JP2004259700A - Lithium secondary battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-performance lithium secondary battery which is applicable to a portable equipment or an electric automobile. <P>SOLUTION: A spinel type oxide Li<SB>1+x</SB>Mn<SB>2-x</SB>O<SB>4</SB>(0<x<1.33) is added with at least one kind of xenogenic element other than Li, Mn, or oxygen, which is used as an active material. The xenogenic element includes B, P, Mg, As, Sb, Zr, Na, Be, Y, Si, Al, C, F, Bi, Pb, Ge, Sn, or the like, and the amount of addition is prefered to be 0.01-10 % to the total amount of Mn in mol ratio. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は、非水電解液を用いたリチウム2次電池用活物質及びリチウムイオン2次電池に関する。   The present invention relates to an active material for a lithium secondary battery using a non-aqueous electrolyte, and a lithium ion secondary battery.

情報化社会の発達に伴ってパソコン,携帯電話等の普及が、今後益々増大することが予想されるが、これに伴い携帯用機器の電源である電池の高エネルギー密度化,高容量化が益々要求されている。非水電解液を用いたリチウム2次電池は電池電圧が高く高エネルギー密度であるため、開発が盛んであり、実用化された電池も一部ある。しかし、現在、正極材料として用いているMn系スピネル材料には、実用化にあたっていくつかの問題点がある。   With the development of the information society, the spread of personal computers, mobile phones, etc. is expected to increase in the future, but with this, the batteries, which are the power sources of portable devices, have been increasing in energy density and capacity. Is required. A lithium secondary battery using a non-aqueous electrolyte has a high battery voltage and a high energy density, and therefore has been actively developed, and some batteries have been put to practical use. However, the Mn-based spinel material currently used as a positive electrode material has some problems in practical use.

まず第一は、サイクル寿命の劣化である。スピネル型酸化物は、3価のマンガンイオンがヤーンテラー不安定性を持っているために、充放電を繰り返すとその容量が著しく劣化する。また、第二には電解液中にMnが溶けだして性能の劣化をもたらす、溶出という問題である。第三には、短絡や圧壊の際に正極が発熱や発火を起こすという、安全性の問題である。   The first is the degradation of cycle life. The spinel-type oxide has a Jahn-Teller instability due to trivalent manganese ions, so that its capacity is significantly deteriorated when charge and discharge are repeated. Secondly, there is a problem of elution, in which Mn starts to dissolve in the electrolytic solution, resulting in deterioration of performance. Third, there is a safety problem that the positive electrode generates heat or ignites in the event of a short circuit or crush.

これらは、いずれも正極活物質の構造安定性を増すことによって解決のできる問題点である。従来の正極材料では、これらを解決することが困難であったが、すでにいくつかの試みが報告されている。   These are all problems that can be solved by increasing the structural stability of the positive electrode active material. These problems have been difficult to solve with conventional cathode materials, but some attempts have already been reported.

テクノロジーファイナンス社による特開平6−187933 号公報によると、LiとMnの組成比を変えたスピネル型酸化物Li1+xMn2-x4(0≦x<1.33)を活物質として用いることにより、サイクル寿命の向上や溶出の防止を図っている。また、Mnのかわりに、Coで置換することによって同様のことを試みている。しかしながら、このような方法では初期容量自身をも低下させてしまうという問題点がある。 According to Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-187933 by Technology Finance, a spinel oxide Li 1 + x Mn 2-x O 4 (0 ≦ x <1.33) in which the composition ratio of Li and Mn is changed is used as an active material. By using this, the cycle life is improved and elution is prevented. Also, the same thing is attempted by substituting Co for Co instead of Mn. However, such a method has a problem that the initial capacity itself is also reduced.

また、モリエナジー社の公開特許(平9−147867 号)によるならば、LiのMnに対する組成比を高くしたスピネル型酸化物において、MnをさらにCoやCrなどの遷移金属元素で置換したLi1+xzMn2-x-z4(0≦x<0.33,M:Co,Crなどの遷移金属元素。) を、正極活物質として用いることで、サイクル寿命特性の向上を図っているが、実用化に必要とされる1000サイクル以上の寿命は得られていない。 According to Mori Energy's published patent (Japanese Patent Application No. Hei 9-147767), in a spinel oxide in which the composition ratio of Li to Mn is increased, Li 1 in which Mn is further substituted with a transition metal element such as Co or Cr is used. + x M z Mn 2-xz O 4 (0 ≦ x <0.33, M:. Co, transition metal elements such as Cr), and by using as the positive electrode active material, thereby improving the cycle life characteristics However, a life of 1000 cycles or more required for practical use has not been obtained.

上述したように、従来より様々の方法により正極材料の結晶構造を安定化し、電池の長寿命化,溶出防止,安全性の向上などが試みられている。しかし、長寿命化を図ると電池容量が低下したり、またこれとは逆に、高容量化を図ると安全性に問題を生じ、内部短絡が起こったときに発熱や発火が起きるという問題点があった。本発明は、長寿命で、且つ安全な高容量電池を供給するための、スピネル型酸化物正極活物質材料及びその製造方法を、提供するものである。   As described above, conventionally, various methods have been used to stabilize the crystal structure of the positive electrode material, thereby prolonging the life of the battery, preventing elution, and improving safety. However, prolonging the service life reduces the battery capacity, and conversely, increasing the capacity causes a problem in safety, and generates heat or fire when an internal short circuit occurs. was there. The present invention provides a spinel-type oxide positive electrode active material and a method for producing the same to supply a safe, high-capacity battery with a long life.

本発明の課題を達成するためには、Li1+xMn2-x4(0<x<1.33)なる化学式によって規定されるスピネル型構造をもつ酸化物にLi,Mn,酸素以外の少なくとも1種類以上の元素を添加した正極材料を用いるものである。LiとMnの組成比をLi/
Mn比と呼ぶことにするならば、上記Li/Mn比を高めることは、格子定数を小さくするように作用しこのため結晶構造が安定化される。
In order to achieve the object of the present invention, an oxide having a spinel structure defined by a chemical formula of Li 1 + x Mn 2-x O 4 (0 <x <1.33) except for Li, Mn, and oxygen And a positive electrode material to which at least one or more elements are added. The composition ratio of Li and Mn is Li /
If it is called the Mn ratio, increasing the Li / Mn ratio acts to reduce the lattice constant, thereby stabilizing the crystal structure.

このことは、サイクル特性の向上や溶出を防止するように作用し、電池寿命特性の向上という効果をもたらす。しかしながら、Li/Mn比を高めるということは、理論容量の低下をもたらすことになり、実際の初期容量も低下することはさけられない。実際の電池においては、電池の容量が正極材料の容量によって規定されることになり、正極材料の容量低下は好ましいことではない。   This acts to improve cycle characteristics and prevent elution, and has the effect of improving battery life characteristics. However, increasing the Li / Mn ratio leads to a decrease in the theoretical capacity, and the actual initial capacity cannot be avoided. In an actual battery, the capacity of the battery is determined by the capacity of the positive electrode material, and a decrease in the capacity of the positive electrode material is not preferable.

本発明では、上記組成式Li1+xMn2-x4(0<x<1.33)で規定されるスピネル型Mn酸化物正極材料にLi,Mn,酸素以外の少なくとも1種類以上の元素を添加した材料を用いるものである。添加する元素としては、B,P,Mg,As,Sb,Zr,
Na,Be,Y,Si,Al,C,F,Bi,Pb,Ge,Snのうち少なくとも一つの元素を添加することが望ましく、その添加量は正極材料に含有されるMnの総量に対して、モル比で0.01% から10%までが望ましいが、これ以上添加してもこれ以下の量であっても問題はない。
In the present invention, the spinel-type Mn oxide cathode material defined by the above composition formula Li 1 + x Mn 2-x O 4 (0 <x <1.33) contains at least one or more types other than Li, Mn, and oxygen. A material to which an element is added is used. As elements to be added, B, P, Mg, As, Sb, Zr,
It is desirable to add at least one element of Na, Be, Y, Si, Al, C, F, Bi, Pb, Ge, and Sn, and the addition amount is based on the total amount of Mn contained in the positive electrode material. The molar ratio is preferably from 0.01% to 10%, but it does not matter if it is added more or less.

特に、B,P,Sbの添加は結晶構造を変化させることなく、すなわち安定性を保ち、寿命特性を損なうことなく高容量化することができる。また、安全性を高めるという点からはAl,Si,Ga,Mgの置換が有効である。添加するための材料の組成比としては、Li1+xMn2-x4なる組成式において0.02<x<0.14 とするのがもっとも適している。 In particular, the addition of B, P, and Sb can increase the capacity without changing the crystal structure, that is, maintaining stability and without impairing the life characteristics. Further, from the viewpoint of enhancing safety, substitution of Al, Si, Ga, and Mg is effective. The most suitable composition ratio of the material to be added is 0.02 <x <0.14 in the composition formula of Li 1 + x Mn 2-x O 4 .

また、本発明による正極材料を製造するのには、以下のようにするものである。まず、母材料となるMn系スピネル型酸化物を作製する。このためには、リチウム原料として
Li2CO3,LiOH,LiNO3,LiCOOH,Li2Oなどを用い、マンガン原料としてはMnO2(電解二酸化マンガン(EMD)であっても、化学的に精製された二酸化マンガン(CMD)であってもかまわない。),Mn34,Mn23,MnO,MnCO3 ,MnCOOH,MnOOHなどを用いる。
The method for producing the positive electrode material according to the present invention is as follows. First, a Mn-based spinel oxide serving as a base material is prepared. For this purpose, Li 2 CO 3 , LiOH, LiNO 3 , LiCOOH, Li 2 O or the like is used as a lithium raw material, and MnO 2 (electrolytic manganese dioxide (EMD)) is used as a manganese raw material. Manganese dioxide (CMD) may be used.), Mn 3 O 4 , Mn 2 O 3 , MnO, MnCO 3 , MnCOOH, MnOOH, etc. are used.

これらを所定の組成比で混合するか、または溶液中で混合した後に沈殿乾燥したものを、原料として用いる。原料を空気中または酸素気流中で、40時間焼成する。このときの焼成温度は、組成比にもよるがおよそ600℃〜900℃の範囲が望ましい。添加物を加えるには所定の分量を、得られた母材料に後にこれを熱処理する。熱処理の温度は、400℃から900℃の温度が望ましい。もちろん、熱処理をしないでも添加の効果はあるが、より望しくは熱処理を行う。   These are mixed at a predetermined composition ratio, or mixed in a solution and then precipitated and dried, and used as a raw material. The raw material is calcined for 40 hours in air or an oxygen stream. The firing temperature at this time is preferably in the range of about 600 ° C. to 900 ° C., although it depends on the composition ratio. To add the additive, a predetermined amount is later heat-treated to the obtained base material. The temperature of the heat treatment is preferably from 400 ° C to 900 ° C. Of course, the effect of addition can be obtained without heat treatment, but more preferably, heat treatment is performed.

また、本課題を解決するために以下のような正極材料を用いるものである。上記活物質は、Li1+xyMn2-x-y4(0<x<1.33,0<y<2,M:Mnとは異なる少なくとも1種類以上の遷移金属)なる化学式によって規定されるスピネル型構造をもつ酸化物に、上記Li,Mn,酸素および遷移金属元素M以外の少なくとも1種類以上の元素を添加して得られる。添加する元素としては、B,P,Mg,As,Sb,Zr,Na,Be,Y,Si,Al,C,F,Bi,Pb,Ge,Snのうち少なくとも一つであることが望ましい。 In order to solve this problem, the following positive electrode material is used. The active material, Li 1 + x M y Mn 2-xy O 4 (0 <x <1.33,0 <y <2, M: differ by at least one or more transition metals and Mn) defined by comprising the formula It is obtained by adding at least one or more elements other than the above-mentioned Li, Mn, oxygen and the transition metal element M to the oxide having a spinel structure. The added element is desirably at least one of B, P, Mg, As, Sb, Zr, Na, Be, Y, Si, Al, C, F, Bi, Pb, Ge, and Sn.

また、課題を解決するためには、Li1+xyMn2-x-y-zz4(0<x<1.33,0<y+z<2,M:Mnとは異なる少なくとも1種類以上の遷移金属)なる化学式によって規定されるスピネル型構造をもつ酸化物であって、Mnを置換する元素BはLi,Mn,酸素および遷移金属Mとは異なる少なくとも1種類以上の元素であることを特徴とする2次電池用活物質及びこれを用いたリチウム2次電池。Bとしては、遷移金属元素Mとは異なる遷移金属元素たとえば、Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,CuあるいはZnなどが望ましく、典型元素Al,Ga,In,Sn,Pbなどでもよい。また、Mg,Sr,Caなどのアルカリ土類金属でもよい。 In order to solve the problem, Li 1 + x M y Mn 2-xyz B z O 4 (0 <x <1.33,0 <y + z <2, M: different at least one or more of the Mn An oxide having a spinel structure defined by the chemical formula (transition metal), wherein the element B that substitutes for Mn is at least one or more elements different from Li, Mn, oxygen, and the transition metal M. Active material for a secondary battery, and a lithium secondary battery using the same. B is preferably a transition metal element different from the transition metal element M, for example, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, or Zn, and typical elements Al, Ga, In, Sn, Pb And so on. Further, alkaline earth metals such as Mg, Sr, and Ca may be used.

また、本発明では課題を解決するために、上記正極材料を母材料としてさらに、Li,Mn,酸素,遷移金属元素M,置換元素B以外の少なくとも1種類以上の元素を、添加したものである。添加する元素としては、B,P,Mg,As,Sb,Zr,Na,Be,Y,Si,Al,C,F,Bi,Pb,Ge,Snのうち少なくとも一つであることが望ましい。正極材料として用いるためには、添加した後に400℃から900℃間の温度で熱処理することが望ましい。   In the present invention, in order to solve the problem, at least one element other than Li, Mn, oxygen, a transition metal element M, and a substitution element B is added using the positive electrode material as a base material. . The added element is desirably at least one of B, P, Mg, As, Sb, Zr, Na, Be, Y, Si, Al, C, F, Bi, Pb, Ge, and Sn. In order to use it as a positive electrode material, it is desirable to perform a heat treatment at a temperature between 400 ° C. and 900 ° C. after the addition.

また、本課題を解決するために、(Li,A)1+xyMn2-x-y-zz4(0<x<1.33,0<y+z<2,M:Mnとは異なる少なくとも1種類以上の遷移金属,A:Liとは異なる少なくとも一種類以上の元素。)なる化学式によって規定されるスピネル型構造をもつ正極活物質を用いたものである。ここで、(Li,A)とは、Liと元素Aをともに含むことを表す。Mnを置換する元素BはLi,Mnおよび遷移金属Mとは異なる少なくとも1種類以上の元素であり、置換元素AはMg,Zn,Fe,Cu,Niであることが望ましい。また、上記活物質にほかの元素を添加して、正極材料とすることもできる。 In order to solve this problem, (Li, A) 1 + x M y Mn 2-xyz B z O 4 (0 <x <1.33,0 <y + z <2, M: at least one different from the Mn The positive electrode active material having a spinel structure defined by the chemical formula of the above transition metal and at least one or more elements different from A: Li) is used. Here, (Li, A) indicates that both Li and the element A are included. The element B for substituting Mn is at least one or more elements different from Li, Mn and the transition metal M, and the substituting element A is desirably Mg, Zn, Fe, Cu, Ni. Further, a positive electrode material can be obtained by adding another element to the active material.

また、課題を解決するためには、これらスピネル型酸化物の格子定数が、8.10 オングストロームより大きく8.25 オングストロームより小さくなるようにしたものである。このように、格子定数が小さい物質を正極材料として選定することで、サイクル特性の改善が図られる。その手段としては、イオン半径の小さな元素を、置換元素として選定することや、焼成した後の冷却速度を出来るだけ遅くすることによってこれが達成できる。冷却速度は、3℃/分以下であることが望ましい。また、酸素気流中で焼成することも同様の効果を持つ。   In order to solve the problem, the lattice constant of these spinel oxides is set to be larger than 8.10 angstroms and smaller than 8.25 angstroms. As described above, by selecting a substance having a small lattice constant as the positive electrode material, the cycle characteristics can be improved. This can be achieved by selecting an element having a small ionic radius as a substitution element, or by reducing the cooling rate after firing as much as possible. The cooling rate is desirably 3 ° C./min or less. Also, firing in an oxygen stream has the same effect.

本発明による正極活物質を用いて、2次電池正極を形成するには以下のような方法による。まず、正極活物質を導電材としての、カーボンとともに混練する。次いで、これに結着剤として樹脂バインダーを加えて、さらに混練した後電極基体上に塗布し、プレス乾燥する。負極としては非晶質系炭素材,黒鉛系炭素材などが好適である。   The following method is used to form a positive electrode for a secondary battery using the positive electrode active material according to the present invention. First, the positive electrode active material is kneaded with carbon as a conductive material. Next, a resin binder is added as a binder to the mixture, and the mixture is further kneaded, applied to an electrode substrate, and press-dried. As the negative electrode, an amorphous carbon material, a graphite carbon material, or the like is preferable.

これらの負極材料には、上述以外の電極活物質であっても何ら発明の目的に影響を与えるものではない。たとえば、スズ酸化物なども使うことが出来る。また、電極質としては、例えばプロピレンカーボネート,プロピレンカーボネート誘導体,エチレンカーボネート、などの非水溶媒に、例えばLiClO4,LiAsF6,LiBF4,LiPF6等から選ばれたリチウム塩を溶解させた有機電解液あるいはリチウムイオンの伝導性を有する固体電解質あるいはゲル状電解質などの電解質を用いることができる。 Even if these negative electrode materials are electrode active materials other than those described above, they do not affect the object of the invention. For example, tin oxide can be used. In addition, as the electrode material, an organic electrolyte in which a lithium salt selected from, for example, LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiPF 6, or the like is dissolved in a nonaqueous solvent such as propylene carbonate, a propylene carbonate derivative, ethylene carbonate, or the like. An electrolyte such as a liquid electrolyte or a solid electrolyte having lithium ion conductivity or a gel electrolyte can be used.

また、電池の構成上の必要性に応じて微孔性セパレータを用いても本発明の効果はなんら損なわれない。作製した正極,負極及びセパレータは、センターピンを心として巻き取られて筒状もしくは角形の容器中に挿入され、しかる後に電解液を注入して密封される。   Further, even if a microporous separator is used according to the necessity in the structure of the battery, the effect of the present invention is not impaired at all. The produced positive electrode, negative electrode and separator are wound around a center pin and inserted into a cylindrical or rectangular container, and then sealed by injecting an electrolytic solution.

本発明の電池の用途は、特に限定されない。請求項11に記載された用途が代表的なものであるが、その他にも、例えばノートパソコン,ペン入力パソコン,ポケットパソコン,ノート型ワープロ,ポケットワープロ,電子ブックプレーヤー,携帯電話,コードレスフォン子機,ページャー,ハンディターミナル,携帯コピー,電子手帳,電卓,液晶テレビ,電気シェーバー,電動工具,電子翻訳機,自動車電話,トランシーバー,発声入力機,メモリーカード,バックアップ電源,テープレコーダー,ラジオ,ヘッドホンステレオ,携帯プリンター,ハンディクリーナー,ポータブルCD,ビデオムービー,ナビゲーションシステム等の機器用の電源や、冷蔵庫,エアコン,テレビ,ステレオ,温水器,オーブン電子レンジ,食器洗い器,洗濯機,乾燥器,ゲーム機器,照明機器,玩具,ロードコンディショナー,医療機器,電気自動車,ゴルフカート,電動カート等の電源として使用することができる。また、これら民生用の他にも大型電力貯蔵用システム,軍需用,宇宙用にも使用可能である。   The use of the battery of the present invention is not particularly limited. The use described in claim 11 is a typical one, but other examples include a notebook personal computer, a pen input personal computer, a pocket personal computer, a notebook type word processor, a pocket word processor, an electronic book player, a mobile phone, and a cordless phone handset. , Pager, handy terminal, portable copy, electronic organizer, calculator, LCD TV, electric shaver, power tool, electronic translator, car phone, transceiver, voice input device, memory card, backup power supply, tape recorder, radio, headphone stereo, Power supplies for devices such as portable printers, handy cleaners, portable CDs, video movies, and navigation systems, as well as refrigerators, air conditioners, televisions, stereos, water heaters, oven microwaves, dishwashers, washing machines, dryers, game machines, and lighting. Equipment, toys , It can be used for load conditioner, medical equipment, electric vehicles, golf cart, as a power source for electric carts. In addition to these consumer products, it can also be used for large power storage systems, munitions, and space.

即ち、正極活物質材料として、作用するものである。   That is, it functions as a positive electrode active material.

本発明により高容量,長寿命の2次電池用活物質が得られ、これにより携帯機器あるいは電気自動車に適用できる高容量,高安全,長寿命の電池及び組電池の提供が可能となる。   According to the present invention, a high-capacity, long-life active material for a secondary battery can be obtained, and thereby a high-capacity, high-safety, long-life battery and assembled battery applicable to a portable device or an electric vehicle can be provided.

以下に実施例を挙げ、本発明を説明する。尚、本発明は以下に述べる実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below.

(実施例1)
まず、母材料であるLi1+xMn2-x4 を作製した。作製方法は、以下のようなものである。まず、炭酸リチウムと電解二酸化マンガン(EMD)を所定のモル比で混合する。この後、焼成温度650から900℃の間の温度で10時間から40時間程度焼成をする。雰囲気は、空気または酸素気流中でこれを行う。得られた母材料(本実施例では、x=0.08)に、添加元素を加えた。添加元素を添加するための原料としてはホウ酸,燐酸塩、そのほか酸化物を用いたものである。添加の割合は、活物質材料中のMnのモル数に対して0.25% となるようにした。
(Example 1)
First, Li 1 + x Mn 2-x O 4 as a base material was produced. The manufacturing method is as follows. First, lithium carbonate and electrolytic manganese dioxide (EMD) are mixed at a predetermined molar ratio. After that, firing is performed at a firing temperature of 650 to 900 ° C. for about 10 to 40 hours. The atmosphere does this in a stream of air or oxygen. An additive element was added to the obtained base material (x = 0.08 in this example). As a raw material for adding the additional element, boric acid, a phosphate, and other oxides are used. The ratio of addition was 0.25% with respect to the number of moles of Mn in the active material.

混合した母材料と、添加材料は300℃から600℃の温度で、10時間空気中で熱処理をした。本実施例では、メッシュ径45ミクロンのふるいで分級し、結着剤,導電材とともに混練してアルミ箔上に塗布し、プレス後乾燥することで正極とした。LiPF6 を含有する非水電解液を用いて、充放電試験を行った。表1に、初期容量、100サイクル後の容量維持率,添加元素の効果を示す。 The mixed base material and the added material were heat-treated in air at a temperature of 300 ° C. to 600 ° C. for 10 hours. In the present embodiment, the positive electrode was classified by a sieve having a mesh diameter of 45 microns, kneaded together with a binder and a conductive material, applied on an aluminum foil, pressed and dried. A charge / discharge test was performed using a non-aqueous electrolyte containing LiPF 6 . Table 1 shows the effects of the initial capacity, the capacity retention rate after 100 cycles, and the added elements.

Figure 2004259700
Figure 2004259700

これら添加元素は、結晶構造が安定化するように作用し、これによりサイクル特性の向上や、溶出の抑制,発熱発火を防止する安全性の向上に効果があることがわかる。   It can be seen that these additional elements act to stabilize the crystal structure, which is effective for improving cycle characteristics, suppressing elution, and improving safety for preventing exothermic ignition.

(実施例2)
また、別の本発明の実施例を以下に示す。母材料として、
Li1+xCoyMn2-x-y-zMgz4(x=0.10,y=0.10,z=0.15)を作製した。これにさらに、B,P,Bi,Pbを添加した。添加の割合は、実施例1と同様な活物質中のMnのモル数に対して0.25% となるようにした。添加後の熱処理温度は、
400℃として10時間の熱処理を行った。図1にサイクル特性を示す。これらいずれの場合にも、容量の向上が見られている。また、無添加材料に比べてサイクル特性の劣化は見られない。
(Example 2)
Another embodiment of the present invention will be described below. As a base material,
Li 1 + x Co y Mn 2-xyz Mg z O 4 (x = 0.10, y = 0.10, z = 0.15) was produced. Further, B, P, Bi, and Pb were added thereto. The proportion of addition was 0.25% with respect to the number of moles of Mn in the active material as in Example 1. The heat treatment temperature after addition is
Heat treatment was performed at 400 ° C. for 10 hours. FIG. 1 shows the cycle characteristics. In each of these cases, an improvement in capacity has been observed. Also, no deterioration in cycle characteristics is observed as compared with the non-added material.

(実施例3)
さらに、本発明による正極材料を活物質として、放電特性のレート依存性を調べた結果を図2に示す。比較例として、無添加の正極材料を用いた場合を示す。無添加材料の組成式は、Li1+xMn2-x4(x=0.08)である。無添加のスピネル型正極材料では、放電レート(ただし、1Cは1時間で充電することを意味する。2Cは満充電まで、0.5 時間という意味である。)が高くなるにしたがって、容量が劣化してゆくのが見られるが、Sn,Inを添加した材料では、容量の劣化が少ないことがわかる。尚、添加の割合は、実施例1と同様に活物質中のMnのモル数に対して0.25% となるようにした。これらの添加物の作用は、正極活物質材料の電子伝導性を高めこれにより、高速の充放電に対して活物質の粒子がチャージアップすることを防ぐことにある。
(Example 3)
Further, FIG. 2 shows the result of examining the rate dependence of discharge characteristics using the positive electrode material according to the present invention as an active material. As a comparative example, a case where an unadded positive electrode material is used is shown. The composition formula of the additive-free material is Li 1 + x Mn 2-x O 4 (x = 0.08). In the case of a spinel-type positive electrode material to which no additive is added, the capacity increases as the discharge rate (1C means charging in one hour; 2C means 0.5 hours until fully charged). It can be seen that the material deteriorates, but the material to which Sn and In are added shows little deterioration of the capacity. The addition ratio was 0.25% based on the number of moles of Mn in the active material as in Example 1. The effect of these additives is to enhance the electron conductivity of the positive electrode active material, thereby preventing the particles of the active material from being charged up during high-speed charging and discharging.

本発明による2次電池のサイクル特性図。FIG. 4 is a cycle characteristic diagram of a secondary battery according to the present invention. 本発明による2次電池の放電容量と放電レートの関係を示す特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a discharge capacity and a discharge rate of the secondary battery according to the present invention.

符号の説明Explanation of reference numerals

1…活性質Li1+xCoyMn2-x-y-zMgz4(x=0.10,y=0.10,z=0.15)にホウ素を添加したときのサイクル特性、2…Li1+xCoyMn2-x-y-zMgz4(x=
0.10,y=0.10,z=0.15)にリンを添加したときのサイクル特性、3…
Li1+xCoyMn2-x-y-zMgz4(x=0.10,y=0.10,z=0.15)にビスマスを添加したときのサイクル特性、4…Li1+xCoyMn2-x-y-zMgz4(x=0.10,y=0.10,z=0.15)に鉛を添加したときのサイクル特性、5…Li1+xMn2-x4(x=0.08,y=0.10,z=0.15)にスズを添加したときのレート特性、6…Li1+xMn2-x4(x=0.08,y=0.10,z=0.15)にインジウムを添加したときのレート特性、7…添加物を加えない活性質Li1+xMn2-x4(x=0.08)のレート特性。
1: Cycle characteristics when boron is added to active Li 1 + x Co y Mn 2-xyz Mg z O 4 (x = 0.10, y = 0.10, z = 0.15), 2 ... Li 1 + x Co y Mn 2-xyz Mg z O 4 (x =
0.10, y = 0.10, z = 0.15) and the cycle characteristics when phosphorus is added, 3 ...
Li 1 + x Co y Mn 2-xyz Mg z O 4 (x = 0.10, y = 0.10, z = 0.15) cycle characteristics when bismuth is added, 4 ... Li 1 + x Co y Mn 2-xyz Mg z O 4 (x = 0.10, y = 0.10, z = 0.15) cycle characteristics when added lead, 5 ... Li 1 + x Mn 2-x O 4 (X = 0.08, y = 0.10, z = 0.15) rate characteristics when tin is added, 6... Li 1 + x Mn 2-x O 4 (x = 0.08, y = Rate characteristics when indium is added to 0.10, z = 0.15), 7: Rate characteristics of active Li 1 + x Mn 2-x O 4 (x = 0.08) without addition of additives.

Claims (11)

リチウムイオンがインサーションすることによって、充放電可能な2次電池を作製するための活物質であって、Li1+xMn2-x4(0<x<1.33)なる化学式によって規定されるスピネル型構造をもつ酸化物にLi,Mn,酸素以外の少なくとも1種類以上の元素をMnの総量に対して、モル比で0.01% から10%まで添加したことを特徴とする活物質材料および、本物質を正極材料として用いたリチウム2次電池。 An active material for producing a chargeable / dischargeable secondary battery by insertion of lithium ions, defined by a chemical formula of Li 1 + x Mn 2-x O 4 (0 <x <1.33). Characterized in that at least one element other than Li, Mn and oxygen is added to the oxide having a spinel structure in a molar ratio of 0.01% to 10% with respect to the total amount of Mn. A rechargeable lithium battery using a substance material and the substance as a positive electrode material. リチウムイオンがインサーションすることによって、充放電可能な2次電池を作製するための活物質であって、Li1+xMn2-x4(0<x<1.33)なる化学式によって規定されるスピネル型構造をもつ酸化物にMnの総量に対して、モル比で0.01% から10%までB,P,Mg,As,Sb,Zr,Na,Be,Y,Si,Al,C,F,Bi,Pb,Ge,Snのうち少なくとも一つの元素を添加したことを特徴とする活物質材料および、本物質を正極材料として用いたリチウム2次電池。 An active material for producing a chargeable / dischargeable secondary battery by insertion of lithium ions, defined by a chemical formula of Li 1 + x Mn 2-x O 4 (0 <x <1.33). B, P, Mg, As, Sb, Zr, Na, Be, Y, Si, Al, from 0.01% to 10% by mole ratio based on the total amount of Mn in the oxide having a spinel structure. An active material, wherein at least one of C, F, Bi, Pb, Ge, and Sn is added, and a lithium secondary battery using the material as a positive electrode material. リチウムイオンがインサーションすることによって、充放電可能な2次電池を作製するための活物質であって、Li1+xMn2-x4(0<x<1.33)なる化学式によって規定されるスピネル型構造をもつ酸化物に、Li,Mn,酸素以外の少なくとも1種類以上の元素をMnの総量に対して、モル比で0.01% から10%まで添加し、400℃から
900℃の温度で、熱処理をして得られることを特徴とした2次電池用活物質材料およびその製造方法。
An active material for producing a chargeable / dischargeable secondary battery by insertion of lithium ions, defined by a chemical formula of Li 1 + x Mn 2-x O 4 (0 <x <1.33). At least one element other than Li, Mn, and oxygen is added to the oxide having a spinel structure from 0.01% to 10% by mole ratio based on the total amount of Mn. An active material for a secondary battery, which is obtained by heat treatment at a temperature of ° C., and a method for producing the same.
リチウムイオンがインサーションすることによって、充放電可能な2次電池を作製するための活物質であって、Li1+xyMn2-x-y4(0<x<1.33,0<y<2,M:
Mnとは異なる少なくとも1種類以上の遷移金属)なる化学式によって規定されるスピネル型構造をもつ酸化物に、上記Li,Mn,酸素および遷移金属元素M以外の少なくとも1種類以上の元素をMnの総量に対して、モル比で0.01% から10%まで添加して得られることを特徴とする2次電池用活物質及びこれを用いたリチウム2次電池。
By lithium ions insertion, and an active material for making a rechargeable secondary battery, Li 1 + x M y Mn 2-xy O 4 (0 <x <1.33,0 < y <2, M:
At least one or more elements other than Li, Mn, oxygen and the transition metal element M are added to an oxide having a spinel structure defined by a chemical formula of at least one or more transition metals different from Mn. An active material for a secondary battery, which is obtained by adding from 0.01% to 10% by mole ratio to a lithium secondary battery and a lithium secondary battery using the same.
上記請求項4において、上記Liおよび鐘移金属元素Mとは異なる少なくとも一つの添加元素とは、B,P,Mg,As,Sb,Zr,Na,Be,Y,Si,Al,C,F,Bi,Pb,Ge,Snのうち少なくとも一つであることを特徴とする、2次電池用活物質及びこれを用いたリチウム2次電池。   In claim 4, the at least one additional element different from Li and the metal element M is B, P, Mg, As, Sb, Zr, Na, Be, Y, Si, Al, C, F. , Bi, Pb, Ge, Sn, and at least one active material for a secondary battery and a lithium secondary battery using the same. リチウムイオンがインサーションすることによって、充放電可能な2次電池を作製するための活物質であって、Li1+xyMn2-x-y-zz4(0<x<1.33,0<y+z<2,M:Mnとは異なる少なくとも1種類以上の遷移金属)なる化学式によって規定されるスピネル型構造をもつ酸化物であって、Mnを置換する元素BはLi,Mn,酸素および遷移金属Mとは異なる少なくとも1種類以上の元素であることを特徴とする2次電池用活物質及びこれを用いたリチウム2次電池。 By lithium ions insertion, and an active material for making a rechargeable secondary battery, Li 1 + x M y Mn 2-xyz B z O 4 (0 <x <1.33,0 < y + z <2, M: at least one transition metal different from Mn) is an oxide having a spinel structure defined by a chemical formula, wherein the element B that substitutes for Mn is Li, Mn, oxygen, and a transition metal. A secondary battery active material comprising at least one element different from M and a lithium secondary battery using the same. 上記請求項6の活物質材料に、Li,Mn,酸素,遷移金属元素M,置換元素B以外の少なくとも1種類以上の元素を、Mnの総量に対して、モル比で0.01% から10%まで添加して得られることを特徴とする2次電池用活物質及びこれを用いたリチウム2次電池。   At least one element other than Li, Mn, oxygen, transition metal element M, and substitution element B is added to the active material of claim 6 in a molar ratio of 0.01% to 10% based on the total amount of Mn. % Of the active material for a secondary battery, and a lithium secondary battery using the same. リチウムイオンがインサーションすることによって、充放電可能な2次電池を作製するための活物質であって、(Li,A)1+xyMn2-x-y-zz4(0<x<1.33 ,0<y+z<2,M:Mnとは異なる少なくとも1種類以上の遷移金属,A:Liとは異なる少なくとも1種類以上の元素。(Li,A)とは、Liと元素Aをともに含むことを表す。)なる化学式によって規定されるスピネル型構造をもつ酸化物であって、Mnを置換する元素BはLi,Mnおよび遷移金属Mとは異なる少なくとも1種類以上の元素であり、置換元素AはMg,Zn,Fe,Cu,Niであることを特徴とする2次電池用活物質及びこれを用いたリチウム2次電池。 By lithium ions insertion, and an active material for making a rechargeable secondary battery, (Li, A) 1 + x M y Mn 2-xyz B z O 4 (0 <x < 1.33, 0 <y + z <2, M: at least one or more transition metals different from Mn, A: at least one or more elements different from Li. (Li, A) means that Li and element A are An oxide having a spinel structure defined by the chemical formula: wherein the element B for substituting Mn is at least one or more elements different from Li, Mn and the transition metal M; An active material for a secondary battery, wherein the substitution element A is Mg, Zn, Fe, Cu, Ni, and a lithium secondary battery using the same. 上記請求項6の活物質材料に、Li,Mn,酸素,遷移金属元素M,置換元素AおよびBとは異なる少なくとも一つの元素をMnの総量に対して、モル比で0.01% から10%まで添加して得られることを特徴とする2次電池用活物質及びこれを用いたリチウム2次電池。   The active material according to claim 6, wherein at least one element different from Li, Mn, oxygen, transition metal element M, and substitution elements A and B is used in a molar ratio of 0.01% to 10% with respect to the total amount of Mn. % Of the active material for a secondary battery, and a lithium secondary battery using the same. リチウムイオンがインサーションすることによって、充放電可能な2次電池を作製するための上記請求項1から9によって規定されるスピネル型酸化物であって、格子定数が
8.10オングストロームより大きく8.25オングストロームより小さいことを特徴とする2次電池用活物質及びこれを用いたリチウム2次電池。
10. A spinel-type oxide as defined in claim 1 for producing a secondary battery capable of being charged and discharged by insertion of lithium ions, wherein the lattice constant is larger than 8.10 angstroms. An active material for a secondary battery, which is smaller than 25 angstroms, and a lithium secondary battery using the same.
上記請求項1から9に記載の2次電池用活物質を用いたリチウム2次電池を電源として用いたことを特徴とする、携帯用情報通信機器,携帯用ビデオ,パソコン家庭用電化製品,電力用電力貯蔵システム、及び電気自動車。

10. A portable information communication device, a portable video, a personal computer household appliance, a power source, wherein a lithium secondary battery using the active material for a secondary battery according to claim 1 is used as a power source. Power storage system and electric vehicle.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007109477A (en) * 2005-10-12 2007-04-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery and its positive electrode active material
WO2010150626A1 (en) * 2009-06-25 2010-12-29 日本碍子株式会社 Method for producing spinel type lithium manganate and method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery
KR20160088857A (en) * 2013-11-22 2016-07-26 미쓰이금속광업주식회사 Spinel-type lithium metal composite oxide

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007109477A (en) * 2005-10-12 2007-04-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery and its positive electrode active material
WO2010150626A1 (en) * 2009-06-25 2010-12-29 日本碍子株式会社 Method for producing spinel type lithium manganate and method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery
US8303927B2 (en) 2009-06-25 2012-11-06 Ngk Insulators, Ltd. Methods for manufacturing spinel-type lithium manganese and cathode active material for lithium secondary battery
KR20160088857A (en) * 2013-11-22 2016-07-26 미쓰이금속광업주식회사 Spinel-type lithium metal composite oxide
KR102256317B1 (en) * 2013-11-22 2021-05-27 미쓰이금속광업주식회사 Spinel-type lithium metal composite oxide

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