make a slurry. The mixture was slowly heated to 450 ° C. in air and maintained at this temperature for 2 hours. After cooling,
Samples were hand ground using a pestle and pestle and placed under argon flow conditions to 7
Transferred to an alumina boat for final heat treatment at 00 ° C. for 4 hours. The X-ray diffraction pattern of this sample is shown in FIG. According to Rietveld analysis of the diffraction pattern, the crystal unit cell size is a for hexagonal symmetric cells.
And b directions 2.87 6 Å, it was calculated in the c-direction is 14.2 5 Å. The crystal unit cell volume was calculated to be 102.1 cubic Å, which is LiCrO 2
Is significantly smaller than 104.9 cubic Å. Chemical analysis by atomic absorption showed that the composition of this sample was Li 2.95 Mn 0.91 Cr 1.09 O 4.11 .

【0059】 再び手で粉砕した後で、0.465gの活性材料を0.051gのSuper
Sカーボンブラック、0.052gのグラファイト(Lonza KS4)、
及び1.131gの、NMP中の4重量%Kynar Flex2801溶液と
組み合わせることによって、電極鋳造体にした。この鋳造体から切り出したカソ
ードディスクを、上記の例で説明したのと同様なコイン型電池で試験した。図1
2は、示されている電流密度でサイクルを行ったこれらのカソードを有する電池
に関して、電圧対容量の分布を示している。様々な電流密度でサイクルを行った
電池に関して、1,15,30及び50サイクル目の充放電容量を、以上の表1
に示している。噴霧乾燥法による生成物の2つのSEM顕微鏡写真は図13で示
している。
After hand grinding again 0.465 g of active material was added to 0.051 g of Super.
S carbon black, 0.052 g graphite (Lonza KS4),
And 1.131 g of a 4 wt% Kynar Flex 2801 solution in NMP into an electrode casting. Cathode disks cut from this casting were tested in coin cell batteries similar to those described in the above example. Figure 1
2 shows the voltage vs. capacity distribution for cells with these cathodes cycled at the indicated current densities. For the batteries cycled at various current densities, the charge and discharge capacities at the 1, 15, 30, and 50th cycles are shown in Table 1 above.
Is shown in. Two SEM micrographs of the spray dried product are shown in FIG.

【0060】 表1−示されている電流密度において2.5〜4.5Vでサイクルを行った電池
の、1,15,30及び50サイクル目での充放電容量
Table 1-Charge / discharge capacities at 1, 15, 30 and 50th cycles of batteries cycled at 2.5-4.5V at the indicated current densities

【表1】 [Table 1]

【0061】 例3 LixMn1.5Cr0.54+zからLixMn0.5Cr1.54+z'までの20の化学
量論量に関して、金属Cr及びMnの濃度を増加させることの影響を、噴霧乾燥
プロセスを使用して研究した。
Example 3 The effect of increasing the concentration of metallic Cr and Mn on a stoichiometry of 20 from Li x Mn 1.5 Cr 0.5 O 4 + z to Li x Mn 0.5 Cr 1.5 O 4 + z ′. Studied using a spray drying process.

【0062】 様々な濃度のMn(CH3CO22及びCr3(OH)2(CH3CO27の溶液
を調製し、商業的なBuchi噴霧乾燥器で噴霧乾燥させ、そして450℃で熱
分解した。乾燥した酸化物を、酸化物1gとLiOH溶液5.2mlの割合で、4
MのLiOH溶液と混合した。得られたスラリーを乾燥させ、450℃までゆっ
くりと加熱することによって空気中でか焼し、そして2時間にわたって450℃
で維持した。この材料を、めのうのすりばちとすりこぎを使用して手で粉砕し、
アルミナるつぼに移し、その後でアルゴンガス流れのブランケット条件において
4〜5時間にわたって700℃で加熱した。目標及び化学解析による組成は、ク
ロムに富む材料及びマンガンに富む材料に関して、それぞれ表2及び3に示して
いる。化学解析は原子吸光によって行い、酸素組成は差によって求めた。原子吸
光による化学解析の不確定性は、約5〜8mol%である。7.2mA/gの電流密
度において2.5〜4.5Vでサイクルを行った電池の放電容量は、1,10及
び20サイクル目に関して表2及び3で示している。
Solutions of various concentrations of Mn (CH 3 CO 2 ) 2 and Cr 3 (OH) 2 (CH 3 CO 2 ) 7 were prepared, spray dried in a commercial Buchi spray dryer, and 450 ° C. Pyrolyzed. The dried oxide was mixed with 4 g of 1 g of oxide and 5.2 ml of LiOH solution.
Mixed with M LiOH solution. The resulting slurry is dried, calcined in air by slowly heating to 450 ° C, and 450 ° C for 2 hours.
Maintained at. Grind this material by hand using an agate pestle and pestle,
Transferred to an alumina crucible and then heated at 700 ° C. for 4-5 hours under blanket conditions of argon gas flow. The composition by targeting and chemical analysis is shown in Tables 2 and 3, respectively, for chromium-rich and manganese-rich materials. The chemical analysis was performed by atomic absorption, and the oxygen composition was determined by the difference. The uncertainty of chemical analysis by atomic absorption is about 5-8 mol%. The discharge capacities of the cells cycled from 2.5 to 4.5 V at a current density of 7.2 mA / g are shown in Tables 2 and 3 for cycles 1, 10 and 20.

【0063】 Cr濃度が比較的高い相(Crに富む相として示す)のサイクルでは、221
mAh/gまでの放電容量が観察された。Li3.1Cr1.05Mn0.955.4 の組成の
カソードを有する電池は、図14に示すように、7.2mA/gにおいて50サイ
クルにわって180mAh/gに近い安定した容量を示した。Li3.1Cr1.10Mn 0.905.1、Li3.3Cr1.20Mn0.804.9及びLi2.8Cr1.46Mn0.545.2
の組成のカソードを有する電池も、同じ電流密度において180及び170mAh
/gの非常に安定した容量を示した。クロムに富む試料A〜JのX線回折パター
ンは、図15に重ねて示している。
[0063]   221 for cycles of phases with relatively high Cr concentrations (shown as Cr-rich phases)
Discharge capacity up to mAh / g was observed. Li3.1Cr1.05Mn0.95O5.4 Of the composition of
The cell with the cathode has 50 cells at 7.2 mA / g, as shown in FIG.
It showed a stable capacity close to 180 mAh / g over the lane. Li3.1Cr1.10Mn 0.90 O5.1, Li3.3Cr1.20Mn0.80O4.9And Li2.8Cr1.46Mn0.54O5.2
A cell with a cathode of the composition of 180 and 170 mAh at the same current density
It showed a very stable capacity of / g. X-ray diffraction patterns of samples A to J rich in chromium
15 are shown overlaid on FIG.

【0064】 表2−Crに富むLixCryMn2-y4+zの組成及び放電容量[0064] The composition and the discharge capacity in Table 2-Cr-rich Li x Cr y Mn 2-y O 4 + z

【表2】 [Table 2]

【0065】 マンガンに富む一連の試料A〜JのX線回折パターンは図16に示す。マンガ
ンに富む材料に基づくカソードを有する電池を、7.2mA/gの電流密度におい
て2.5〜4.5Vで充放電サイクルさせたときの1,10及び20サイクル目
での放電容量を、表3に示している。マンガンに富む材料は、初めの20サイク
ルにわたって非常に安定した放電容量を示した。Li3.1Mn1.07Cr0.936.6 の組成のカソードを有する電池は、20サイクル目において175mAh/gの容
量を示し、Li2.8Mn1.10Cr0.904.5及びLi3.1Mn1.15Cr0.854.7
組成のカソードを有する電池は、20サイクル目において145及び150mAh
/gの容量を示した。
The X-ray diffraction patterns for a series of manganese-rich Samples AJ are shown in FIG. The discharge capacity at the 1st, 10th and 20th cycles when the battery having the cathode based on the manganese-rich material was subjected to charge / discharge cycles at a current density of 7.2 mA / g at 2.5 to 4.5 V is shown in Table 1. 3 shows. The manganese-rich material showed a very stable discharge capacity over the first 20 cycles. The battery having a cathode having a composition of Li 3.1 Mn 1.07 Cr 0.93 O 6.6 showed a capacity of 175 mAh / g at the 20th cycle, and a cathode having a composition of Li 2.8 Mn 1.10 Cr 0.90 O 4.5 and Li 3.1 Mn 1.15 Cr 0.85 O 4.7. Batteries with 145 and 150mAh at 20th cycle
It showed a capacity of / g.

【0066】 表3−Mnに富むLixCryMn2-y4+zの組成及び放電容量[0066] The composition and the discharge capacity in Table 3-Mn rich in Li x Cr y Mn 2-y O 4 + z

【表3】 [Table 3]

【0067】 例4 リチウム含有率が増加する影響を、噴霧乾燥法を使用して研究した。例1及び
2で示すようにして、2つの試料を調製した。但しここでは、か焼金属塩に対す
る水酸化リチウム溶液の割合を増加させた。第1及び第2の試料の原子吸光解析
は、それぞれ組成がLi3.48Mn0.96Cr1.044.80及びLi3.61Mn0.97Cr 1.035.49であることを示した。これらの試料を電極にして、先の例でのように
して、コイン型電池で電気化学的な評価を行った。図17は、3.6mA/gにお
いて2.5〜4.5Vでサイクルを行った電池の初めの3回のサイクルに関して
、これらの試料の第1のものの電圧対容量のプロットを示している。初めの3回
のサイクルの放電容量は、222,237及び233mAh/g(活性カソード材
料のグラム数)であった。図18は、同じ電池に関する放電容量対サイクル数の
プロットである。図から理解されるように、215mAh/gに近い容量が、40
サイクル以上で維持されている。同じ試料は、比較的大きい電流密度において他
のコイン型電池ででも評価した。図19は、14.4mA/gの電流密度において
2.5〜4.5Vのサイクルを行った電池の初めの100サイクルの放電容量を
プロットしている。150mAh/gに近い放電容量が、100サイクル目で維持
されていた。第2の試料は、先の例と同様にして試験した。第2の試料のカソー
ドを有するコイン型電池で、3.6mA/gにおいて2.5〜4.5Vのサイクル
を行った。図20に示すように、初めの32サイクルの放電容量は、初めの数サ
イクルの後では、約210mAh/gでかなり一定である。
[0067] Example 4   The effect of increasing lithium content was studied using the spray drying method. Example 1 and
Two samples were prepared as shown in 2. However, here, the calcined metal salt
The proportion of the lithium hydroxide solution was increased. Atomic absorption analysis of first and second samples
Have a composition of Li3.48Mn0.96Cr1.04O4.80And Li3.61Mn0.97Cr 1.03 O5.49It was shown that. Using these samples as electrodes, as in the previous example
Then, electrochemical evaluation was performed using a coin battery. FIG. 17 shows that at 3.6 mA / g
For the first three cycles of the battery cycled from 2.5 to 4.5V
, Shows a voltage vs. capacity plot for the first of these samples. The first three times
The discharge capacity of the cycle of 222, 237 and 233 mAh / g (active cathode material
The charge was in grams. FIG. 18 shows the discharge capacity vs. cycle number for the same battery.
It is a plot. As can be seen from the figure, the capacity close to 215 mAh / g is 40
Has been maintained over the cycle. The same sample is not
It was also evaluated with the coin type battery. FIG. 19 shows that at a current density of 14.4 mA / g.
The discharge capacity of the first 100 cycles of the battery cycled between 2.5 and 4.5V
I'm plotting. Discharge capacity close to 150mAh / g maintained at 100th cycle
It had been. The second sample was tested as in the previous example. Second sample caustic
2.5 to 4.5V cycle at 3.6mA / g with coin type battery
I went. As shown in Figure 20, the discharge capacity of the first 32 cycles is
After the icicle, it is fairly constant at about 210 mAh / g.

【0068】 例5 本発明の共沈によってCr−Mn水酸化物を調製するプロセスを説明する。溶
液に特定量(目的とするCr/Mn比による)の硝酸マンガンを加えて、水で最
終的な組成を調節することによって、2Mの濃度の硝酸クロム水溶液を調製した
。濃遷移金属硝酸塩の溶液に、6Mの水酸化ナトリウムを含有する苛性アルカリ
水溶液をゆっくりと注ぐことによって、水酸化Cr及び水酸化Mnの共沈をもた
らした。混合溶液のpHが10になったときに、沈降が完了した。
Example 5 A process for preparing Cr-Mn hydroxide by co-precipitation according to the present invention is described. A 2M aqueous chromium nitrate solution was prepared by adding a specific amount of manganese nitrate (depending on the target Cr / Mn ratio) to the solution and adjusting the final composition with water. The solution of concentrated transition metal nitrate was slowly poured into an aqueous caustic solution containing 6M sodium hydroxide, resulting in coprecipitation of Cr hydroxide and Mn hydroxide. The precipitation was completed when the pH of the mixed solution reached 10.

【0069】 Cr−Mnの複水酸化物は、沈殿物をろ過し、水ですすぐことによって得た。
水によるすすぎは、pHを連続的に測定しながら、pHの値が6〜7に達するまで行
った。得られた複水酸化物は、空気中において100℃で乾燥させた。硫酸クロ
ム及び硫酸マンガンのような他の先駆物質を、それぞれCr及びMn源として使
用することもできる。水溶液にすることができる任意の金属塩の組み合わせを使
用することができる。水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、及び水酸化リチウ
ムを、苛性アルカリ溶液として使用することができる。
Cr-Mn double hydroxide was obtained by filtering the precipitate and rinsing with water.
The rinsing with water was performed while continuously measuring the pH until the pH value reached 6 to 7. The obtained double hydroxide was dried in air at 100 ° C. Other precursors such as chromium sulfate and manganese sulfate can also be used as Cr and Mn sources, respectively. Any combination of metal salts that can be in aqueous solution can be used. Potassium hydroxide, ammonium hydroxide, and lithium hydroxide can be used as the caustic solution.

【0070】 Li化合物を使用する焼成プロセスを以下で説明する。Li化合物としては、
水酸化リチウムを使用する。上述の共沈法によって得たCr−Mn複水酸化物を
水酸化リチウムと混合し、この混合物をアルミナるつぼに配置し、アルゴンガス
流れ条件において水平管炉で焼成した。試料は、650〜700℃で24時間に
わたって焼成した。焼成の後で、生成物を室温まで徐々に冷却し、粉砕して粉末
にして、カソード活性材料として使用した。
The firing process using a Li compound is described below. As the Li compound,
Use lithium hydroxide. The Cr-Mn double hydroxide obtained by the coprecipitation method described above was mixed with lithium hydroxide, the mixture was placed in an alumina crucible and calcined in a horizontal tube furnace under argon gas flow conditions. The sample was calcined at 650-700 ° C for 24 hours. After calcination, the product was gradually cooled to room temperature, ground into powder and used as cathode active material.

【0071】 Li/Cr/Mn比が異なる複数の活性材料を調製した後で、X線回折解析法
によって、それぞれの試料を調べた。カソードは、NMP中の85wt%の活性材
料と10wt%のアセチレンブラック及び5wt%のフッ素化ポリビニリデン(PV
DF)とからできているスラリーを鋳造(キャスティング)して乾燥させること
によって作った。基材はAl箔であり、打ち抜いたカソードの直径は10mmであ
った。アノードは、金属リチウムフィルムを打ち抜くことによって調製し、これ
は厚さが0.8mmで直径が12mmであった。電極の直後は、タイプ番号2016
の商業的なコイン型電池のケースに適合するように選択した。これらのコイン型
電池は直後が20mmで高さが1.6mmであった。
After preparing a plurality of active materials having different Li / Cr / Mn ratios, each sample was examined by X-ray diffraction analysis. The cathode was 85 wt% active material in NMP, 10 wt% acetylene black and 5 wt% fluorinated polyvinylidene (PV
DF) was made by casting and drying a slurry. The substrate was Al foil and the diameter of the punched cathode was 10 mm. The anode was prepared by stamping a metallic lithium film, which was 0.8 mm thick and 12 mm in diameter. Immediately after the electrode, type number 2016
Selected to fit the commercial coin-cell battery cases of. Immediately after these coin type batteries were 20 mm and the height was 1.6 mm.

【0072】 電池積層体は、カソード、電池セパレータ及びリチウムアノードの3層の積み
重ねからできている。使用されたセパレータはポリプロピレンフィルムであった
。使用された電解質は、1MのLiPF6 を含有するエチレンカーボネートとジ
メチルカーボネートとの50/50体積分率の混合物であった。電池は、ヘリウ
ム充填グローブボックスにおいて組み立てて固定した。コイン型電池は3.6mA
/gの電流密度及び電圧範囲は4.3〜2.5Vで充放電させた。
The cell stack is made up of a stack of three layers, a cathode, a cell separator and a lithium anode. The separator used was a polypropylene film. The electrolyte used was a 50/50 volume fraction mixture of ethylene carbonate and dimethyl carbonate containing 1 M LiPF 6 . The cell was assembled and fixed in a helium-filled glove box. Coin type battery is 3.6mA
The current density and the voltage range of / g were 4.3 to 2.5 V, and the battery was charged and discharged.

【0073】 図21は、LixCryMn2-y4+z(x=2.65,y=0.75,z=1.
86)のX線回折パターンを示している。図22は、この式の活性材料の充電及
び放電曲線を示している。表4は、様々な式での充電及び放電の容量の結果を示
している。Li、Cr及びMnの原子比は、原子吸光解析によって決定した。酸
素含有率は差によって決定した。格子パラメータ:a,b及びcはオングストロ
ーム単位であり、単位セル体積は立方オングストローム単位である。
FIG. 21 shows that Li x Cr y Mn 2-y O 4 + z (x = 2.65, y = 0.75, z = 1.
86) shows the X-ray diffraction pattern. FIG. 22 shows the charge and discharge curves for the active material of this formula. Table 4 shows the charge and discharge capacity results for various equations. The atomic ratio of Li, Cr and Mn was determined by atomic absorption analysis. The oxygen content was determined by the difference. Lattice parameters: a, b and c are in Angstroms and the unit cell volume is in cubic Angstroms.

【0074】 表4−共沈プロセスによる典型的な例[0074] Table 4-Typical examples of co-precipitation process

【表4】 *1番の試料は800℃で加熱し、**の試料は固体プロセスによって作った)[Table 4] ( * No. 1 sample was heated at 800 ℃, ** sample was made by solid process)

【0075】 例6 他の試料は、硝酸塩の代わりに、硫酸クロムCr2(SO43xH2O及び硫酸
マンガンMnSO4・H2Oを使用して、例5で説明した共沈プロセスによって調
製した。混合遷移金属水酸化物の沈降は、水酸化アンモニウムを制限して加える
ことによって開始させた。混合水酸化物は、水酸化リチウム1水和物と組み合わ
せて、アルゴンガス流れ条件において650℃で24時間にわたって加熱した。
生成物のX線回折パターンは図23で示している。
[0075] Example 6 other samples, instead of nitrate, using a chromium sulfate Cr 2 (SO 4) 3 xH 2 O and manganese sulfate MnSO 4 · H 2 O, by coprecipitation process described in Example 5 Prepared. Precipitation of the mixed transition metal hydroxide was initiated by the limited addition of ammonium hydroxide. The mixed hydroxide was combined with lithium hydroxide monohydrate and heated at 650 ° C. for 24 hours under argon gas flow conditions.
The X-ray diffraction pattern of the product is shown in Figure 23.

【0076】 硝酸塩又は硝酸塩のいずれかを使用して共沈プロセスで調製した試料を、固体
プロセスによって1000℃で調製した試料と比較する走査型電子顕微鏡写真は
、図24で示している。
A scanning electron micrograph comparing a sample prepared by the co-precipitation process using either nitrate or nitrate with a sample prepared by the solid state process at 1000 ° C. is shown in FIG.

【0077】 図25及び26は、硝酸塩又は硫酸塩から共沈プロセスで作った化合物ででき
たカソードを有する4つの電池に関して、放電容量対サイクル数のプロットを示
している。全ての電池は、2.5〜4.3Vの電圧範囲でのサイクルを行わせた
。図25で示される2つのものでは3.6mA/gでサイクルを行わせ、図26の
ものは14.5mA/gの電流密度で試験した。原子吸光によって測定される組成
は、図24〜26で示す。
FIGS. 25 and 26 show plots of discharge capacity vs. cycle number for four cells with cathodes made of compounds made by a coprecipitation process from nitrates or sulfates. All cells were cycled in the voltage range of 2.5-4.3V. The two shown in Figure 25 were cycled at 3.6 mA / g and the one in Figure 26 was tested at a current density of 14.5 mA / g. The compositions measured by atomic absorption are shown in Figures 24-26.

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

【図1】 例1に従って調製した試料のX線回折パターンである。[Figure 1]   3 is an X-ray diffraction pattern of a sample prepared according to Example 1.

【図2】 例1に従って調製した電気化学電池の、比容量対電圧を示している。[Fig. 2]   2 shows the specific capacity versus voltage of an electrochemical cell prepared according to Example 1.

【図3】 例1に従って調製した電気化学電池の、比容量対サイクル数を示している。[Figure 3]   2 shows the specific capacity versus cycle number of an electrochemical cell prepared according to Example 1.

【図4】 例1に従って調製した電気化学電池の、比容量対電圧を示している。[Figure 4]   2 shows the specific capacity versus voltage of an electrochemical cell prepared according to Example 1.

【図5】 例1に従って調製した電気化学電池の、比容量対サイクル数を示している。[Figure 5]   2 shows the specific capacity versus cycle number of an electrochemical cell prepared according to Example 1.

【図6】 例1に従って調製した電気化学電池の、比容量対サイクル数を示している。[Figure 6]   2 shows the specific capacity versus cycle number of an electrochemical cell prepared according to Example 1.

【図7】 例1で説明されている試料のX線回折パターンを重ねた図である。[Figure 7]   FIG. 4 is a superimposition of X-ray diffraction patterns of the sample described in Example 1.

【図8】 例1に従って調製した電気化学電池の電圧分布を示している。[Figure 8]   1 shows the voltage distribution of an electrochemical cell prepared according to Example 1.

【図9】 例1に従って調製した電気化学電池の電圧分布を示している。[Figure 9]   1 shows the voltage distribution of an electrochemical cell prepared according to Example 1.

【図10】 例1で示される条件において充放電させた電気化学電池に関して、容量対サイ
クル数をプロットしている。
FIG. 10 is a plot of capacity vs. cycle number for an electrochemical cell charged and discharged under the conditions shown in Example 1.

【図11】 例2の試料に関するX線回折パターンを示している。FIG. 11   3 shows an X-ray diffraction pattern for the sample of Example 2.

【図12】 例2で説明されるようにして組み立て及び試験を行った電池の放電電圧分布を
示している。
FIG. 12 shows the discharge voltage distribution of a battery assembled and tested as described in Example 2.

【図13】 例2に従って調製した試料のSEM顕微鏡写真を示している。[Fig. 13]   3 shows an SEM micrograph of a sample prepared according to Example 2.

【図14】 例3で説明されるようにして調製して試験した電池での、比容量のプロットを
示している。
FIG. 14 shows a plot of specific capacity for cells prepared and tested as described in Example 3.

【図15】 例3に従って調製した試料のX線回折パターンを重ねて示している。FIG. 15   The X-ray diffraction pattern of the sample prepared according to Example 3 is shown superimposed.

【図16】 例3に従って調製した試料のX線回折パターンを重ねて示している。FIG. 16   The X-ray diffraction pattern of the sample prepared according to Example 3 is shown superimposed.

【図17】 例4に従って調製及び試験した電気化学電池に関する比容量を電圧の関数とし
て示している。
FIG. 17 shows the specific capacity as a function of voltage for an electrochemical cell prepared and tested according to Example 4.

【図18】 例4に従って調製及び試験した電気化学電池に関する比容量をサイクル数の関
数として示している。
FIG. 18 shows the specific capacity as a function of cycle number for an electrochemical cell prepared and tested according to Example 4.

【図19】 例4に従って調製及び試験した電気化学電池に関する比容量をサイクル数の関
数として示している。
FIG. 19 shows the specific capacity as a function of cycle number for an electrochemical cell prepared and tested according to Example 4.

【図20】 例4に従って調製及び試験した電気化学電池に関する比容量をサイクル数の関
数として示している。
FIG. 20 shows the specific capacity as a function of cycle number for an electrochemical cell prepared and tested according to Example 4.

【図21】 例5で説明されるようにして調製した試料のX線回折パターンを示している。FIG. 21   6 shows an X-ray diffraction pattern of a sample prepared as described in Example 5.

【図22】 例5に従って組み立て及び試験を行った電気化学電池に関して電圧対容量をプ
ロットしている。
FIG. 22 plots voltage versus capacity for an electrochemical cell assembled and tested according to Example 5.

【図23】 例6に従って作った試料のX線回折パターンを示している。FIG. 23   7 shows an X-ray diffraction pattern of a sample made according to Example 6.

【図24】 例6で説明されている試料のSEM顕微鏡写真を示している。FIG. 24   7 shows an SEM micrograph of the sample described in Example 6.

【図25】 例6で説明されるようにして組み立て及び試験を行った電気化学電池に関して
比容量をプロットしている。
25 is a plot of specific capacity for an electrochemical cell assembled and tested as described in Example 6. FIG.

【図26】 例6で説明されるようにして組み立て及び試験を行った電気化学電池に関して
比容量をプロットしている。
FIG. 26 is a plot of specific capacity for an electrochemical cell assembled and tested as described in Example 6.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ,BA, BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CR,C U,CZ,DE,DK,DM,EE,ES,FI,GB ,GE,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IS, JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,L R,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK ,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO, RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,T M,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VN ,YU,ZW (72)発明者 ヨー,ヨン−チャン カナダ国,オンタリオ ケー2ジー 5シ ー2,ネピーン,センターポイント ドラ イブ 164 (72)発明者 スン,ドー−ヨウン 大韓民国,ソウル,スチョ−グ,スチョ− ドン,シンドーイン−エー,アパートメン ト 7−1110 (72)発明者 デイビッドソン,イソベル カナダ国,オンタリオ ケー4エー 2エ ックス7,オーリーンズ,デリア クレセ ント 1569 Fターム(参考) 4G048 AA04 AB02 AB06 AC06 AD06 AE05 AE08 5H029 AJ02 AJ03 AJ05 AK03 AL02 AL04 AL06 AM00 AM02 AM03 AM05 AM07 AM16 BJ03 BJ12 DJ17 HJ02 HJ13 5H050 AA02 AA07 AA08 BA17 BA18 CA07 CB02 CB05 CB07 FA02 FA19 HA02 HA13 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ , CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, K E, LS, MW, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZW ), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CR, C U, CZ, DE, DK, DM, EE, ES, FI, GB , GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, L R, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK , MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, T M, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VN , YU, ZW (72) Inventor Yo, Yong-chan             Ontario, Canada 2G 5C             -2, Nepeen, Center Point Dora             Eve 164 (72) Inventor Sun, Do-Youn             South Korea, Seoul, Schoog, Scho             Don, Shindo Inn-A, Apartment Men             To 7-1110 (72) Inventor Davidson, Isobel             Ontario K, Canada 4A 2D             Cox 7, Orleans, Delia Cresse             Nt 1569 F-term (reference) 4G048 AA04 AB02 AB06 AC06 AD06                       AE05 AE08                 5H029 AJ02 AJ03 AJ05 AK03 AL02                       AL04 AL06 AM00 AM02 AM03                       AM05 AM07 AM16 BJ03 BJ12                       DJ17 HJ02 HJ13                 5H050 AA02 AA07 AA08 BA17 BA18                       CA07 CB02 CB05 CB07 FA02                       FA19 HA02 HA13

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記の式(I)で示される化合物: LixCryMn2-y4+z (I) (2.2<x<4、0<y<2、及びz≧0)。1. A compound represented by the following formula (I): Li x Cr y Mn 2-y O 4 + z (I) (2.2 <x <4,0 <y <2, and z ≧ 0 ). 【請求項2】 2.2<x<4及び0.1≦y≦1.75である、請求項1
に記載の化合物。
2. The method according to claim 1, wherein 2.2 <x <4 and 0.1 ≦ y ≦ 1.75.
The compound according to.
【請求項3】 2.2<x<3.6及び0.1≦y≦1.75である、請求
項1に記載の化合物。
3. The compound according to claim 1, wherein 2.2 <x <3.6 and 0.1 ≦ y ≦ 1.75.
【請求項4】 R−3m構造に対して六方対称であるとしたときに、標準化
結晶単位セル体積が、LiCrO2のそれよりも小さい、すなわち104.9Å
よりも小さいことを更に特徴とする、請求項1に記載の化合物。
4. The standardized crystal unit cell volume is smaller than that of LiCrO 2 when it is assumed to be hexagonal symmetrical with respect to the R-3m structure, that is, 104.9Å
The compound of claim 1, further characterized by being less than.
【請求項5】 カチオンとアニオンとの間の距離の平均がLiCrO2のそ
れよりも小さいことを更に特徴とする、請求項1に記載の化合物。
5. The compound according to claim 1, further characterized in that the average distance between the cation and the anion is smaller than that of LiCrO 2 .
【請求項6】 x=2.8〜3.4、y=0.49〜1.46及びz=0.
5〜2.6である、請求項1に記載の化合物。
6. x = 2.8-3.4, y = 0.49-1.46 and z = 0.
The compound according to claim 1, which is 5 to 2.6.
【請求項7】 x=2.8〜3.4、y=1.01〜1.46及びz=0.
9〜1.9である、請求項1に記載の化合物。
7. x = 2.8 to 3.4, y = 1.01 to 1.46 and z = 0.
The compound according to claim 1, which is 9 to 1.9.
【請求項8】 x=2.8〜3.3、y=0.49〜0.93及びz=0.
5〜2.6である、請求項1に記載の化合物。
8. x = 2.8-3.3, y = 0.49-0.93 and z = 0.
The compound according to claim 1, which is 5 to 2.6.
【請求項9】 x=2.04〜3.44、y=0.51〜1.34及びz=
0.07〜1.86である、請求項1に記載の化合物。
9. x = 2.04 to 3.44, y = 0.51 to 1.34 and z =
The compound according to claim 1, which is 0.07 to 1.86.
【請求項10】 x=2.25〜3.44、y=0.98〜1.34及びz
=0.37〜1.86である、請求項1に記載の化合物。
10. x = 2.25-3.44, y = 0.98-1.34 and z.
The compound according to claim 1, wherein = 0.37 to 1.86.
【請求項11】 x=3.15〜3.30、y=0.89〜1.09及びz
=1.00〜1.54である、請求項1に記載の化合物。
11. x = 3.15-3.30, y = 0.89-1.09 and z
= 1.00-1.54, The compound according to claim 1.
【請求項12】 標準化単位セル体積が102.1立方オングストロームで
あり、且つ六方晶結晶単位セルであるとしたときに、大きさがa=2.87
ングストローム、b=2.87オングストローム、及びc=14.2オング
ストロームであることを更に特徴とする、x=2.95、y=1.09及びz=
0.11の請求項1に記載の化合物。
12. standardized unit cell volume is 102.1 Å, and when as a hexagonal crystal unit cell, is a = 2.87 6 Å size, b = 2.87 6 Å, and further characterized in that c = 14.2 5 angstroms, x = 2.95, y = 1.09 and z =
A compound according to claim 1 of 0.11.
【請求項13】 請求項1で示した化合物(I)を活性材料として含む、二
次リチウムイオン電池で使用するカソード。
13. A cathode for use in a secondary lithium-ion battery, which comprises the compound (I) shown in claim 1 as an active material.
【請求項14】 リチウムインターカレーションアノード、リチウム塩を含
有する適当な非水性電解質、請求項13で示したカソード、及び前記アノードと
前記カソードとの間のセパレータを具備している、二次リチウムイオン電気化学
電池。
14. A secondary lithium comprising a lithium intercalation anode, a suitable non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, the cathode of claim 13, and a separator between the anode and the cathode. Ion electrochemical battery.
【請求項15】 前記アノードが、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物及び炭
質材料からなる群より選択される材料を含み、且つ前記電解質が、液体で適当な
有機溶媒を含んでいる、請求項14に記載の化合物。
15. The anode comprises a material selected from the group consisting of transition metal oxides, transition metal sulfides and carbonaceous materials, and the electrolyte comprises a liquid and a suitable organic solvent. 14. The compound according to 14.
【請求項16】 前記リチウム塩が、LiAsF6、LiPF6、LiBF4
、LiClO4、LiBr、LiAlCl4、LiCF3SO3、LiC(CF3
23、LiN(CF3SO22、及びこれらの混合物からなる群より選択され
る、請求項15に記載の電気化学電池。
16. The lithium salt is LiAsF 6 , LiPF 6 , or LiBF 4.
, LiClO 4 , LiBr, LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC (CF 3 S
O 2) 3, LiN (CF 3 SO 2) 2, and are selected from the group consisting of mixtures, electrochemical cell of claim 15.
【請求項17】 前記有機溶媒が、プロピレンカーボネート、エチレンカー
ボネート、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロフラン、ジメトキシエ
タン、ジエトキシエタン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチ
ルアセテート、メチルホルメート、γ−ブチロラクトン、1,3−ジオキソラン
、スルホラン、アセトニトリル、ブチロニトリル、トリメチルホスフェート、ジ
メチルホルムアミド及び他の同様な有機溶媒、並びにこれらの混合物からなる群
より選択される、請求項16に記載の電気化学電池。
17. The organic solvent is propylene carbonate, ethylene carbonate, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydrofuran, dimethoxyethane, diethoxyethane, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl acetate, methyl formate, γ-butyrolactone, 1,3. The electrochemical cell according to claim 16, selected from the group consisting of: dioxolane, sulfolane, acetonitrile, butyronitrile, trimethyl phosphate, dimethylformamide and other similar organic solvents, and mixtures thereof.
【請求項18】 前記アノードが炭質材料を含んでいる、請求項17に記載
の電気化学電池。
18. The electrochemical cell according to claim 17, wherein the anode comprises a carbonaceous material.
【請求項19】 前記アノードが黒鉛状炭素を含んでいる、請求項18に記
載の電気化学電池。
19. The electrochemical cell of claim 18, wherein the anode comprises graphitic carbon.
【請求項20】 前記電解質が固体又はゲル状ポリマーである、請求項18
に記載の電気化学電池。
20. The electrolyte according to claim 18, which is a solid or gel polymer.
The electrochemical cell according to.
【請求項21】 前記電解質が、エチレンカーボネートとジメチルカーボネ
ートの1:1混合物中に、1MのLiPF6を含有している、請求項18に記載
の電気化学電池。
21. The electrochemical cell of claim 18, wherein the electrolyte contains 1M LiPF 6 in a 1: 1 mixture of ethylene carbonate and dimethyl carbonate.
【請求項22】 x=2.2〜4、y=0.1〜1.75及びz≧0である
、請求項19に記載の電気化学電池。
22. The electrochemical cell according to claim 19, wherein x = 2.2-4, y = 0.1 to 1.75 and z ≧ 0.
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